pembuatan isolator panas -...
TRANSCRIPT
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
LA
NG
KA
H P
EN
ELIT
IAN
Deposisi Elektroforesis
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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.
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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)
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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)
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya
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
Laboratorium Elektrokimia dan Korosi Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya