universitas indonesia pembuatan karbon …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20311088-s43263-pembuatan...
TRANSCRIPT
UNIVERSITAS INDONESIA
PEMBUATAN KARBON AKTIF BERBAHAN BAKU
AMPAS TEBU DENGAN AKTIVASI KALIUM HIDROKSIDA
SKRIPSI
SHOFA
0806456846
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
DEPOK
JULI 2012
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
UNIVERSITAS INDONESIA
PEMBUATAN KARBON AKTIF BERBAHAN BAKU
AMPAS TEBU DENGAN AKTIVASI KALIUM HIDROKSIDA
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Sarjana Teknik
SHOFA
0806456846
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
DEPOK
JULI 2012
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
ii Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
iii Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
iv Universitas Indonesia
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan
karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsiyang berjudul “Pembuatan
Karbon Aktif Berbahan Baku Ampas Tebu dengan Aktivasi Kalium
Hidroksida” sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai
pihak, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena
itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
(1) Ir. Mahmud Sudibandriyo M.Sc., Ph.D, selaku dosen pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkandalam
penyusunan penulisan ini;
(2) Kedua orang tua dan keluarga penulis yang selalu memberikan semangat
serta mendoakan kelancaran penulisan;
(3) Prof. Dr. Ir. Widodo Wahyu Purwanto, DEA selaku Ketua Departemen
Teknik Kimia FTUI dan Ir. Yuliusman M.Eng selaku kordinator mata kuliah
spesial;
(4) Para dosen Departemen Teknik Kimia FTUI yang telah memberikan ilmu dan
wawasannya;
(5) Rekan satu bimbingan dan teman-teman yaitu Lydia, Tias, Maria, Ade,
Diana,Tya,Nindya, Khofiful, Desi, Nadhila, Merisa, dan seluruh angkatan
2008yang telah memberikan bantuan dan dukungan;
(6) Rekan-rekan penulis yaitu Safira, Aisyah, Wardah, dan Fairuz yang telah
memberikan dukungan.
(7) Semua pihak yang telah membantu penyusunan skripsi ini secara langsung
maupun tidak langsung;
Depok, 4 Juli 2012
Shofa
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
v Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
vi Universitas Indonesia
ABSTRAK
Nama : Shofa
Program Studi : Teknik Kimia
Judul : Pembuatan Karbon Aktif Berbahan Baku Ampas Tebu dengan
Aktivasi Kalium Hidroksida
Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan karbon aktif dari ampas tebu
dengan luas permukaan melebihi 800 m2/gram dan mengetahui pengaruh metode
aktivasi, suhu aktivasi dengan KOH, dan waktu aktivasi dengan KOH terhadap
luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan.Aktivasi kimiawi dilakukan dengan
menggunakan KOH pada suhu 600oC, 700
oC, dan 800
oC selama ½ jam dan 1
jam. Sebagai pembanding dilakukan aktivasi fisika tanpa KOH pada suhu 700oC
selama 1 jam. Karbon aktif yang diperoleh dikarakterisasi luas permukaannya.
Luas permukaan tertinggi 1135 m2/gram diperoleh dari aktivasi menggunakan
KOH selama ½ jam pada suhu 800oC. Dengan metode aktivasi fisika diperoleh
luas permukaan 293 m2/gram.
Kata kunci: ampas tebu, karbon aktif, aktivasi KOH, luas permukaan.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
vii Universitas Indonesia
ABSTRACT
Name : Shofa
Study Program : Chemical Engineering
Title : Preparation of Activated Carbon from Sugarcane Bagasse by
Potassium Hydroxide Activation
This research aims to produce activated carbon made from sugarcane
bagasse with a surface area exceeding 800m2/gram and determine the effect of
activation method, temperature of KOH activation, and time of KOH activation of
the surface area of activated carbon. Chemical activation performed using KOH at
a temperature of 600oC, 700
oC, and 800
oC for ½ hour and 1 hour. As a
comparison, physics activation performed without KOH at a temperature of 700oC
for 1 hour.Surface area of activated carbon was characterized. The highest surface
area is 1135m2/gram obtained from KOH activation for ½ hour at temperature of
800oC. Through the physical activation, the surface area is 293m
2/gram.
Keywords: sugarcane bagasse, activated carbon, KOH activation, surface area.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
viii Universitas Indonesia
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ......................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................iii
KATA PENGANTAR ................................................................................ iiv
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS
AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ....................................... v
ABSTRAK ................................................................................................... vi
ABSTRACT................................................................................................ vii
DAFTAR ISI ............................................................................................. viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... x
DAFTAR TABEL ....................................................................................... xi
BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................. 1
1.1.Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2.Perumusan Masalah ............................................................................ 2
1.3.Tujuan Penelitian ................................................................................ 3
1.4.Batasan Masalah ................................................................................. 3
1.5.Sistematika Penulisan ......................................................................... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 5
2.1. Adsorpsi ............................................................................................ 5
2.1.1. Jenis-jenis Adsorpsi .................................................................. 5
2.1.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi .................... 7
2.1.3. Jenis-jenis Adsorben ................................................................. 8
2.2. Karbon Aktif ..................................................................................... 9
2.2.1. Jenis-jenis Karbon Aktif.......................................................... 10
2.2.2. Struktur Fisik Karbon Aktif .................................................... 11
2.2.3. Struktur Kimia Karbon Aktif................................................... 12
2.3. Proses Pembuatan Karbon Aktif ...................................................... 13
2.4. Ampas Tebu sebagai Bahan Baku Karbon Aktif .............................. 19
2.5. Metode BET (Brenauer-Emmet-Teller)............................................ 20
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
ix Universitas Indonesia
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 23
3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................................... 23
3.2. Alat dan Bahan ................................................................................ 25
3.3. Variabel Penelitian .......................................................................... 26
3.4. Prosedur Penelitian .......................................................................... 26
3.4.1. Preparasi Alat dan Bahan dan Karbonisasi .............................. 26
3.4.2. Aktivasi .................................................................................. 26
3.4.3. Pendinginan ............................................................................ 27
3.4.4. Pencucian................................................................................ 27
3.4.5. Pengeringan ............................................................................ 28
3.5. Teknik Pengambilan Data dan Analisis ............................................ 28
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 29
4.1. Pembuatan Karbon Aktif dari Ampas Tebu ...................................... 29
4.1.1. Hasil Karbonisasi Ampas Tebu ............................................... 29
4.1.2. Hasil Pencampuran Activating Agent dengan Karbon .............. 32
4.1.3. Hasil Proses Aktivasi Karbon .................................................. 34
4.1.4. Proses Pencucian dan Hasil Pengeringan Karbon Aktif ........... 39
4.2. Karakterisasi Luas Permukaan Karbon Aktif ................................... 41
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 48
LAMPIRAN ............................................................................................... 51
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
x Universitas Indonesia
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Proses Adsorpsi pada Karbon Aktif : Tranfer Molekul Adsorbat ke
Adsorben ......................................................................................... 5
Gambar 2.2. Ilustrasi Skema Struktur Karbon Aktif ........................................... 11
Gambar 2.3. Lapisan Atom Karbon Heksagonal (a) dan Struktur Mikrokristalin
Karbon Aktif (b) ............................................................................ 12
Gambar 2.4. Skema Struktur Pori Karbon Aktif ................................................. 12
Gambar 2.5. Ilustrasi Struktur Kimia Karbon Aktif ............................................ 13
Gambar 2.6. Ilustrasi Pembentukan Pori Karbon Aktif melalui Aktivasi KOH ... 16
Gambar 2.7. Ilustrasi Adsorpsi Isotermis Prinsip BET........................................ 21
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................................. 24
Gambar 3.2. Reaktor untuk Aktivasi .................................................................. 25
Gambar 4.1. Ampas Tebu Awal (a) dan Ampas Tebu yang telah Dihaluskan (b) 30
Gambar 4.2. Arang Hasil Karbonisasi Ampas Tebu ........................................... 30
Gambar 4.3. Karbon Ampas Tebu yang telah Dihaluskan................................... 32
Gambar 4.4. Reaktor Aktivasi ............................................................................ 35
Gambar 4.5. Hasil Akhir Karbon Aktif............................................................... 40
Gambar 4.6. Hubungan Luas Permukaan dengan Aktivasi KOH dan Aktivasi
Fisika sebagai Pembanding ......................................................... 42
Gambar 4.7. Hubungan Luas Permukaan dengan Suhu Aktivasi dan Waktu
Aktivasi yang Digunakan ............................................................ 43
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
xi Universitas Indonesia
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Pengguna dan Fungsi Karbon Aktif ................................................... 10
Tabel 2.2. Beberapa Penelitian Pembuatan Karbon Aktif ................................... 16
Tabel 2.3. Karakteristik Ampas Tebu ................................................................. 20
Tabel 4.1. Yield Arang dari Ampas Tebu ............................................................ 31
Tabel 4.2. Hasil Pencampuran Karbon Ampas Tebu dengan Activating Agent .... 34
Tabel 4.3. Hasil Pengamatan selama Proses Aktivasi ......................................... 36
Tabel 4.4. Persentase Kehilangan Sebelum dan Setelah Aktivasi ........................ 38
Tabel 4.5. Hasil Pencucian dan Pengeringan Karbon Aktif ................................. 40
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Luas permukaan Karbon Aktif ................................. 41
Tabel 4.7. Diameter Pori Karbon Aktif............................................................... 45
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Salah satu pendukung pertumbuhan ekonomi di Indonesia adalah industri.
