KAJIANPRODUKSI NANOPARTIKEL DARI ARANG

AKASIA DENGAN TUMBUKAN BOLA BAJA

DIAMETER 5/16, 1/4, 3/16, 5/32 INCHI

Disusun Sebagai salah satu Syarat menyelsaikan Program Studi Strata I pada Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh:

ARIEF RAHMAN HAKIM

NIM : D200110078

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

i

ii

iii

1

KAJIAN PRODUKSI NANOPARTIKEL DARI ARANG AKASIA

DENGAN TUMBUKAN BOLA BAJA DIAMETER 5/16, 1/4, 3/16, 5/32

INCHI

Abstrak

Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi dengan ukuran

sangat kecil yang mencapai 1 sampai 1000 nm. Dalam penelitian ini bahan

yang digunakan untuk pembuatan nanopartikel berasal dari arang tanaman

akasia. Arang akasia adalah suatu produk yang diperoleh dari hasil

pembakaran tidak sempurna terhadap tanaman akasia. Penelitian ini

menggunakan metode top-down dalam pembuatan partikel. Alat yang

digunakan pada penelitian ini adalah modifikasi shaker mils dengan

kecepatan motor 1000 Rpm, selama 2,5 juta siklus dengan variasi ukuran

penumbuk bola baja yaitu berukuran 5/16, 1/4, 3/16 dan 5/32 inchi. Dari

pengujian ini selanjutnya nanopartikel diuji dalam pengujian PSA, SEM dan

EDX. Pengujian PSA beertujuan untuk mengetahui ukuran dari partikel

arang akasia. Pengujian SEM bertujuan untuk mengetahui bentuk dari

partikel yang diuji. Pengujian EDX bertujuan untuk mengetahui komposisi

dari partikel arang akasia. Pada pengujian PSA yang dilakukan partikel

sudah mencapai ukuran nano tetapi ada juga yang masih berukuran mikro.

Dari pengujian SEM yang dilakukan partikel berbentuk bulat, lonjong dan

tidak beraturan. Dari pengujian EDX yang dilakukan unsur karbon sangat

dominan pada partikel.

Kata kunci: Nanopartikel, PSA, SEM, EDX

Abstract

Nanotechnology is the manufacture and use of materials of very small

size reaching 1 to 1000 nm. In this study the materials used for the

manufacture of nanoparticles came from acacia plant charcoal. Acacia

charcoal is a product obtained from incomplete combustion of acacia

2

plants. This research uses top-down method in particle making. The tool

used in this research is the modification of shaker mils with 1000 Rpm

motor speed, for 2.5 million cycles with variations of the size of the steel

ball pounder is sized 5/16, 1/4, 3/16 and 5/32 inchi. From this test the

nanoparticles were then tested in PSA, SEM and EDX tests. PSA testing

aims to determine the size of the acacia charcoal particles. The SEM test

aims to determine the shape of the particles tested. EDX testing aims to

determine the composition of acacia charcoal particles. In PSA testing the

particles have reached the nano size but some are still micro size. From

SEM testing performed spherical, oval and irregular particles. From EDX

testing conducted carbon element is very dominant on the particles.

Keywords: Nanoparticles, PSA, SEM, EDX

3

1. PENDAHULUAN

Dalam kemajuanteknologi industri pada saat ini mendorong manusia

untuk mengembangkan penelitian pada segala bidang, khususnya pada

bidang material. Alasan inilah yang membuat dibutuhkannya material baru

untuk perkembangan di bidang industri. Salah satu material yang bisa

dikembangkan adalah material karbon karena, material karbon bisa menjadi

solusi untuk suatu pengembangan riset teknologi mikro. Karbon mempunyai

struktur mikro yang memiliki banyak kelebihan yang bisa digunakan pada

bidang industri.

Girun Alfathoni (2002) menuliskan bahwa karbon aktif, mempunyai

struktur dan bahan yang sebagian mempunyai permukaan yang dalam dan

mempunyai daya serap yang tinggi. Pada bidang industri, karbon aktif

digunakan untuk bahan penguatan material dan dalam kemajuan teknologi

ini kegunaan karbon bisa lebih banyak lagi.

Ada dua metode yang bisa digunakan untuk membuat nanomaterial,

yaitu secara top-down dan bottom up. Top-down adalah menggerus material

yang besar hingga menjadi kecil. buttom-up adalah menyusun atom atau

molekul-molekul hingga menjadi suatu partikel berukuran nanometer.

