pembuatan isolator panas -...

Pembuatan Isolator Panas Silika dari Water Glass Menggunakan Metode Deposisi Elektroforesis

Oleh:

Winny Edika Putri 2309 100 027

Dyanros Rizkiyanto 2309 100 045

LABORATORIUM ELEKTROKIMIA DAN KOROSI JURUSAN TEKNIK KIMIA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2013

Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Heru Setyawan, M. Eng

Dr. Ir. Samsudin Affandi, MS

Isolator panas yang baik memiliki konduktivitas panas yang rendah (Gestrude, 2009)

Silika aerogel memiliki konduktivitas panas yang rendah (0,016 W m-1 K-1

pada kondisi 300K &1 atm)

Kelemahan silika aerogel: • Membutuhkan kondisi

operasi superkritis • Biaya yang mahal • Tidak ramah lingkungan

Sol silika dari water glass merupakan alternatif pengganti silika aerogel.

1 2

3 4

Metode EPD partikel silika dari water glass untuk aplikasi pembuatan material isolator panas.

6 5 Elektroforesis merupakan metode deposisi partikel silika yang membutuhkan waktu singkat, ekonomis dan ramah lingkungan daripada sol gel

udara

udara udara

udara

udara

udara udara

udara

udara

heat transfer

udara

LA

TA

R B

ELA

KA

NG

Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya

Pigment yang mengandung silika aerogel memiliki konduktivitas panas yang lebih rendah yaitu < 0,055 Wm-1K-1 pada suhu 250oC.

PEN

ELIT

IAN

TER

DA

HU

LU

Tomasi dkk (2006) Okazaki dkk (1992)

Proses Deposisi Elektroforesis nanopartikel silika dapat membuat isolator panas dengan konduktivitas panas hingga 0,02 Wm-1K-1 pada suhu kamar dan tekanan 1 atm.

TU

JUA

N

Mempelajari kondisi deposisi elektroforesis terhadap pembentukan partikel silika.

1

Mempelajari karakteristik partikel silika terhadap kemampuannya sebagai isolator panas.

2


LA

NG

KA

H P

EN

ELIT

IAN

Pembuatan Sol Silika

Titrasi KOH 1% pada suhu 600C, rate 1ml/menit

Pertukaran kation (ratio 1:1)

Silicic acid pH = ~2

Waterglass 3,6% berat

Sol Silika pH = ~8

Motor

Water bath Monitor Suhu

Pompa peristaltik

Silisic Acid

Rangkaian Alat Pembuatan Sol Silika


1

LA

NG

KA

H P

EN

ELIT

IAN

Pembuatan Variasi Komposisi Pelarut Sol Silika

2

Didinginkan hingga suhu kamar

Diuapkan pada kondisi vakum

Sol silika 3,6% ; 100 mL

Pada suhu 700C

Ditambahkan ke dalam ethanol

Air yang diuapkan 30-50% volume

Sebanyak volume air yang diuapkan


LA

NG

KA

H P

EN

ELIT

IAN

Pembuatan Variasi Komposisi Pelarut Sol Silika

2

Volume Air Tersisa (mL)

Volume Pelarut Ethanol (mL)

50

60

70

50

40

30

Komposisi pelarut


LA

NG

KA

H P

EN

ELIT

IAN

Deposisi Elektroforesis


3

Partikel silika bermuatan

Media Suspensi Ethanol

Elektroda Platina

V

I

Pompa

Aliran Air Pendingin

Box Pendingin

64.00 V

DC Power Supply

+ -

Magnetic Stirrer

• Variasi Jarak Elektroda : 0.5 cm, 1 cm dan 2 cm.

• Waktu : 1-2 jam

+ -

LA

NG

KA

H P

EN

ELIT

IAN

Karakterisasi Produk

Scanning Electron Microscopic (SEM)

Metode BET (Brunauer, Emmett and Teller)

Perhitungan Porositas Produk

Pengujian Isolator Panas

4


KA

RA

KT

ER

ISA

SI

PR

OD

UK

Pengujian Partikel Silika sebagai Isolator Panas

Tem

bag

a

5 mm

Sampel Isolator

T1

T2

T3

T4

99 m

m

61 m

m

45 m

m

Gla

ss w

oo

l

Tebal Sampel Isolator = 6 mm

Laptop

Gla

ss

wo

ol

Sampel Isolator

PICO Temperature

Recorder Heater

Thermocouple

Tem

bag

a

T1

T2

T3

T4

Rangkaian Alat Uji Isolator Panas

Pengujian isolator panas menggunakan PICO Temperature Recorder TC-008 dengan media batang tembaga.


Diameter rata-rata dari partikel silika adalah 5,66 nm. Distribusi ukuran partikel silika menunjukkan partikel mendekati mono-dispersed.