Industri menghasilkan produk-produk kebutuhan manusia dan kebutuhan ekspor
melalui proses-proses tertentu. Salah satu proses yang sering dipakai di industri
adalah proses adsorpsi. Proses adsorpsi di industri banyak dipakai untuk
pemisahan gas, pemurnian pelarut, penghilangan polutan organik dalam air
minum, dan sebagai katalis. Selain itu, dapat pula digunakan untuk penyimpanan
gas (gas adsorptive storage), seperti hidrogen dan gas metana. Untuk aplikasi
proses pemisahan, pemurnian, dan penghilangan polutan, distribusi ukuran pori
adsorben menjadi hal yang utama. Sedangkan untuk aplikasinya sebagai
penyimpanan gas, luas permukaan adsorben menjadi lebih utama. Aspek yang
paling penting dalam proses adsorpsi adalah pemilihan jenis adsorben. Adsorben
yang paling potensial adalah karbon aktif sebab memiliki luas permukaan yang
tinggi sehingga kemampuan adsorpsinya besar.
Pada umumnya karbon aktif dapat dibuat dengan menggunakan batubara
dan material yang mengandung lignoselulosa sebagai bahan baku (Garcia-Garcia
dkk, 2002). Salah satu material yang mengandung banyak lignoselulosa adalah
ampas tebu. Tebu-tebu dari perkebunan diolah menjadi gula di pabrik-pabrik gula.
Selama proses produksi, gula yang termanfaatkan hanyalah 5%, ampas tebu yang
dihasilkan sebesar 90% dari setiap tebu yang diproses, sedangkan sisanya berupa
tetes tebu (molase) dan air. Ampas tebu, sebagai limbah pabrik gula, adalah suatu
bahan yang mengandung karbon cukup tinggi. Selama ini pemanfaatan ampas
tebu hanya terbatas untuk pakan ternak, bahan baku pembuatan pupuk, pulp,
particle board, dan untuk bahan bakar boiler di pabrik gula (Wijayanti, 2009).
Pemanfaatan limbah pabrik gula selama ini bernilai ekonomi yang cukup rendah.
Maka dari itu perlu pengembangan teknologi untuk pemanfaatan limbah ini.
Kandungan karbon yang tinggi dalam ampas tebu menjadi dasar untuk
memanfaatkannya sebagai karbon aktif (Wijayanti, 2009).
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
2
Universitas Indonesia
Saat ini sudah dilakukan penelitian pembuatan karbon aktif berbahan baku
material lignoselulosa seperti limbah pinus dengan menggunakan activating agent
KOH dan menghasilkan luas permukaan yang besar yaitu 1908 m2/gram (Garcia-
Garcia dkk, 2002). Penelitian pembuatan karbon aktif juga telah dilakukan dengan
bahan baku ampas tebu dengan menggunakan metode aktivasi kimia
menggunakan ZnCl2 dan menghasilkan luas permukaan yang cukup besar yaitu
864 m2/gram (Kalderis dkk, 2008). Selain itu, penelitian pembuatan karbon aktif
juga telah dilakukan dengan menggunakan activating agent KOH dengan bahan
baku batubara bitumineous Ombilin dan menghasilkan karbon aktif dengan luas
permukaan yang besar yaitu 1882 m2/gram (Pujiyanto, 2010). Dari penelitian
terdahulu tersebut, maka pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan karbon
aktif dengan bahan baku yang mengandung lignoselulosa berupa ampas tebu
namun menggunakan activating agent berbeda, yaitu KOH. Penambahan
activating agent ini bertujuan agar proses aktivasi dapat lebih terkontrol agar pori-
pori yang terbentuk lebih banyak sehingga didapatkan karbon aktif dengan luas
permukaan yang besar. Proses aktivasi terkontrol dilakukan dengan kondisi bebas
gas oksigen yang dapat membakar karbon sehingga dialirkan gas nitrogen dengan
laju alir tertentu. Selain itu, berhubung dengan sifat bahan yang berbeda
memerlukan suhu serta waktu aktivasi yang berbeda, maka dalam penelitian ini
hal tersebut juga dijadikan variabel. Sebagai pembanding, juga akan dilakukan
pembuatan karbon aktif hanya dengan pemanasan (fisika) tanpa adanya activating
agent. Pembuatan karbon aktif ini diharapkan dapat menghasilkan luas permukaan
yang tinggi, yaitu yang termasuk dapat dipergunakan secara komersial.
Pembuatan karbon aktif dengan bahan baku berupa ampas tebu dengan
menggunakan activating agent KOH ini diharapkan dapat menghasilkan luas
permukaan karbon aktif yang tinggi yaitu melebihi 800 m2/gram.
1.2. Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini, akan dibuat karbon aktif berbahan baku ampas tebu
dengan perumusan masalah sebagai berikut:
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
3
Universitas Indonesia
Apakah karbon aktif berbahan baku ampas tebu dengan menggunakan metode
aktivasi kimiawi dan metode pemanasan mampu menghasilkan luas
permukaan yang tinggi (melebihi 800 m2/gram) ?
Pada pembuatan karbon aktif berbahan baku ampas tebu, metode aktivasi
manakah yang akan menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan yang
lebih tinggi?
Bagaimana pengaruh suhu aktivasi dan lama waktu aktivasi pada metode
aktivasi kimiawi terhadap luas permukaan karbon aktif?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan karbon aktif berbahan baku
ampas tebu dengan aktivasi terkontrol yang mampu menghasilkan luas permukaan
yang tergolong komerisal, yaitu melebihi 800 m2/gram. Selain itu, penelitian ini
bertujuan untuk menganalisa pengaruh metode aktivasi, suhu aktivasi kimiawi,
dan lama waktu aktivasi kimiawi terhadap luas permukaan yang dihasilkan karbon
aktif.
1.4. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa pembatasan yaitu:
Menggunakan larutan KOH sebagai activating agent untuk metode aktivasi
kimiawi.
Menggunakan metode pirolisis (tanpa O2) untuk metode pemanasan.
Variabel terikat penelitian ini adalah luas permukaan karbon aktif yang
dihasilkan.
Variabel bebas penelitian ini adalah suhu aktivasi kimia dan lama waktu
aktivasi kimia.
Gas inert yang dipakai untuk atmosfer proses aktivasi adalah N2.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
4
Universitas Indonesia
1.5. Sistematika Penulisan
Susunan penulisan seminar ini akan mengacu pada sistematika sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan mengenai dasar pemikiran dari penelitian ini,
mencakup penjelasan tentang latar belakang masalah, perumusan
masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi landasan teori umum yang digunakan untuk menjelaskan
masalah yang dibahas.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini menjelaskan mengenai metode penelitian yang digunakan dan
langkah-langkah yang dilakukan untuk memudahkan pemecahan
masalah penelitian guna mencapai tujuan.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas hasil penelitian dan analisis dari hasil penelitian
tersebut.
