491-893-1-sm

Konversi, Volume 2 No. 1, April 2013

46

PEMBUATAN ARANG AKTIF DARI CANGKANG KELAPA SAWITDENGAN AKTIVASI SECARA FISIKA, KIMIA DAN FISIKA-KIMIA

Yessy Meisrilestari*), Rahmat Khomaini, Hesti WijayantiProgam Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Lambung Mangkurat

*Email: [email protected]

Abstrak-Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik produk hasil pembuatan arang aktifdari cangkang kelapa sawit secara aktivasi fisika, kimia dan fisika-kimia dan mengetahui kemampuanadsorpsi arang aktif dari cangkang kelapa sawit dalam uji adsorpsi dengan asam asetat 0,5 N. Prosesaktivasi dilakukan secara kimia, fisika, dan fisika-kimia. Pada aktivasi secara fisika dilakukan denganpemanasan pada suhu tinggi menggunakan furnace yaitu pada suhu 750oC selama 3 jam. Pada aktivasisecara kimia menggunakan ZnCl2 sebagai aktifator dan direndam selama 24 jam. Aktivasi secara fisika-kimia merupakan penggabungan dari aktivasi fisika dan aktivasi kimia. Kemudian dilakukan pengujianuntuk mengetahui karakteristik arang aktif dan uji kemampuan daya adsorben arang aktif terhadap asamasetat. Berdasarkan hasil penelitian arang aktif yang dibuat dari cangkang kelapa sawit dengan prosesaktivasi secara fisika-kimia mempunyai daya jerap yang paling baik di antara arang aktif lain yangdiaktivasi dengan proses fisika dan kimia. Pada waktu penjerapan 4 jam, arang aktif berdiameter 355 mdengan aktivasi fisika-kimia mampu menjerap sebanyak 34,4% bagian dari larutan asam asetat 0,5 N.

Keywords: Arang aktif, asam asetat, aktivasi, adsorpsi

Abstract-This study was carried out to investigate the characteristics of activated carbon from coconutpalm shell and also the performance of activated carbon for adsorption 0.5 N acetic acid solution.Activated carbon obtained from coconut palm shell was activated by chemical, physical and combinationof physical and chemical methods. Physical activation was performed by heating the carbon at 750oC for3 hours while chemical activation process was exhibited by immersing the carbon in ZnCl2 solution for24 hours. Furthermore, the combination of physical-chemical activation was gained by heating carbon at750oC for 3 hours and then immersing in ZnCl2 solution for 24 hours.The adsorption performance ofactivated carbon was investigated by immersing activated carbon in 0.5 N acetic acid solution forspecific time. The result showed that activated carbon which was obtained by combination of physicaland chemical process was the best among the other methods that mentioned earlier. The highestadsorption capacity for 0.5 N acetic acid solution was achieved 34,4% for 4 hours by using355 m ofparticle size..

Keywords: activated carbon, acetic acid, activation,adsorption

PENDAHULUANPerkembangan industri meningkat

seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuandan teknologi, sehingga industri merupakansalah satu sektor penting yang menopangperekonomian negara Indonesia. Arang aktifbanyak digunakan sebagai adsorben pemurniangas, pemurnian pulp, penjernihan air, pemurnianminyak, katalis, dan sebagainya. Arang aktifdapat dibuat dari semua bahan yangmengandung arang, baik arang organik maupunanorganik dengan syarat bahan tersebutmempunyai struktur berpori (Sudrajat, 1994).

Penelitian ini dilakukan untukmengetahui karakteristik produk hasilpembuatan arang aktif dari cangkang kelapasawit dengan metode fisika, kimia dan fisika-

kimia dan untuk mengetahui kemampuan arangaktif. Dipilihnya arang aktif dari cangkangkelapa sawit karena bahan yang lebih mudahdidapat dan juga upaya pengelolaan terhadaplimbah. Dasar pemilihan bahan baku dari arangaktif tersebut yang paling menentukan adalahbesar kandungan arang pada bahan tersebut(Philip, 1997).