Arang akasia juga termasuk bahan utama pembuatan karbon. Arang

akasia adalah produk yang dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna

akasia. Pembakaran tidak sempurna terhadap akasia akan membentuk

senyawa karbon kompleks tidak teroksidasi yang menjadi karbon dioksida,

peristiwa ini disebut pirolisis. Pada saat pirolisis, energi panas mendorong

oksidasi yang menyebabkan molekul karbon kompleks terpisah menjadi

karbon atau arang. Pirolisis yang dibutuhkan untuk menjadi arang adalah

pada temperature 150-300oC. Pembentukan tersebut disebut pirolisis primer.

Arang bisa berubah lebih lanjut menjadi karbon monoksida dan gas–gas

hidrokarbon, peristiwa ini disebut pirolisis sekunder. Semakin rendah kadar

4

abu, air, dan zat yang menguap maka akan semakin tinggi kadar fixed

karbon dan kualitas arang juga akan semakin baik.

Indonesia merupakan Negara yang memiliki sumber daya alam yang

sangat melimpah. Salah satu sumber daya alam yaitu tanaman, termasuk

tanaman akasia. Pada penelitian ini arang akasia dipakai sebagai bahan

utama untuk dipelajari kemungkinan pembentukan karbon nano dengan

metode tumbukan (HEBM).

5

2. METODELOGI PENELITIAN

2.1 Diagram Alir

Gambar1. Diagram Alir penelitian

Analisa Data

Selesai

Kesimpulan

MULAI

Studi Pustaka dan Studi Lapangan

Pengambilan Hasil Pengujian

5/16 Inchi

1/4 Inchi

3/16 Inci

5/32 Inchi

Pengujian PSA (Particle Size Analyzer) Pengujian SEM/EDX

Permbuatan Bahan Uji

6

2.2 Alat dan Bahan

Bahan

1. Arang Akasia

2. Aqua Pro Injection

Alat

1. Penumbuk

2. Ayakan mesh 200

3. Tabung uji

4. Bola baja diameter 3/16 inchi, 1/4 inchi, 5/16 inchi dan 5/32

inchi

5. Botol plastik

6. Centrifuge

7. Kuvet

Alat pengujian

1. Shaker mils

2. Alat Uji PSA

3. Alat Uji SEM dan EDX

2.3 Langkah-langkah penelitian

Langkah- langkah Penelitian :

Mempersiapkan alat dan bahan penelitian.

Membuat arang dari tanaman akasia.

Menumbuk arang yang sudah jadi menjadi serbuk.

Mengayak serbuk arang akasia dengan ayakan mesh 200.

Melakukan penumbukan dengan shaker mils dengan variasi ukuran

gotri (5/16 inchi, 1/4 inchi, 3/16 inchi, 5/32 inchi).

Mencentrifuge hasil pengujian agar mudah untuk di uji PSA.

Melakukan pengujian PSA (Particle size Analyzer).

Melakukan pengujian SEM (Scanning Electron Microscope).

7

Selesai Pengujian

3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

3.1 Pengujian PSA

Dari Pengujian PSA (Particle Size Analyzer) dapat diketahui

ukuran partikel arang bambu yang sudah ditumbuk dengan shaker mills.

Alat yang digunakan yaitu PSA HORIBA SZ-100 dengan pembacaan

skala ukuran micrometer sampai nanometer. Hasil pengujian PSA dapat

dilihat pada gambar 2 dibawah ini.

Gambar 2. Grafik hasil pengujian PSA

Diagram diatas adalah hasil rata-rata dari 3 kali pengujian PSA.

Pada pengujian arang akasia yang dilakukan dengan bola baja berukuran

1/4 inchi menunjukkan ukuran paling kecil dengan ukuran 3848,9 nm,

sedangkan ukuran partikel paling besar ada pada pengujian dengan bola

baja berukuran 5/32 inchi. Dapat dilihat dari hasil ukuran partikel arang

akasia bahwa semakin besar ukuran bola baja pada pengujian

menunjukkan bahwa ukuran partikel semakin kecil. Keadaan diatas sesuai

dengan kondisi pada hukum energi tumbukan dimana massa bola

8614

4276.43848.9

4899.9

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

5/32 Inchi 3/16 Inchi 1/4 Inchi 5/16 Inchi

Uku

ran

(n

m)

Pengujian PSA (Particle Size Analyzer)

8

meningkat energi juga meningkat. Ketidak teraturan dari ukuran partikel

bisa disebabkan oleh proses penumpukan beberapa zat.