BAB V KESIMPULAN
Bab ini berisi kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian yang
dilakukan.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa penyerapan suatu substansi pada
permukaan zat padat. Pada fenomena adsorpsi, terjadi gaya tarik-menarik antara
substansi terserap dan penyerapnya. Dalam sistem adsorpsi, fasa teradsorpsi
dalam solid disebut adsorbat sedangkan solid tersebut adalah adsorben. Pada
proses adsorpsi, molekul adsorbat bergerak melalui bulk fasa gas menuju
permukaan padatan dan berdifusi pada permukaan pori padatan adsorben. Proses
adsorpsi hanya terjadi pada permukaan, tidak masuk dalam fasa bulk/ruah. Proses
adsorpsi terutama terjadi pada mikropori (pori-pori kecil), sedangkan tempat
transfer adsorbat dari permukaan luar ke permukaan mikropori ialah makropori.
Ilustrasi proses adsorpsi pada adsorben karbon aktif dapat dilihat pada Gambar 2.1
berikut ini.
Gambar 2.1. Proses Adsorpsi pada Karbon Aktif : Transfer Molekul Adsorbat ke
Adsorben (Manocha, 2003)
2.1.1. Jenis-jenis Adsorpsi
Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan adsorbat,
adsorpsi dibedakan menjadi 2 jenis yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
6
Universitas Indonesia
Adsorpsi Fisika
Adsorpsi fisika merupakan adsorpsi yang terjadi karena adanya gaya Van der
Waals. Pada adsorpsi fisika, gaya tarik-menarik antara molekul fluida dengan
molekul pada permukaan padatan (intermolekular) lebih kecil dari pada gaya
tarik-menarik antar molekul fluida tersebut sehingga gaya tarik-menarik antara
adsorbat dengan permukaan adsorben relatif lemah. Pada adsorpsi fisika,
adsorbat tidak terikat kuat dengan permukaan adsorben sehingga adsorbat
dapat bergerak dari suatu bagian permukaan ke permukaan lainnya dan pada
permukaan yang ditinggalkan oleh adsorbat tersebut dapat digantikan oleh
adsorbat lainnya. Keseimbangan antara permukaan padatan dengan molekul
fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversible. Adsorpsi fisika memiliki
kegunaan dalam hal penentuan luas permukaan dan ukuran pori (Murti, 2008).
Adsorpsi Kimia
Adsorpsi kimia terjadi karena adanya ikatan kimia yang terbentuk antara
molekul adsorbat dengan permukaan adsorben. Ikatan kimia dapat berupa
ikatan kovalen atau ion. Ikatan yang terbentuk sangat kuat sehingga spesi
aslinya tidak dapat ditemukan. Karena kuatnya ikatan kimia yang terbentuk,
maka adsorbat tidak mudah terdesorpsi. Adsorpsi kimia ini diawali dengan
adsorpsi fisik dimana adsorbat mendekat ke permukaan adsoben melalui gaya
Van der Waals atau ikatan hidrogen kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia.
Pada adsorpsi kimia, adsorbat melekat pada permukaan dengan membentuk
ikatan kimia yang biasanya merupakan ikatan kovalen (Prabowo, 2009).
Menurut Langmuir, molekul adsorbat ditahan pada permukaan adsorben oleh
gaya valensi yang tipenya sama dengan yang terjadi antara atom-atom dalam
molekul. Karena adanya ikatan kimia maka pada permukaan adsorben, maka
akan terbentuk suatu lapisan dimana lapisan tersebut akan menghambat proses
adsorpsi selanjutnya oleh adsorben sehingga efektifitas berkurang. Adsorpsi
kimia biasanya digunakan untuk penentuan daerah pusat aktif dan kinetika
reaksi permukaan (Murti, 2008).
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
7
Universitas Indonesia
2.1.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi
Daya adsorpsi pada adsorben bergantung pada suhu, tekanan, jenis
adsorbat, dan karakteristik adsorben.
Suhu
Pada saat molekul- molekul adsorbat menempel pada permukaan adsorben,
terjadi pembebasan sejumlah energi sehingga adsorpsi digolongkan bersifat
eksotermis. Bila suhu menurun maka kemampuan adsorpsi meningkat
sehingga jumlah molekul adsorbat bertambah.
Tekanan adsorbat
Untuk setiap jenis adsorpsi berdasarkan interaksi molekular yang terjadi,
tekanan adsorbat akan mempengaruhi jumlah molekul adsorbat. Pada adsorpsi
fisika, bila tekanan adsorbat meningkat, jumlah molekul adsorbat akan
bertambah. Namun pada adsorpsi kimia, jumlah molekul adsorbat akan
berkurang bila tekanan adsorbat meningkat.
Jenis Adsorbat
Ukuran molekul adsorbat dan kepolaran zat merupakan parameter adsorbat
yang berpengaruh terhadap kemampuan adsorpsi adsorben. Agar proses
adsorpsi dapat terjadi, molekul-molekul adsorbat harus memiliki diameter
yang lebih kecil dari pada diameter pori adsorben. Untuk kepolaran zat, bila
adsorben bersifat non-polar, seperti karbon aktif, maka molekul-molekul non-
polar lebih kuat diadsorpsi oleh karbon aktif dari pada molekul-molekul yang
polar. Sebaliknya, bila adsorben bersifat polar, maka molekul-molekul polar
akan lebih kuat diadsorpsi dari pada yang non-polar.
Karakteristik Adsorben
Ukuran pori adsorben dan luas permukaan merupakan karakteristik penting
adsorben. Ukuran pori adsorben berhubungan dengan luas permukaan.
Semakin kecil ukuran pori-pori adsorben, luas permukaan semakin tinggi
sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi akan bertambah. Selain itu, ukuran
pori adsorben dengan ukuran adsorbat harus sesuai karena diameter dari pori
adsorben harus sedikit lebih besar dari pada diameter adsorbat agar adsorbat
dapat menempati pori adsorben. Karakteristik lainnya ialah kemurnian
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
8
Universitas Indonesia
adsorben. Sesuai dengan fungsinya untuk adsorpsi, maka adsorben yang lebih
murni lebih diinginkan karena kemampuan adsorpsi yang lebih baik.
2.1.3. Jenis-jenis Adsorben
Pada kebanyakan industri, adsorben yang dipakai dapat dibagi menjadi 3
jenis berdasarkan komponen penyusunnya, yaitu :
Oxygen-containing compounds
Jenis ini biasanya bersifat hidrofil dan bersifat polar. Contohnya adalah yang
silika gel dan zeolit.
Carbon-based compounds
Jenis ini biasanya bersifat hidrofob dan nonpolar. Contohnya adalah karbon
aktif dan grafit.
Polymer-based compounds
Jenis ini terdiri dari matriks polimer berpori yang mengandung gugus fungsi
polar atau nonpolar.
Pemilihan jenis adsorben merupakan hal penting dalam proses adsorpsi.
Adsorben yang paling sering digunakan adalah karbon aktif karena memiliki luas
permukaan yang besar sehingga daya adsorpsinya lebih besar dari pada adsorben
lainnya.
Aplikasi proses adsorpsi banyak digunakan di dalam dunia industri.
Contoh aplikasi adsorpsi fasa uap adalah pemulihan pelarut organik yang
digunakan pada zat, tinta cetak, dan pelapisan tekstil. Sedangkan adsorpsi untuk
fasa cair digunakan untuk memisahkan komponen-komponen organik dari limbah
cair dan air dari zat cair organik (Atmayudha, 2007). Untuk mengoptimalkan
proses adsorpsi pada aplikasinya, diperlukan adsorben dengan luas permukaan
yang tinggi. Semakin luas permukaan adsorben, maka makin banyak zat yang
teradsorpsi. Karbon aktif merupakan adsorben yang sangat baik karena karbon
aktif memiliki luas permukaan dan daya adsorpsi lebih tinggi dari pada adsorben
lainnya.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
9
Universitas Indonesia
2.2. Karbon Aktif
Pertama kali karbon aktif diketahui secara komersil karena penggunaannya
sebagai “topeng uap” pada Perang Dunia I. Namun, pada abad ke-15 sudah
diketahui bahwa karbon hasil dekompresisi kayu dapat menyingkirkan bahan
berwarna dan pada abad ke-17 penerapan secara komersil arang kayu digunakan
dalam sebuah pabrik gula di Inggris (Austin, 1996).
Karbon aktif merupakan adsorben terbaik dalam sistem adsorpsi. Ini
karena karbon aktif memiliki luas permukaan yang besar dan daya adsorpsi yang
tinggi sehingga pemanfaatannya dapat optimal. Karbon aktif yang baik harus
memiliki luas permukaan yang besar sehingga daya adsorpsinya juga besar
(Prabowo, 2009). Luas permukaan karbon aktif umumnya berkisar antara 300-
3000 m2/g dan ini terkait dengan struktur pori pada karbon aktif tersebut.