Cangkang sawit memiliki banyakkegunaan serta manfaat bagi industri usaha danrumah tangga. Beberapa diantaranya adalahproduk bernilai ekonomis tinggi, yaitu arangaktif, asap cair, fenol, briket arang, dan tepungtempurung. Cangkang sawit merupakan bagianpaling keras pada komponen yang terdapat padakelapa sawit. Ditinjau dari karakteristik bahanbaku, jika dibandingkan dengan tempurung


47

kelapa biasa, tempurung kelapa sawit memilikibanyak kemiripan. Perbedaan yang mencolokyaitu pada kadar abu (ash content) yangbiasanya mempengaruhi kualitas produk yangdihasilkan oleh tempurung kelapa dan cangkangkelapa sawit.

Arang adalah suatu bahan padat berporiyang merupakan hasil pembakaran bahan yangmengandung unsur karbon (Djatmiko, 1985),sedangkan arang aktif adalah arang yangdiaktifkan dengan cara perendaman dalambahan kimia atau dengan cara mengalirkan uappanas ke dalam bahan, sehingga pori bahanmenjadi lebih terbuka dengan luas permukaanberkisar antara 300 sampai 2000 m2/g.Permukaan arang aktif yang semakin luasberdampak pada semakin tingginya daya serapterhadap bahan gas atau cairan (Kirk danOthmer, 1964). Daya serap arang aktif sangatbesar, yaitu 25- 1000% terhadap berat arangaktif. Karena hal tersebut maka arang aktifbanyak digunakan oleh kalangan industri.Hampir 60% produksi arang aktif di dunia inidimanfaatkan oleh industri-industri gula danpembersihan minyak dan lemak, kimia danfarmasi (Arifin, 2008).

Proses aktivasi pada arang secaraumum ada tiga, antara lain proses fisika, kimiadan kombinasi fisika-kima. Proses pengaktifansecara fisika dilakukan dengan pembakaranarang dalam tungku dengan suhu 850oC(Hendra, 2010). Proses pengaktifan secarakimia dilakukan dengan menambahkan senyawakimia tertentu pada arang. Senyawa kimia yangdapat digunakan sebagai bahan pengaktif antaralain KCl, NaCl, ZnCl2, CaCl2, MgCl2, H3PO4,Na2CO3 dan garam mineral lainnya.

Berdasarkan penelitian yang telahdilakukan Hendra (2010) kondisi optimumuntuk membuat arang aktif dengan kualitasterbaik dari bahan baku tempurung kelapa sawityaitu pada suhu 850oC. Pada penelitian yangtelah dilakukan oleh Faradina dan Setiawati(2010) arang diaktifkan dengan menggunakansenyawa kimia yaitu ZnCl2. Prasetyani (2010)pengaktifan kabron aktif dilakukan denganmenambahkan ZnCl2 sebagai aktifator sehinggapori-pori permukaan arang menjadi lebih luas.Hal ini akan memudahkan proses penyerapan.

Arang yang telah diaktivasi digunakanuntuk menghilangkan pengotor dengan caramenjerap atau meng-adsorp. Kemampuanmenjerap pengotor adalah indikator tingkatkeberhasilan proses pengaktifan arang. Dalampenelitian ini, selain pengukuran kadar abu danbulk density dari arang aktif, juga dilakukanpengukuran kemampuan penjerapan dari arang

aktif untuk mengetahui tingkat keberhasilanproses pengaktifan yang dilakukan.

METODOLOGI PENELITIANBahan yang digunakan dalam penelitian

ini adalah cangkang kelapa sawit yang diambildari PT. Bersama Sejahtera Sakti, Kotabaru,NaOH Kristal, ZnCl2, Asam Asetat, Aquadest.Alat-alat yang digunakan dalam penelitian iniadalah Furnace, Gelas Ukur, Oven, Beakerglass, Aluminium foil, Buret, Pipet Volume,Erlenmayer, Neraca Analitik, buret dan statif,pipet tetes, corong, kertas saring, cawanporselen, pengaduk,dan ayakan.