Analisa SEM (perbesaran 50.000 kali) menunjukkan bahwa partikel silika bersifat homogen

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN

PSA Sol Silika & SEM Partikel Silika

0,1 1 10 100 1000 10000

0

5

10

15

20

Me

an

Vo

l (%

)

Size (d,nm)

Hasil Analisa Particle Size Analyzer Sol Silika (Malvern Nano Series-ZS)


Menganalisa adsorpsi-desorpsi isothermis menggunakan alat Nova 1200e (Quantachrome)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Volu

me

@ S

TP (c

c/g)

Relative Pressure (P/Po)

Desorpsi

adsorpsi

Kurva adsorpsi desorpsi isothermis, pada 32 V/cm dengan ratio air : etanol = 70 : 30

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN

Metode BET (Brunauer, Emmett, Teller)


Berdasarkan karakteristik IUPAC, kurva adsorpsi-desorpsi yang dihasilkan termasuk type IV (silika gel jenis mesopori)

Pengaruh Komposisi Pelarut & Intensitas Medan Listrik terhadap Karakteristik Deposit Silika

0 20 40 60 80 100 120 140100120140160180200220240260280300320340360380400

Lu

as P

erm

uka

an

(m

2/g

)

Electric Field (V/cm)

A:E=70:30

A:E=60:40

A:E=50:50

Semakin besar electric field yang diberikan, semakin besar luas permukaan partikel silika.

10 1000,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

dv(l

og

d)

diameter (nm)

70:30

60:40

50:50

Semakin banyak etanol yang digunakan sebagai pelarut, distribusi pori partikel silika semakin seragam.

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN


28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 520

2

4

6

8

10

Diameter Pori (nm)

Volume Pori (cc/g)

Volume Etanol/100 mL larutan

Dia

met

er P

ori (

nm)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Volum

e Pori (cc/g)

Diameter dan volume pori cenderung meningkat seiring dengan banyaknya pelarut etanol yang digunakan

Diameter pori sebanding dengan volume pori. Nilai diameter untuk deposit silika nanopartikel ini adalah 5,644 nm - 9,449 nm dan volume pori antara 0,57 cc/g - 0,741 cc/g.

Pengaruh Komposisi Pelarut & Intensitas Medan Listrik terhadap Karakteristik Deposit Silika

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN


Semakin kecil konsentrasi dari sol silika,semakin kecil luas permukaan dari partikel

Pengaruh Konsentrasi Sol Silika terhadap Karakteristik Deposit Silika

Konsentrasi sol silika (%)

Ratio volume

Air : Etanol

3,6

3,27

3

50 : 50

50 : 60

50 : 70

Surface area

(m2/g)

254,981

173,785

138,53

Diameter pori

(cc/g)

6,605

12,35

9,645

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN


Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya Porositas Partikel Silika

Bulk density : 539,4146 – 1107,674 kg/m3

Porositas: 0,496 – 0,755

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

200

400

600

800

1000

Bulk

De

nsi

ty (

kg/m

3)

Luas Permukaan (m2/g)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

200

400

600

800

1000

Bulk

Densi

ty (

kg/m

3)

Volume Pori (cc/g)

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN

Pengujian Partikel Silika sebagai Isolator Panas


0

10

20

30

40

50

60

0 50 100

Suh

u (

oC

)

Jarak (mm)

Profil Suhu (10 menit)

40-1

40-0.5

50-1

50-0.5

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 Su

hu

(oC

)

Jarak (mm)

Profil Suhu (20 menit)

40-1

40-0.5

50-1

50-0.5

HA

SIL

PEN

ELIT

IAN


0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

T(oC

)

t (menit)

0,6444

0,616493

0,607479

Hukum Fourier :

0

2

4

6

8

10

12

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Ko

nd

ukt

ivit

as (W

/mK

)

Porositas

Semakin besar porositas, semakin kecil nilai konduktivitas panas

KES

IMP

ULA

N

Luas permukaan partikel silika yang dapat dihasilkan berkisar antara 138,53 - 338,812 m2/g, dengan volume pori antara 0,57 cc/g - 0,741 cc/g.

3

Semakin tinggi intensitas medan listrik yang digunakan, semakin besar luas permukaan dan volume pori partikel silika.

4

Partikel silika yang dibuat melalui deposisi elektroforesis dengan bahan baku water glass dapat dijadikan sebagai bahan isolator panas

1 Semakin banyak etanol yang digunakan sebagai pelarut dalam proses deposisi elektroforesis, semakin besar luas permukaan partikel silika.

2


Pembuatan Isolator Panas Silika dari Water Glass Menggunakan Metode Deposisi Elektroforesis

LABORATORIUM ELEKTROKIMIA DAN KOROSI JURUSAN TEKNIK KIMIA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2013

TERIMAKASIH

pembuatan isolator panas -...

Documents