Karbon aktif adalah material berpori dengan kandungan karbon 87%-97%
dan sisanya berupa hidrogen, oksigen, sulfur, dan material lain. Karbon aktif
merupakan karbon yang telah diaktivasi sehingga terjadi pengembangan struktur
pori yang bergantung pada metode aktivasi yang digunakan. Struktur pori
menyebabkan ukuran molekul teradsorpsi terbatas, sedangkan bila ukuran partikel
tidak masalah, kuantitas bahan yang diserap dibatasi oleh luas permukaan karbon
aktif (Austin, 1996).
Karbon aktif memiliki banyak fungsi. Misalnya pada proses pengolahan
air, karbon aktif berfungsi untuk menghilangkan polutan seperti seng, timbal,
kuprum, krom, besi, timbal, dan uap amonia (Murti, 2008; Júnior dkk, 2009;
Prabowo, 2009; Lienden dkk, 2010). Karbon aktif juga berfungsi dalam
pemurnian gas seperti dengan cara desulfurisasi dan menyerap gas beracun dan
bau busuk. Selain itu, karbon aktif juga berfungsi sebagai tempat penyimpanan
gas hydrogen dan gas metana (adsorptive gas storage). Tabel 2.1. menunjukkan
fungsi karbon aktif terkait industri pengguna karbon aktif.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
10
Universitas Indonesia
Tabel 2.1. Pengguna dan Fungsi Karbon Aktif
Pengguna Fungsi
Industri obat dan
makanan
Penyaringan, penghilangan bau dan rasa
Industri minuman Penghilangan warna dan bau pada minuman
Kimia/perminyakan Penyulingan bahan mentah
Pengolahan air Penghilangan warna dan bau, penghilangan
resin
Budi daya udang Pemurnian, penghilangan ammonia, nitrit,
fenol, dan logam berat
Industri gula Penghilangan zat-zat warna, penyerapan
proses penyaringan menjadi lebih sempurna
Pemurnian gas Penghilangan sulfur, gas beracun, bau
busuk asap.
Katalisator Reaksi katalisator pengangkut vinil klorida,
vinil asetat
Pengolahan pupuk Pemurnian, penghilangan bau
2.2.1. Jenis-jenis Karbon Aktif
Berdasarkan penggunaannya, karbon aktif terbagi menjadi 2 jenis yaitu
karbon aktif untuk untuk fasa cair dan karbon aktif untuk fasa uap.
Karbon aktif untuk untuk fasa cair
Karbon aktif untuk fasa cair biasanya berbentuk serbuk. Karbon aktif untuk
fasa cair biasanya dibuat dari bahan yang memiliki berat jenis rendah seperti
kayu, batubara lignit, dan bahan yang mengandung lignin seperti limbah hasil
pertanian. Karbon aktif jenis ini banyak digunakan untuk pemurnian larutan
dan penghilangan rasa dan bau pada zat cair misalnya untuk penghilangan
polutan berbahaya seperti gas amonia dan logam berbahaya pada proses
pengolahan air.
Karbon aktif untuk fasa uap
Karbon aktif untuk fasa uap biasanya berbentuk butiran/granular. Karbon aktif
jenis ini biasanya dibuat dari bahan yang memiliki berat jenis lebih besar
seperti tempurung kelapa, batubara, dan residu minyak bumi. Karbon aktif
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
11
Universitas Indonesia
jenis ini digunakan dalam adsorpsi gas dan uap misalnya adsorpsi emisi gas
hasil pembakaran bahan bakar pada kendaraan seperti CO dan NOx.
Pernyataan mengenai bahan baku yang digunakan dalam pembuatan karbon aktif
untuk masing- masing jenis yang telah disebutkan bukan merupakan suatu
keharusan, karena ada karbon aktif untuk fasa cair yang dibuat dari bahan yang
mempunyai densitas besar, seperti tulang. Kemudian dibuat dalam bentuk
granular dan digunakan sebagai pemucat larutan gula. Begitu pula dengan karbon
aktif yang digunakan untuk fasa uap dapat diperoleh dari bahan yang memliki
densitas kecil, seperti serbuk gergaji (Sembiring,2003).
2.2.2. Struktur Fisik Karbon Aktif
Struktur dasar karbon aktif berupa struktur kristalin yang sangat kecil
(mikrokristalin). Karbon aktif memiliki bentuk amorf yang tersusun atas lapisan
bidang datar dimana atom-atom karbon tersusun dan terikat secara kovalen dalam
tatanan atom-atom heksagonal. Gambar 2.2 menunjukkan skema struktur karbon
aktif. Setiap garis pada Gambar 2.2 menunjukkan lapisan atom-atom karbon yang
berbentuk heksagonal dan adanya mikrokristalin dengan struktur grafit pada
karbon aktif (Sudibandriyo, 2003).
Gambar 2.2. Ilustrasi Skema Struktur Karbon Aktif (Sudibandriyo, 2003)
Adanya lapisan atom-atom karbon yang berbentuk heksagonal dan adanya
mikrokristalin pada karbon aktif ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
12
Universitas Indonesia
Gambar 2.3. Lapisan Atom Karbon Heksagonal (a) dan Struktur Mikrokristalin
Karbon Aktif (b) (Sudibandriyo, 2003; Pujiyanto, 2010)
Umumnya karbon aktif berbentuk granular (butiran) dan serbuk. Karbon
aktif berbentuk serbuk halus memiliki distribusi ukuran partikel 5-10 µm.
Sedangkan karbon aktif berbentuk granular memiliki ukuran 0,8-1,2 mm.
Porositas karbon aktif terbentuk pada saat proses karbonisasi. Pada karbon aktif
terdapat 3 ukuran pori, yaitu mikropori (< 2 nm), mesopori (2 nm– 50 nm), dan
makropori (> 50 nm) (Marsh, 2006). Selain itu, lebih jauh terdapat pula ukuran
supermikropori (0,7 nm – 2 nm) dan ultramikropori (< 0,7 nm). Gambar 2.4
menunjukkan skema struktur pori pada karbon aktif.
Gambar 2.4. Skema Struktur Pori Karbon Aktif (Manocha, 2003)
2.2.3. Struktur Kimia Karbon Aktif
Selain terdiri dari atom karbon, karbon aktif mengandung sejumlah kecil
hidrogen dan oksigen yang terikat pada gugus fungsi misalnya karboksil, fenol,
dan eter. Gugus fungsi ini dapat berasal dari bahan baku karbon aktif. Selain itu,
gugus fungsi pada karbon aktif juga terbentuk selama proses aktivasi oleh karena
adanya interaksi radikal bebas permukaan karbon dengan oksigen atau nitrogen
yang berasal dari atmosfer. Gugus fungsi ini menjadikan permukaan karbon aktif
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
13
Universitas Indonesia
reaktif secara kimia dan dapat mempengaruhi sifat adsorpsinya (Murti, 2008).
Ilustrasi struktur kimia karbon aktif dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Ilustrasi Struktur Kimia Karbon Aktif (Sudibandriyo, 2003)
2.3. Proses Pembuatan Karbon Aktif
Secara umum, proses pembuatan karbon aktif terdiri dari 3 tahap yaitu
dehidrasi, karbonisasi, dan aktivasi.
Dehidrasi
Dehidrasi adalah proses penghilangan kandungan air yang terdapat dalam
bahan baku karbon aktif dengan tujuan untuk menyempurnakan proses
karbonisasi dan dilakukan dengan cara menjemur bahan baku di bawah sinar
matahari atau memanaskannya dalam oven.
Karbonisasi
Karbonisasi adalah proses pembakaran material organik pada bahan baku.
Karbonisasi akan menyebabkan terjadinya dekomposisi material organik
bahan baku dan pengeluaran pengotor. Sebagian besar unsur non-karbon akan
hilang pada tahap ini. Pelepasan unsur-unsur yang volatil ini akan membuat
struktur pori-pori mulai terbentuk/pori-pori mulai terbuka. Seiring karbonisasi,
struktur pori awal akan berubah.
Karbonisasi dihentikan bila tidak mengeluarkan asap lagi. Penambahan suhu
memang diperlukan untuk mempercepat reaksi pembentukan pori. Namun,
pembatasan suhu pun harus dilakukan. Suhu yang terlalu tinggi, seperti di atas
1000oC akan mengakibatkan banyaknya abu yang terbentuk sehingga dapat
menutupi pori-pori dan membuat luas permukaan berkurang serta daya
adsorpsinya menurun.