Aktivasi FisikaCangkang kelapa sawit dibersihkan dari

pengotor yang tidak diinginkan kemudiandihilangkan kadar airnya dengan dehidrasimenggunakan oven pada temperatur 100oCselama 1 jam dan dihitung kadar airnya.Cangkang kelapa sawit dimasukan ke dalamsuatu wadah untuk proses pengarangan padasuhu 300 selama 1 jam sampai terbentuk arang,dan kemudian aktivasi secara fisika dalamfurnace pada suhu 750oC selama 3 jam.

Aktivasi KimiaCangkang kelapa sawit yang telah

diarangkan kemudian ditimbang sebanyak 100gram dan dimasukan ke dalam 250 mL larutanZnCl2 0,1 N diaduk dan didiamkan selama 24jam pada suhu kamar. Cangkang disaring dandicuci dengan aquadest agar arang yangdihasilkan netral dari sifat ZnCl2 dandikeringkan pada suhu 100oC selama 1 jam.Kemudian arang aktif dihilangkan kadar airnyadengan cara pemanasan dalam oven dandisimpan di dalam wadah tertutup.

Aktivasi Fisika-KimiaSebanyak 100 gram cangkang kelapa

sawit yang telah dijadikan arang dan diaktivasifisika dimasukan ke dalam 250 mL larutanZnCl2 0.1 N, diaduknya serta ditutup selama 24jam, lalu disaring dan dicuci arang denganaquadest. Setelah itu dikeringkan denganpemanasan dalam oven pada suhu 100oC selama1 jam.

Kadar abuSejumlah arang aktif yang telah

diaktivasi secara fisika, kimia dan fisika-kimiadimasukan kedalam cawan dan ditutup. Cawandimasukan kedalam furnace dengan suhu 600oCdan waktu 3 jam kemudian ditimbang dandimasukkan ke dalam oven selama 1 jam dan


48

ditimbang kembali. Menghitung selisih dariberat sampel sebelum masuk oven dan setelahmasuk oven didapat ash content.

Bulk DensityArang aktif dari proses aktivasi fisika,

kimia dan fisika-kimia dimasukan ke dalamsuatu wadah dan dimampatkan kemudianditimbang. Sampel dimasukan kedalam ovenselama 24 jam pada suhu 100oC dan ditimbangkembali, dihitung selisih dari berat sampelsebelum masuk oven dan setelah masuk ovendidapat Bulk density-nya.

Optimasi Uji Kemampuan Daya AdsorbenArang aktif dari proses aktivasi fisika,

kimia dan fisika-kimia, dilakukan uji terhadapvariabel diameter, arang aktif diayak denganukuran dari 355 m, 500 m dan 710 m,kemudian dilarutkan kedalam beker gelas yangberisi 5 mL asam asetat 0,5 N dan didiamkanhingga 1 jam. Larutan disaring dan diambilsebanyak 5 mL lalu dititrasi dengan NaOH 0,2N. Kemudian diambil data optimumberdasarkan diameter dari adsorbsi asam asetatuntuk uji selanjutnya.

Uji terhadap variabel dekantasiArang aktif diambil dari data optimum

prosedur uji kemampuan daya adsorben,kemudian dimasukkan ke dalam gelas bekeryang berisi asam setat 0,5 N dan didiamkandengan variabel waktu 1 jam, 2 jam, 3 jam dan4 jam. Campuran asam asetat dan arang aktifkemudian disaring, setelah itu filratnya diambilsebanyak 5 mL dan dititrasi dengan NaOH 0,2N.