3.2 Pengujian SEM

Pada pengujian SEM dapat diketahui bentuk dari partikel yang

diuji. Pengujian SEM yang dilakukan menggunakan 3000x perbesaran,

10.000x perbasaran, 20.000xperbesaran dan 30.000x perbesaran. Hasil

pengujian SEM dapat dilihat pada gambar 3 berikut:

5/32 Inchi 3/16 Inchi

1/4 Inchi 5/16 Inchi

Gambar 3. Hasil Pengujian SEM

Pada hasil SEM diatas menggunakan 10.000x perbesaran. Pada

hasil Photo SEM hasil uji 5/32 inchi memiliki ukuran nanopartikel paling

besar dibanding dengan yang lain, sedangkan ukuran paling kecil

ditunjukkan pada hasil 3/16 inchi karena presentase ukuran dari partikel

banyak yang mencapai nanometer dan paling sedikit adanya gumpalan

partikel.

9

Dari morfologi dapat diketahui bentuk dan ukuran dari partikel

arang akasia yang diuji. Pada hasil SEM tersebut dapat dilihat rata-rata

partikel berbentuk bulat tidak sempurna, lonjong tidak sempurna, tidak

beraturan dan adanya gumpalan-gumpalan partikel. Rata-rata ukuran

partikel mencapai ukuran nanometer,tetapi masih ada juga partikel yang

berukuran mikrometer.

3.3 Pengujian EDX

EDX merupakan detektor yang terdapat pada alat SEM yang berfungsi

untuk mengetahui komposisi yang terdapat pada partikel arang akasia. Dari

pengujian EDX yang dilakukan dapat dilihat pada tabel 1 berikut:

Tabel 1. Hasil pengujian EDX

Komponen 5/32

Inchi

3/16

Inchi 1/4 Inchi

5/16

Inchi

Karbon,( C )

Oksigen ( O )

Silikon ( Si )

Kalium ( K )

Kalsium ( Ca )

Besi ( Fe )

Tembaga ( Cu )

Seng ( Zn )

Zirkonium ( Zr )

Krom ( Cr )

Mangan ( Mn )

96,15%

1,04%

0,21%

0.26%

0,54%

-

0,50%

0,49%

0,81%

-

-

96,38%

0,95%

0,16%

0,24%

0,40%

-

0,56%

0,35%

0,96%

-

-

59,95%

9,19%

0,25%

-

0,24%

27,52%

1,05%

-

0,90%

0,47%

0,43%

97,27%

0,77%

0,19%

0,19%

0,38%

-

0,57%

-

0,63%

-

-

Total 100% 100% 100% 100%

Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa unsur karbon mempunyai

presentase rata-rata diatas 90% paling dominan dibanding dengan unsur lain.

Hal ini dikarenakan arang akasia yang diuji merupakan karbon aktif. Pada

10

pengujian 1/4 inchi mempunyai unsur yang paling banyak dibanding yang

lain karena terdapat unsur Besi (Fe), Krom (Cr), dan Mangan (Mn).

Dari hasil EDX tersebut, partikel yang didominasi oleh karbon bisa

berguna untuk bidang kesehataan, kimia, farmasi, dan industri. Pada dunia

industri karbon nano dapat dimanfaatkan diantaranya sebagai berikut:

1. Remidiasi air tanah.

2. Filtrasi air minum.

3. Pemurnian udara

4. Filtrasi volatile senyawa organik dari bahan kimia, seperti pada saat

pengecatan, proses bahan bakar dan sejenisnya.

5. Penyaringan limbah.

6. Memurnikan cairan pengolahan gas, seperti amina untuk mengurangi

korosi pada industri pertambangan.

Dari pengujian SEM dan EDX yang dilakukan dapat diketahui bahwa

ukuran diameter bola baja dapat berpengaruh pada bentuk dan komposisi

partikel arang akasia.

4. Penutup

4.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pengujian yang dilakukan diperoleh kesimpulan

seperti berikut:

1. Dari hasil pengujian PSA dapat disimpulkan bahwa besar ukuran bola baja

(gotri) bisa menjadi tolak ukur utama untuk menentukan ukuran partikel

arang akasia. Dapat dilihat dari hasil ukuran partikel arang akasia bahwa

semakin besar ukuran bola baja (gotri) pada pengujian menunjukkan

bahwa ukuran partikel semakin kecil. Ketidak teraturan dari ukuran

partikel biasa disebabkan oleh proses penumpukan beberapa zat.

11

2. Dari pengujian PSA dapat dilihat partikel sudah mencapai ukuran nano

tetapi masih ada partikel yang berukuran mikro.