Aktivasi
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
14
Universitas Indonesia
Pada proses karbonisasi, daya adsorpsi karbon tergolong masih rendah karena
masih terdapat residu yang menutupi permukaan pori dan pembentukan pori-
pori belum sempurna. Maka dari itu, perlu dilakukan proses aktivasi untuk
meningkatkan luas permukaan dan daya adsorpsi karbon aktif. Pada proses ini
terjadi pelepasan hidrokarbon, tar, dan senyawa organik yang melekat pada
karbon tersebut. Proses aktivasi terdapat 2 jenis yaitu aktivasi fisika dan
aktivasi kimiawi.
Aktivasi Fisika
Pada aktivasi secara fisika, karbon dipanaskan pada suhu sekitar 800 –
1000oC dan dialirkan gas pengoksidasi seperti uap air, oksigen, atau CO2.
Gas pengoksidasi akan bereaksi dengan karbon dan melepaskan karbon
monoksida dan hidrogen untuk gas pengoksidasi berupa uap air. Senyawa-
senyawa produk samping pun akan terlepas pada proses ini sehingga akan
memperluas pori dan meningkatkan daya adsorpsi. Gasifikasi karbon
dengan uap air dan CO2 terjadi melalui reaksi bersifat endotermis berikut
ini (Marsh, 2006).
C + H2O → CO + H2 (117 kJ/ mol) (2.1)
C + CO2 → 2CO (159 kJ/mol) (2.2)
Sedangkan aktivasi fisika dengan oksigen melalui reaksi bersifat
eksotermis berikut ini.
C + O2 → CO2 ( -406 kJ/mol) (2.3)
Pada aktivasi fisika, terjadi pengurangan massa karbon dalam jumlah yang
besar karena adanya pembentukan struktur karbon. Namun, pada aktivasi
fisika seringkali terjadi kelebihan oksidasi eksternal sewaktu gas
pengoksidasi berdifusi pada karbon sehingga terjadi pengurangan ukuran
adsorben. Selain itu, reaksi sulit untuk dikontrol.
Aktivasi Kimiawi
Aktivasi kimiawi biasanya digunakan untuk bahan baku mengandung
lignoselulosa. Pada aktivasi ini, karbon dicampur dengan larutan kimia
yang berperan sebagai activating agent. Larutan kimia yang dipakai
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
15
Universitas Indonesia
biasanya adalah garam dari logam alkali dan alkali tanah serta zat asam
seperti KOH, NaOH, ZnCl2, H3PO4, dan H2SO4. Activating agent akan
mengoksidasi karbon dan merusak permukaan bagian dalam karbon
sehingga akan terbentuk pori dan meningkatkan daya adsorpsi. Activating
agent ini berperan sebagai dehydrating agent yang akan mempengaruhi
dekomposisi pirolisis, menghambat pembentukan tar, dan mengurangi
pembentukan asam asetat, metanol, dan lain-lain (Ahmadpour, 1995; Lillo
dkk, 2003; Manocha, 2003).
Salah satu jenis larutan kimia yang banyak dipakai sebagai activating
agent dari logam alkali adalah KOH (kalium hidroksida). KOH akan
bereaksi dengan karbon sehingga akan membentuk pori-pori baru serta
menghasilkan karbon dioksida yang berdifusi ke permukaan karbon
(Pujiyanto, 2010). Pori-pori yang terbentuk akan menghasilkan karbon
aktif. KOH juga mencegah pembentukan tar, asam asetat, metanol, dan
lain lain (Atmayudha, 2006). Reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut
(Sudibandriyo, 2008).
4 KOH + C ↔ 4 K + CO2 + 2 H2O (2.5)
6 KOH + C ↔ 2 K + 3 H2 + 2 K2CO3 (2.6)
4 KOH + 2 CO2 ↔ 2 K2CO3 + 2 H2O (2.7)
Gambar 2.6. menunjukkan ilustrasi pembentukan pori karbon aktif dengan
aktivasi menggunakan KOH.
Gambar 2.6. Ilustrasi Pembentukan Pori Karbon Aktif melalui Aktivasi
KOH
Gambar 2.6 menunjukkan bahwa seiring bertambahnya suhu sampai suhu
aktivasi dan waktu aktivasi dicapai, KOH akan bereaksi dengan karbon
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
16
Universitas Indonesia
dan merusak bagian dalam karbon sehingga membentuk pori-pori yang
semakin banyak.
Aktivasi kimiawi memiliki beberapa keunggulan daripada aktivasi fisika.
Pada aktivasi kimiawi, suhu aktivasi yang digunakan lebih rendah
daripada yang digunakan pada aktivasi fisika. Selain itu, aktivasi kimiawi
menghasilkan pembentukan struktur pori yang lebih baik, luas permukaan
yang lebih tinggi, dan yield karbon aktif yang lebih besar (Ahmadpour,
1995).
Penelitian yang berhubungan dengan pembuatan karbon aktif dengan aktivasi
fisika dan aktivasi kimiawi sudah banyak dilakukan, beberapa dapat dilihat pada
Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Beberapa Penelitian Pembuatan Karbon Aktif
No. Nama Jurnal Topik Penelitian Hasil
1 High-Porosity Carbons
Prepared from Bituminous
Coal with Potassium
Hydroxide Activation
(Teng, 1999)
Pembuatan karbon aktif dari
batu bara jenis Bituminus
dengan metode aktivasi
kimiawi menggunakan KOH
dengan atmosfer N2 dengan
variasi suhu 500-1000oC dan
waktu 0-3 jam.
Karbon aktif dengan
luas permukaan >
3000 m2/g, yang
dihasilkan pada suhu
aktivasi 800°C selama
1 jam.
2 Influence of Different
Chemical Reagents on the
Preparation of Activated
Carbon from Bituminous
Coal (Teng, 2000)
Pembuatan karbon aktif dari
batu bara jenis Bituminus
dengan metode aktivasi
kimiawi dengan variasi
activating agent ZnCl2,
H3PO4, dan KOH, suhu 400-
900oC, selama 1 jam dengan
atmosfer N2.
Karbon aktif dengan
luas permukaan 3300
m2/g, dengan aktivasi
KOH, suhu aktivasi
800°C.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
17
Universitas Indonesia
(Lanjutan)
No. Nama Jurnal Topik Penelitian Hasil
3 Influence of Pretreatment
and Activation Conditions
in the Preparation of
Activated Carbon from
Anthtracite (Lee, 2000)
Pembuatan karbon aktif dari
batu bara Antrasit dengan
variasi metode aktivasi fisika,
dengan variasi activating gas
steam dan CO2, suhu 850-
950oC, waktu ½ -10 jam.
Karbon aktif dengan
luas permukaan 900
m2/g, dengan aktivasi
steam, suhu 900oC
selama 3 jam.
4 Understanding Chemical
Reaction Between Carbon
and NaOH and KOH
(Lillo, 2003)
Pencampuran bahan baku
dengan NaOH
(NaOH/C=3:1), diaktivasi
dengan suhu 760oC, dengan
variasi gas atmosfer N2,CO2
dan Steam beserta variasi laju
alir 40,100 dan 500 ml/min.
Karbon aktif hasil
terbaik dengan
atmosfer N2 500
ml/min, surface area
2193 m2/g. Hasil
terendah dengan CO2,
surface area 36 m2/g .
5 Production and
Characterization of
Activated Carbon from
Pine Wastes Gasified in a
Pilot Reactor (Garcia,
2002)
Pembuatan karbon aktif dari
limbah pinus dengan aktivasi
KOH, atmosfer N2 4 l/min,
dengan variasi suhu 725-
800oC selama 1 jam.
Karbon aktif dengan
luas permukaan 1908
m2/g .
6 Adsorption of Polluting
Substances on Activated
Carbons Prepared from
Rice Husk and Sugarcane
Bagasse (Kalderis, 2008)
Pembuatan karbon aktif dari
sekam padi dan ampas tebu
sebagai adsorben
polutan,dengan aktivasi
ZnCl2, suhu aktivasi 700oC
selama ½ jam,atmosfer N2
dan CO2.
Karbon aktif dari
ampas tebu luas
permukaan 864 m2/g
dan dari sekam padi
811 m2/g.