HASIL DAN PEMBAHASANBahan-bahan organik yang terkandung

dalam cangkang kelapa sawit dipecahkan padaproses pengarangan atau karbonisasi danmembentuk arang. Kemudian arang tersebutdiaktivasi untuk memperbesar luas bidangpenjerapan. Fungsi proses aktivasi, baik fisikamaupun kimia, adalah untuk memecahkanikatan hidrokarbon pada arang sehingga poriarang akan bertambah luas (Faradina danSetiawati, 2010). Terjadinya perubahan massatersebut disebabkan pada proses aktivasi terjadiproses pembentukan dan penyusunan arang,sehingga pori-pori akan menjadi besar yangmengakibatkan berat arang menjadi berkurangkarena pori-porinya sudah tidak rapat sepertisebelum proses aktivasi. Tekstur karbon yangsemula padat dan keras menjadi lebih rapuh danmengkilap. Pori-pori yang semakin banyak akanmemudahkan terjadinya proses penjerapan

sejumlah besar zat pengotor yang ingindihilangkan.

Karakteristik yang ditinjau padapenelitian ini adalah kadar abu, bulk density,dan daya adsorpsi. Pengujian kadar abu padapenelitian ini dilakukan pemanasan pada suhu600oC selama 3 jam. Abu adalah oksida-oksidalogam dalam arang yang terdiri dari mineralyang tidak dapat menguap (non-volatile) padaproses karbonisasi. Keberadaan abu sangatberpengaruh pada kualitas arang aktif. Abuyang berlebihan akan menyebabkan terjadinyapenyumbatan pori arang aktif sehingga luaspermukaan aktif menjadi berkurang. Sedangkanbulk density atau berat jenis kasar arang aktifmerupakan massa per unit volume sampel arangaktif di udara termasuk sistem pori dan ronggaantar pertikel (Jankownska, 1991). Arang aktifyang memiliki bulk density besar mempunyaikandungan bahan mineral yang banyak, namunporositasnya akan berkurang dan berpengaruhterhadap kualitas penjerapan (Pairunan, dkk.,1985). Tabel 1 menyajikan kadar abu dan bulkdensity dari arang yang diaktifkan denganproses fisika, kimia dan fisika-kimia.

Tabel 1 Kadar Abu dan bulk density dari arangaktif untuk berbagai proses aktivasi

No Aktivasi Kadar Abu%Bulk Density

(g/cm3)1 Kimia 0,8824 0,08192 Fisika 1,1949 0,10643 Fisika-kimia 2,1182 0,1266

Berdasarkan informasi dari Tabel 1,kadar abu dan bulk density terbesar terdapatpada arang aktif yang telah diaktivasi secarafisika kimia. Hal ini dikarenakan abu yangdihasilkan pada aktivasi fisika dengankandungan mineral tertentu akan bereaksidengan senyawa kimia pada aktivasi kimia.Hasil reaksi ini akan terbakar dan sebagianmenjadi abu pada saat analisis kadar abu,dimana langkah dalam analisis tersebut arangyang telah diaktivasi fisika-kimia dipanaskanpada suhu 600oC selama 3 jam dalam furnace.Jadi abu yang terukur bukan hanya dari arangitu sendiri tetapi juga berasal dari hasil reaksiantara kandungan mineral dalam abu dansenyawa kimia sebagai aktivator.

Menurut Sudibandriyo (2011), terlalubanyak aktivator dari senyawa kimia akanmenyebabkan tersumbatnya pori-pori padaarang, dan hasil reaksi antara abu dan senyawakimia tersebut juga akan menyumbat pori-poripada arang. Hal ini menyebabkan bulk density


49

arang yang diaktivasi secara fisika-kimiamenjadi besar.

Gambar 1. Kadar Abu dan Bulk Density ArangAktif Pada Berbagai ProsesAktivasi

Uji kemampuan daya adsorpsi dilakukanpada semua arang aktif dengan berbagai prosesaktivasi, dengan variasi diameter 355 m, 500m dan 710 m. Arang aktif tersebut direndamdalam larutan asam asetat 0,2 N selama satujam, kemudian dihitung berapa banyak asamasetat yang dapat dijerap.