3. Dari hasil pengujian SEM dapat diketahui rata-rata bentuk partikel arang

akasia berbentuk bulat tidak sempurna, lonjong tidak sempurna dan

terdapat juga gumpalan-gumpalan partikel. Rata-rata ukuran partikel

berukuran nanometer, tetapi masih ada juga partikel yang berukuran

micrometer. Pada hasil photo SEM hasil uji dengan ukuran 5/32 inchi

memiliki ukuran partikel paling besar dibandingkan dengan yang lain.

Ukuran partikel paling kecil ditunjukkan pada hasil 3/16 inchi karena

presentase ukuran partikel banyak yang mencapai nanometer serta paling

sedikit adanya gumpalan. Dari photo SEM yang dilakukan dapat diketahui

bahwa besar ukuran bola baja dapat berpengaruh pada bentuk partikel.

4. Ketidak cocokan yang terjadi antara pengujian PSA dan SEM bisa terjadi

karena adanya gumpalan pada saat penelitian.

5. Hasil uji dari keempat variasi ukuran bola baja (gotri), dapat dilihat bahwa

komposisi karbon paling dominan dibanding dengan unsur lain. Pada

pengujian 1/4 inchi terdapat paling banyak unsur dibanding dengan yang

lain karena terdapat unsur Besi ( Fe ) dan Krom ( Cr ). Pada pengujian

5/16 inchi mempunyai unsur paling sedikit dibanding dengan yang lain

karena hanya mempunyai 7 unsur.

6. Unsur karbon yang dominan pada partikel arang akasia bisa dimanfaatkan

pada bidang industri, kimia, farmasi, dan kesehatan.

12

4.2 Saran

1. Melakukan persiapan yang matang dalam penelitian sehingga hasil yang

didapat sangat baik.

2. Alat dan bahan harus diperhatikan lebih teliti saat melakukan penelitian

agar data yang di dapat akurat.

3. Pada saat proses penelitian harus menerapkan Kesehatan Keselamatan

Kerja (K3).

4. Dalam penelitian selanjutnya dapat dilakukan variasi parameter seperti

jumlah siklus, kecepatan motor, ukuran bola baja atau dapat juga

digunakan partikel arang akasia yang menempel pada dinding tabung

sebagai bahan uji nanopartikel.

Daftar Pustaka

Abdullah, M. 2008 dan Pokropivny, V. 2007. Pengertian nano partikel.

(Online),.(http://olinanotegnologi.blogspot.co.id/2009/07/teknologinan

o-merupakan-suatu.html, diakses tanggal 2 mei 2018).

Alfathoni, Girun. 2002. Manfaat karbon aktif dari arang bambu. (Online),

(http://scholar.google.co.id/scholar?hl=id&q=partikel+nano+arang+b

ambu&btnG=, diakses tanggal 29 mei 2018).

Anggraeni, Nuha Desi. 2008. Analisa SEM (Scanning Electron Microscope)

dalam Pemantauan Proses Oksidasi Magnetic Menjadi

Hermatite.Seminar Nasional. Bandung: Kampus Institut Teknologi

Nasional.

Dwandaru. 2012. Definisi nano teknologi sebagai aplikasi nanosains dalam

berbagai bidang kehidupan. (online),

(http:heptajayawrdana.blogspot.com, diakses tanggal 5 juni 2018).

13

Fernandes. 2012. Sifat-sifat nano teknologi dan peranan nano material pada

berbagai macam produk.(online), (http://digilib.unila.ac.id, diakses

tanggal 5 juni 2018).

Herusatoto. 2012. Pengertian PSA (Particle Size Analyzer). (online),

(http://repository.usu.ac.id/bistream/handle.htm,diakses tanggal 10

juni 2018).

Purwanto, Agus. 2014. Pembuatan Nano partikel Seng Oksida (ZnO)

menggunakan proses Flame Assisted Spray Pyrolysis (FASP). Tugas

Akhir. Surakarta: Fakultas Teknik Universitas Negeri Sebelas Maret.

Rochman, Nurul Taufiqu. 2008. Pembuatan Partikel Nano dengan Alat Ball Mill.

Saputra, et al. 2011. Pembuatan nanopartikel berasal dari bahan organik dapat

diterapkan pada kehidupan biologis maupun bidang militer. (online),

(http://ppjp.unlam.ac.id, diakses 20 Juni 2018).

Soppimath. 2001 dan Mansouri. 2011. Metode Pembuatan Nanopartikel.

(Online),.(http//digital-20313947-S43804-Pembuatan%20karbon.pdf,

diakses tanggal 26 Juni 2018).

1