7 Preparation of Activated
Carbon from Petroleum
Coke by KOH Chemical
Activation for Adsorption
Heat Pump (Kawano,
2007)
Petroleum coke dicampur
dengan KOH (KOH:PC=
2:1), dialiri gas N2 laju alir
5cc/s, dengan variasi suhu
aktivasi 773-1073 K selama 1
jam.
Karbon aktif dengan
luas permukaan 990
m2/g, suhu 1073 K.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
18
Universitas Indonesia
(Lanjutan) No. Nama Jurnal Topik Penelitian Hasil
8 Preparation of Activated
Carbon from Cherry
Stones by Activation with
Potassium-Hydroxide
(Marin, 2005)
Bahan baku dicampur dan
diagitasi dengan KOH
(KOH:CS=3:1), dialiri gas N2
laju alir 100 mL/min, dengan
variasi suhu aktivasi 400-
900oC selama 2 jam.
Karbon aktif dengan
luas permukaan 1624
m2/g, hasil aktivasi
suhu 900oC.
Beberapa penelitian pada Tabel 2.2. menunjukkan bahwa suhu dan waktu
mempengaruhi pembentukan luas permukaan. Semakin tinggi suhu aktivasi, luas
permukaan yang dihasilkan akan semakin besar. Peningkatan suhu selama waktu
tertentu akan meningkatkan pembentukan pori-pori baru baik mikropori,
mesopori, dan makropori. Namun bila suhu dan waktu meningkat terus menerus
akan menyebabkan luas permukaan menurun. Suhu yang terlalu tinggi dan waktu
yang terlalu lama akan meningkatkan pembentukan abu. Karbon akan lebih
banyak terbakar sehingga pori-pori akan mengalami pelebaran dan pengrusakan
berlebih menghasilkan penurunan luas permukaan. Suhu aktivasi dan waktu
aktivasi harus disesuaikan dengan kandungan karbon pada bahan baku agar
karbon yang terkandung pada bahan baku tidak habis. Bahan baku dengan
kandungan karbon yang tinggi, yaitu batu bara (C>60%) biasanya menggunakan
suhu aktivasi dan waktu aktivasi yang tinggi agar activating agent dan karbon bisa
bereaksi secara optimal. Sedangkan bahan baku biomassa seperti material
lignoselulosis dapat menggunakan suhu aktivasi dan waktu aktivasi yang tidak
terlalu tinggi karena kandungan karbon yang rendah dikhawatirkan habis terbakar
pada suhu tinggi dan waktu yang lama.
2.4. Ampas Tebu sebagai Bahan Baku Karbon Aktif
Tebu (Saccharum officinarum) tergolong tanaman perkebunan dan hanya
dapat tumbuh di daerah tropis. Hal ini menjadikan pertumbuhan dan
perkembangan tebu di Indonesia tergolong baik karena curah hujan dan intensitas
sinar matahari yang cukup tinggi. Tebu digunakan sebagai bahan baku untuk
memproduksi gula. Proses produksi gula ini menghasilkan limbah atau residu.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
19
Universitas Indonesia
Limbah merupakan hasil dari suatu proses yang belum atau tidak termanfaatkan
(Murti, 2008). Salah satu penggunaan efektif dari limbah agrikultural yang
menjadi perhatian pada dekade terakhir adalah sebagai bahan baku dalam
pembuatan karbon aktif. Banyak limbah agrikultural yang dipakai sebagai bahan
baku pembuatan karbon aktif karena dapat diperbaharui, tersedia dalam jumlah
banyak, dan tidak terlalu mahal dari pada material lain untuk dijadikan adsorben
(Nunes dkk, 2008). Proses pembuatan gula akan menghasilkan limbah berupa
ampas tebu. Ampas tebu ini merupakan hasil samping proses ekstraksi cairan tebu
pada industri gula. Sebagian besar pemanfaatan ampas tebu ini bernilai ekonomi
yang cukup rendah misalnya hanya terbatas untuk pakan ternak. Pemanfaatan
ampas tebu perlu pengembangan teknologi, salah satunya ialah dapat dijadikan
bahan baku pembuatan karbon aktif. Selain itu, pemanfaatan ampas tebu ini dapat
mengurangi dampak bagi lingkungan yang diakibatkan limbah.
Ampas tebu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif
karena merupakan material yang mengandung lignoselulosa. Lignoselulosa
merupakan unsur yang banyak mengandung karbon. Lignoselulosa terdiri dari
lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Material yang mengandung lignin memiliki
kandungan karbon sekitar 35% - 40%, densitas yang rendah sekitar 0,3 kg/m3 -
0,4 kg/m3, dan kandungan abu yang sangat sedikit (Manocha, 2003). Zat yang
terkandung dalam ampas tebu dalam jumlah yang besar yaitu selulosa sekitar
37%, lignin sekitar 21%, dan hemiselulosa sekitar 28% (Bon, 2007). Karakteristik
ampas tebu secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Karakteristik Ampas Tebu (Kalderis dkk, 2008)
Parameter Presentase (%)
Kadar air (moisture) 6,1
Kadar abu (ash content) 3,3
Kadar material volatil (volatile matter) 65,9
Kadar karbon (fixed carbon) 24,7
Pada Tabel 2.3. menunjukkan analisis proximate ampas tebu. Hal ini berarti
bahwa fixed carbon atau kadar karbon yang dimaksud ialah kadar arang yang
tidak hanya mengandung karbon melainkan masih terdapat hidrogen, oksigen,
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
20
Universitas Indonesia
nitrogen, dan sulfur yang tidak terbawa gas. Kadar karbon ampas tebu sendiri
sebesar 47 %, oksigen 44%, hidrogen 6,5 %, nitrogen 0,9% , dan sulfur 0,1 %
(Winaya, 2010). Karena kandungan karbon yang cukup potensial di dalam ampas
tebu, ampas tebu dapat diproses menjadi bahan baku pembuatan karbon aktif.
Beberapa penelitian pembuatan karbon aktif dari ampas tebu sudah dilakukan.
Pembuatan karbon aktif dari ampas tebu dengan aktivasi kimiawi melalui
impregnasi menggunakan ZnCl2 sudah dilakukan, pada suhu aktivasi 700oC dan
waktu 30 menit dengan variasi rasio ZnCl2 dengan bahan baku 0,25; 0,5; 0,75;
dan 1. Dari penelitian ini diperoleh karbon aktif dengan luas permukaan tertinggi
864 m2/gram pada rasio ZnCl2 : ampas tebu sebesar 0,75 : 1 (Kalderis dkk, 2008).
Selain itu, pembuatan karbon aktif dari ampas tebu juga sudah dilakukan dengan
variasi activating agent ZnCl2, NaOH, dan H3PO4, variasi rasio activating agent
dengan bahan baku, variasi suhu aktivasi dan waktu aktivasi (600oC, 700
oC, dan
800oC ; 30 menit dan 60 menit) dan menghasilkan karbon akif dengan luas
permukaan tertinggi 674 m2/gram dari rasio 0,75 pada suhu aktivasi 700
oC
selama 30 menit (Kalderis dkk, 2008). Pada penelitian ini, pembuatan karbon aktif
juga berasal dari ampas tebu namun menggunakan activating agent yang berbeda
dari penelitian sebelumnya yaitu KOH dengan melakukan variasi suhu aktivasi
600oC, 700
oC, dan 800
oC dan waktu aktivasi selama ½ jam dan 1 jam.
2.5. Metode BET (Brenauer-Emmet-Teller)
Salah satu karakteristik karbon aktif berkualitas ialah memiliki luas
permukaan yang tinggi. Semakin besar luas permukaan karbon aktif, semakin
besar pula daya adsorpsinya. Luas permukaan suatu adsorben dapat diketahui
dengan alat pengukur luas permukaan yang menggunakan prinsip metode BET.
Pengukuran luas permukaan dengan model BET ini biasanya menggunakan
nitrogen sebagai adsorbat. Pengukuran ini didasarkan pada data adsorpsi isotermis
nitrogen pada suhu 77 K. Adsorpsi isotermis dengan prinsip BET merupakan jenis
adsorpsi fisis. Metode BET pertama kali ditemukan oleh Brenauer, Emmet, dan
Teller pada tahun 1938. Metode BET ini merupakan pengembangan dari teori
Langmuir. Teori Langmuir digunakan untuk adsorpsi monolayer kemudian
dikembangkan menjadi teori BET yang menyatakan bahwa adsorpsi dapat terjadi
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
21
Universitas Indonesia
di atas lapisan adsorbat monolayer sehingga teori dan model BET ini dapat
digunakan untuk adsorpsi multilayer. Ilustrasi adsorpsi isotermis dengan prinsip
BET dapat dilihat pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 menggambarkan adsorpsi
multilayer, yang pada awalnya terjadi penempelan molekul pada permukaan
adsorben membentuk lapisan monolayer kemudian terjadi penempelan molekul
pada lapisan monolayer membentuk lapisan multilayer.