Tabel 2. Hasil Pengamatan Optimasi UjiKemampuan Daya Adsorben UntukWaktu 1 Jam

Aktivasi Diameter(m)

CH3COOHterjerap(mol/L)

Persenpenjerapan

(%)

Kimia355 0.080 40,0500 0.072 36,0710 0.066 33,0

Fisika355 0.122 61,0500 0.116 58,0710 0.112 56,0

Fisika-Kimia

355 0.160 80,0500 0.132 66,0710 0.122 61,0

Gambar 2. Kemampuan Daya AdsorpsiTerhadap Asam Asetat DenganVariasi Diameter Partikel PadaSuhu 30oC.

Berdasarkan hasil penelitiandidapatkan bahwa semakin kecil diameter arangaktif, maka semakin tinggi penjerapan terhadapasam asetat. Hal ini sesuai dengan literatur dimana semakin kecil diameter partikel, makasemakin besar luas permukaannya sehinggamemiliki kemampuan adsorpsi yang semakinbesar dengan demikian jumlah adsorbat yangterjerap semakin banyak (Gaol, 2001).Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwakadar asam asetat yang terserap terdapat padadiameter terkecil yaitu 355 micron. Apabiladitinjau dari cara aktivasi maka aktivasi secarafisika-kimia memiliki nilai tertinggi dalampenyerapan asam asetat. Hal ini bertentangandengan data dari kadar abu yang terkandungdalam setiap arang dengan aktivasi fisika,kimia, dan fisika-kimia. Kadar abu pada arangteraktivasi fisika-kimia terbesar di antara arangyang teraktivasi hanya fisika dan kimia saja.Menurut Hsu dan Teng (2000) dalampembuatan arang aktif dari bahan dengankandungan lignoselulosa lebih baikmenggunakan aktivator bersifat asam sepertiZnCl2. Minyu dan Proctor (1993) mengatakanbahwa senyawa organik dengan gugusfungsional asam, akan terjerap dengan baikpada permukaan polar. Arang aktif yangdiaktivasi secara kimia diharapkan dapatmempunyai sifat polar sehingga dapat menyerapasam, dalam hal ini asam asetat. Dapatdikatakan bahwa kemampuan menjerap darisuatu arang aktif selain tergantung pada kadarabu yang dapat mempengaruhi luas permukaanaktif, zat aktivator serta jenis zat yang dijerapjuga sangat berpengaruh. Hal ini terlihat padahasil penelitian ini.

Tabel 3. Hasil Pengamatan Uji VariabelDekantasi Arang Aktif Berdiameter355 m

Waktu(jam)

Aktivasi CH3COOHterjerap(mol/L)

Persenpenjerapan

(%)

1Kimia 0.122 24,4Fisika 0.08 16,0

Fisika-Kimia 0.16 32,0

2Kimia 0.126 25,2Fisika 0.082 16,4


3Kimia 0.13 26,0Fisika 0.086 17,2


4Kimia 0.132 26,4Fisika 0.092 18,4


0

0.5

1

1.5

2

2.5

kimia fisika fisika-kimiaAktivasi

Kadar Abu (%)Bulk density (g/cm3)

0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20

355 500 710

Kons

entr

asi

terje

rap,

mol

/Lite

r

Diameter, micron

kimia

fisika

fisika-kimia


50

Tabel 4. Persentase Kemampuan Adsorpsi perJam.

Waktu,jam

Aktivasi Persentase Adsorpsiper Jam (%)

1-2Kimia 3,28Fisika 2,50

Fisika-Kimia 3,75


Fisika-Kimia 1,20


Fisika-Kimia 2,38

Berdasarkan Tabel 4, waktu adsorpsiselama 4 jam masih belum jenuh untuk arangaktif dengan aktivasi fisika dan kombinasifisika-kimia, hal ini dikarenakan persentasekemampuan menjerap masih mengalamikenaikan. Namun untuk arang teraktivasi kimiapersentase kemampuan menjerap pada waktu 2jam menuju ke 3 jam mengalami penurunan.Hal ini bisa dikatakan bahwa arang teraktivasikimia mengalami kejenuhan di antara waktu 1-2jam.