Gambar 2.7. Ilustrasi Adsorpsi Isotermis Prinsip BET
Metode BET didasarkan pada penentuan volume molekul teradsorpsi
secara fisika setebal satu lapis molekul monolayer pada permukaan adsorben.
Berikut persamaan BET.
𝑃
𝑉 𝑃𝑂𝑃 −1
= 1
𝑉𝑚 𝐶+
(𝐶−1)
𝑉𝑚 𝐶
𝑃
𝑃𝑂 (2.8)
Keterangan:
C : Konstanta BET
PO : Tekanan uap jenuh gas yang diadsorpsi pada suhu eksperimen (kPa)
P : Tekanan total gas saat adsorpsi (kPa)
Vm : Volume gas yang diadsorpsi untuk monolayer (cm3)
V : Volume gas yang diadsorpsi pada tekanan P (cm3)
Persamaan (2.8) hanya untuk P/Po bernilai antara 0,05-0,35 dan Vm dapat
ditentukan. Persamaan (2.8) dapat diplot secara linear, yaitu antara 1/V((P/Po)-1)
dengan P/Po, sehingga didapat persamaan dengan slope (C-1)/VmC dan intersep
1/VmC. Dari ini, akan didapat nilai Vm. Untuk mendapatkan luas permukaan
adsorben, digunakan persamaan berikut.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
22
Universitas Indonesia
(2.9)
Keterangan:
N : Bilangan Avogadro = 6.022 x 1023
Acs : Luas penampang satu molekul adsorbat (m2)
W : Berat sampel (gram)
Sg : Luas permukaan adsorben/berat adsorben (m2/gram)
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan dibahas diagram alir penelitian, alat dan bahan yang
digunakan, variabel dalam penelitian, prosedur penelitian, dan karakterisasi luas
permukaan karbon aktif. Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Teknologi
Energi Berkelanjutan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas
Indonesia.
3.1. Diagram Alir Penelitian
Penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada gambar diagram alir
penelitian sebagaimana terlihat pada Gambar 3.1. Sedangkan untuk penjelasan
langkah-langkah dapat dilihat pada bagian prosedur penelitian.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
24
Universitas Indonesia
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Karakterisasi Luas Permukaan dengan BET
Aktivasi
Fisika
Aktivasi
(Suhu: 700 oC ;
Waktu: 1 jam)
Gas inert N2, laju alir = 200mL/menit
Karbonisasi (T = 400oC)
Pengayakan sampai ukuran 125 mesh
Preparasi Alat dan Bahan Baku (AmpTebu.........0Tebu)
Aktivasi Kimiawi
Pengeringan
Pencucian
Pendinginan
Aktivasi (Suhu : 600 oC, 700 oC, 800oC ; Waktu:
½ jam dan 1 jam)
Gas inert N2, laju alir = 200mL/menit
Pengadukan dan Pemanasan (+200oC, 1 jam)
Pencampuran dengan rasio activating
agent (KOH)/massa ampas tebu = 3:1
Pendinginan
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
25
Universitas Indonesia
3.2. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini sebagai berikut:
Grinder
Beaker Glass
Timbangan
Pengaduk Kaca
Spatula
Cawan Petri
Burner
Kaki tiga dan kasa asbes
Kompor
Penggorengan
Penyaring ukuran 125 mesh
Reaktor beserta pengontrol suhu dan laju alir
Ilustrasi reaktor yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Reaktor untuk Aktivasi
Oven
Instrumentasi Autosorb 6B Quantachrome
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini sebagai berikut:
Ampas tebu
Ampas tebu yang digunakan memiliki kadar air yang rendah.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
26
Universitas Indonesia
Larutan KOH
Larutan ini sebagai activating agent.
HCl 5N
Air distilasi
Gas nitrogen
Gas inert ini berfungsi mengontrol proses aktivasi.
3.3. Variabel Penelitian
Variabel dalam penelitian ini adalah :
Variabel bebas : suhu aktivasi, waktu aktivasi, dan sebagai pembanding yaitu
karbon aktif dengan metode pemanasan/tanpa activating agent.
Variabel terikat : luas permukaan karbon aktif.
Variabel terkontrol : suhu karbonisasi serta rasio massa activating
agent/massa karbon.
3.4. Prosedur Penelitian
3.4.1. Preparasi Alat dan Bahan Baku dan Karbonisasi
Semua alat dan bahan untuk tahap dalam pembuatan karbon aktif ini
dipersiapkan dan dipastikan ada. Sebelum memulai penelitian, timbangan
diperiksa pengukurannya. Sebelum melakukan proses karbonisasi, grinder untuk
mereduksi ukuran ampas tebu dipastikan dapat menyala dan kompor dipastikan
dapat menyala (api) . Kemudian bahan seperti KOH, HCl, dan air distilasi
dipastikan memiliki kuantitas yang cukup untuk membuat larutan activating agent
KOH dan larutan pencuci.
Ampas tebu direduksi ukurannya dengan grinder sampai lebih halus. Lalu
ampas tebu masuk dalam proses karbonisasi. Proses karbonisasi berlangsung pada
suhu 400oC dengan kondisi udara mengalir. Proses ini akan menghasilkan
karbon/arang dari ampas tebu. Setelah karbonisasi, karbon yang dihasilkan
didinginkan dan disaring sampai berukuran 125 mesh.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
27
Universitas Indonesia
3.4.2. Aktivasi
Pada penelitian ini, proses aktivasi dibagi menjadi 2 yaitu aktivasi kimia
dan metode pemanasan/tanpa penambahan activating agent. Pada aktivasi kimia,
activating agent berupa KOH berbentuk padatan sehingga KOH ditimbang
kemudian dilarutkan dengan air distilasi sampai diperoleh larutan 150 mL.
Kemudian serbuk karbon dicampur dengan larutan activating agent KOH dengan
rasio massa KOH/massa karbon adalah 3/1. Setelah pencampuran, dilakukan
pengadukan serbuk karbon dan KOH pada suhu 200oC selama 1 jam. Setelah
pengadukan dan pemanasan, didapatkan karbon hasil impregnasi dengan KOH
berbentuk slurry. Reaktor harus diperiksa terlebih dahulu untuk memastikan tidak
ada oksigen dalam reaktor sebelum digunakan. Campuran karbon dan KOH yang
berbentuk slurry ini kemudian dimasukkan dalam reaktor. Kemudian pada
reaktor, dialirkan gas nitrogen dengan pengontrolan laju alir sebesar 200
mL/menit. Lalu campuran karbon dan KOH dipanaskan sehingga mencapai suhu
proses yang divariasikan yaitu 600oC, 700
oC, dan 800
oC dengan kenaikan suhu
10oC/menit. Pemanasan ini berlangsung selama waktu aktivasi yang divariasikan,
yaitu ½ jam dan 1 jam. Pada metode pemanasan/tanpa penambahan activating
agent, serbuk karbon langsung dimasukkan dalam reaktor dan dialirkan gas
nitrogen dengan pengontrolan laju alir sebesar 200 mL/menit. Kemudian
dipanaskan sehingga mencapai suhu proses 700 oC selama 1 jam.
Setelah proses aktivasi selesai, maka akan dihasilkan produk berupa
karbon aktif. Karbon aktif ini perlu diberi treatment lagi agar karbon aktif yang
didapatkan benar-benar murni.
3.4.3. Pendinginan
Setelah proses aktivasi dilakukan, sampel karbon aktif yang diperoleh
didinginkan dengan tetap mengalirkan N2. Sampel tersebut masih terdapat di
dalam reaktor dimana pemanas dalam keadaan mati (Garcia-Garcia dkk, 2002).
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
28
Universitas Indonesia
3.4.4. Pencucian
Setelah pendinginan sampel dilakukan, sampel dicuci tiga kali dengan
larutan HCl 5N. Kemudian dicuci lagi dengan air distilasi beberapa kali untuk
menghilangkan sisa-sisa kloridanya.