Untuk uji waktu dekantasi dilakukanperendaman arang aktif dengan proses aktivasifisika, kimia, dan fisika-kimia berdiameter 355m pada asam asetat 0,5 N dengan variasiwaktu 1, 2, 3, dan 4 jam. Pada Gambar 3 dapatdiketahui bahwa semakin lama perendamanmaka penjerapan terhadap asam asetat semakinbertambah. Namun fenomena ini dibatasidengan keadaan jenuh, dimana permukaan aktifarang telah tersumbat oleh pengotor atauadsorbat, sehingga daya jerapnya semakinberkurang.

Gambar 3. Hubungan Konsentrasi TerjerapTerhadap Waktu Pada Uji WaktuDekantasi Arang AktifBerdiameter 355 m Pada Suhu30oC.

KESIMPULANBerdasarkan penelitian yang telah

dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwaarang aktif yang dibuat dari cangkang kelapasawit dengan proses aktivasi secara fisika-kimiamempunyai daya jerap yang paling baik diantara arang aktif lain yang diaktivasi denganproses fisika dan kimia. Pada waktu penjerapan4 jam, arang aktif berdiameter 355 m denganaktivasi fisika-kimia mampu menjerap sebanyak34,4% bagian dari larutan asam asetat 0,5 Npada suhu 30oC.

UCAPAN TERIMA KASIHUcapan terima kasih disampaikan kepada

Laboratorium Operasi Teknik Kimia yang telahmemberikan fasilitas untuk kelancaranpenelitian ini.

DAFTAR PUSTAKAArifin, 2010, Dekolorisasi Air yang

Mengandung Zat Warna Tekstil DenganMetode Koagulasi Poly AluminiumChloride dan Adsorpsi Arang Aktif,Tangerang : PT. Tirta Kencana CahayaMandiri.

Faradina, E. dan Setiawati, N., 2010,Regenerasi Minyak Jelantah DenganProses Bleaching MenggunakanAdsorben Arang Aktif, LaporanPenelitian Program StudiTeknik Kimia,Fakultas Teknik, Universitas LambungMangkurat, Banjarbaru.

Hsu, L. Y. dan Teng, H., 2000, Influence ofdifferent chemical reagents on thepreparation of activated carbons frombituminous coal, Fuel ProcessingTechnology, Vol.64(1-3), hal.155-166.

Jankowska, H., Swiatkowski, A., dan Choma,J., 1991, Active Carbon. Horwood,London.

Ketaren, 1986, Pengantar Teknologi Minyakdan Lemak Pangan, Edisi 1, PenerbitUniversitas Indonesia, Jakarta.

Minyu, J., and Proctor, A., 1993, The Effect ofAdded Solvents on Soy Oil LuteinAdsorption by Silicic Acid, J. Am. OilChem. Soc.Vol.70, hal.575-578.

Pari, G., 1995, Pembuatan dan karakterristikarang aktif dari batubara, TesisProgram Magister Kimia, InstitutTeknologi Bandung, Bandung. Tidakditerbitkan.

Schweitzer, P., 1997, Handbook of SeparationTechniques for Chemical Engineers, 3rdEdition, McGraw Hill.

0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20

1 2 3 4Kons

entr

asit

erje

rap,

mol

/Lite

r

Waktu, jam

kimia

fisika

fisika-kimia


51

Sudibandriyo, M., dan Lydia, 2011,Karakteristik luas permukaan karbonaktif dari ampas tebu dengan aktivasikimia, Jurnal Teknik Kimia Indonesia,Vol.10(3), hal.149-156.

Sudrajat dan S. Soleh, 1994, Petunjung teknispembuatan arang aktif, Puslitbang HasilHutan dan Sosial Ekonomi kehutanan,Bogor.

Wijayanti, R., 2009, Arang Aktif Dari AmpasTebu Sebagai Adsorben Pada PemurnianMinyak Goreng Bekas, Skripsi InstitutPertanian Bogor.

Yoshizawa, N., Yoshio Y. dan Minoru S.,1999,Structural Karakteristik Of arangmaterial with a Low Crystalinity UsingMethods for Data Analysis Report ofNation Institute for Resources andEnvironment.

491-893-1-sm

Documents