3.4.5. Pengeringan
Setelah dicuci, sampel dikeringkan di dalam oven. Kemudian sampel
karbon aktif yang diperoleh disimpan dalam desikator agar karbon aktif tetap
kering.
3.5. Teknik Pengambilan Data dan Analisis
Teknik pengambilan data pada penelitian ini adalah dengan cara
karakterisasi luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Pada penelitian ini,
luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan
Autosorb 6B produksi Quantachrome yang terdapat di Laboratorium Rekayasa
Reaksi Kimia dan Konversi Gas Alam, Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik Universitas Indonesia. Alat ini mampu mengidentifikasi luas permukaan
karbon aktif secara langsung. Sebelum sampel dimasukkan ke dalam alat ini,
sampel ditimbang terlebih dahulu untuk mengetahui massanya sehingga dapat
diketahui luas permukaaannya setiap 1 gram karbon aktif. Setelah data luas
permukaan semua sampel karbon aktif diperoleh, maka dibuat grafik hubungan
antara suhu dan lama waktu aktivasi dengan luas permukaan karbon aktif dan
grafik perbandingan luas permukaan karbon aktif dengan metode aktivasi kimiawi
dengan luas permukaan karbon aktif metode pemanasan/tanpa activating agent
sebagai pembanding. Hal ini bertujuan untuk mengetahui kondisi operasi (suhu
dan lama waktu) aktivasi yang optimal dalam pembuatan karbon aktif dengan
bahan baku ampas tebu.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan diuraikan mengenai hasil penelitian dan analisis dari
hasil penelitian sehingga diperoleh kesimpulan dari penelitian yang dilakukan.
Hasil penelitian ini yaitu karbon aktif yang dibuat dari ampas tebu dan hasil
karakterisasi luas permukaan dengan pengujian BET pada karbon aktif yang
dihasilkan.
4.1. Pembuatan Karbon Aktif dari Ampas Tebu
Pembuatan karbon aktif ini dimulai dengan melakukan preparasi bahan
dasar karbon aktif yaitu karbon yang berasal dari ampas tebu. Ampas tebu
diproses menjadi karbon melalui proses karbonisasi. Setelah proses karbonisasi,
maka didapatkan karbon untuk diproses menjadi karbon aktif. Kemudian karbon
dicampurkan dengan larutan KOH sebagai activating agent agar karbon
terimpregnasi. Hasil impregnasi diaktivasi di dalam reaktor aktivasi agar
diperoleh hasil berupa karbon aktif.
4.1.1. Hasil Karbonisasi Ampas Tebu
Untuk memperoleh karbon aktif, maka perlu didapatkan karbon/arang
terlebih dahulu dari bahan baku yang digunakan yaitu ampas tebu. Ampas tebu
diproses menjadi karbon melalui proses karbonisasi. Ampas tebu yang digunakan
sudah kering dan berbentuk serat sehingga tidak perlu proses pengeringan dan
penghancuran. Sebelum masuk dalam tahap karbonisasi, ampas tebu terlebih
dahulu dihaluskan dengan menggunakan grinder agar ukuran tereduksi. Dengan
adanya penghalusan ini, proses karbonisasi ampas tebu akan lebih merata karena
semakin kecil (halus) ukuran ampas tebu, maka semakin besar luas permukaan
ampas tebu yang terkena kontak dengan panas pada proses karbonisasi. Ampas
tebu yang belum dihaluskan dan telah dihaluskan dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
30
Universitas Indonesia
Gambar 4.1. Ampas Tebu Awal (a) dan Ampas Tebu yang telah
Dihaluskan (b)
Proses karbonisasi ampas tebu dilakukan secara bertahap meningkat
sampai tercapai suhu 400oC di atas pemanas. Pada suhu 400
oC, air dan senyawa
volatil yang terkandung pada ampas tebu sudah menghilang dan karbon dari
pembakaran material lignoselulosa sudah terbentuk. Kalderis (2008) menyatakan
bahwa pembakaran ampas tebu sampai menjadi karbon terjadi secara bertahap,
yaitu sampai suhu 210oC, kandungan air hilang, kemudian dari 210
oC sampai
370oC terjadi dekomposisi lignoselulosa yang terdiri dari lignin, selulosa, dan
hemiselulosa, dan mulai pada suhu 370oC terjadi perengkahan/pemecahan ikatan
C-C. Proses karbonisasi mengeluarkan banyak asap sebagai indikasi bahwa
senyawa-senyawa volatil yang terkandung pada ampas tebu menguap. Proses
karbonisasi selesai ketika ampas tebu sudah sepenuhnya berubah warna menjadi
hitam dan hanya sedikit asap yang keluar. Hal ini menandakan bahwa arang sudah
terbentuk dan senyawa-senyawa volatil sudah menguap. Arang hasil proses
karbonisasi ampas tebu ini dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2. Arang Hasil Karbonisasi Ampas Tebu
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
31
Universitas Indonesia
Sebelum karbonisasi dilakukan, ampas tebu yang telah dihaluskan
ditimbang terlebih dahulu. Begitu pula setelah dilakukan karbonisasi, arang yang
terbentuk ditimbang. Hal ini dilakukan untuk mengetahui yield arang hasil
karbonisasi ampas tebu dalam penelitian ini. Data yield arang dalam ampas tebu
dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Yield Arang dari Ampas Tebu
Massa
ampas tebu
(gram)
Massa arang
(gram)
Massa yang
hilang (gram)
% yang
hilang
Yield arang
(%)
26 8 18 69,23 30,77
25 7 18 72,00 28,00
25 5 20 80,00 20,00
25 8 17 68,00 32,00
20 5 15 75,00 25,00
25 8 17 68,00 32,00
25 5 20 80,00 20,00
20 5 15 75,00 25,00
20 5 15 75,00 25,00
25 5 20 80,00 20,00
25 5 20 80,00 20,00
25 5 20 80,00 20,00
30 7 23 76,67 23,33
25 5 20 80,00 20,00
25 7 18 72,00 28,00
25 6 19 76,00 24,00
25 6 19 76,00 24,00
30 7 23 76,67 23,33
40 8 32 80,00 20,00
30 8 22 73,33 26,67
30 6 24 80,00 20,00
30 7 23 76,67 23,33
30 7 23 76,67 23,33
Dari data pengukuran massa di atas, diperoleh hasil rata-rata arang sebesar
24,08 % dari massa awal ampas tebu yang digunakan pada proses karbonisasi
yang dilakukan. Hasil rata-rata yield ini cukup bagus karena mendekati dengan
banyaknya kandungan arang (fixed carbon) dalam ampas tebu menurut literatur
pada Bab 2, yaitu sebesar 24,7 %. Berdasarkan hasil rata-rata yield yang
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
32
Universitas Indonesia
didapatkan, dapat dikatakan bahwa kandungan air, abu, dan material volatil dalam
ampas tebu telah hilang.
Setelah proses karbonisasi selesai, arang dari ampas tebu yang dihasilkan
dihaluskan dengan menggunakan penyaring berukuran 125 mesh (sekitar 0,2
mm). Penghalusan ini bertujuan agar arang lebih berukuran homogen dan lebih
kecil ukuran partikelnya. Ukuran partikel ini akan mempengaruhi luas permukaan
karbon aktif yang dihasilkan. Penghalusan melalui penyaringan ini akan
memperkecil ukuran partikel arang. Semakin kecil ukuran partikel arang/karbon
akan memperbesar luas permukaan karbon yang melakukan kontak dengan
activating agent sewaktu proses aktivasi sehingga lebih banyak karbon yang
teraktivasi dan semakin banyak pori-pori yang terbentuk pada setiap partikel
karbon. Dengan banyaknya pori-pori yang terbentuk, luas permukaan karbon aktif
yang dihasilkan akan semakin tinggi. Arang/karbon ampas tebu yang telah
dihaluskan dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Karbon Ampas Tebu yang telah Dihaluskan
4.1.2. Hasil Pencampuran Activating Agent dengan Karbon
Pada pembuatan karbon aktif dari ampas tebu ini metode aktivasi yang
digunakan ialah aktivasi kimiawi yaitu dengan cara mencampurkan activating
agent dengan karbon yang dihasilkan dari karbonisasi bahan baku berupa ampas
tebu. Metode aktivasi kimiawi dipilih karena memiliki beberapa keunggulan
dengan aktivasi fisika seperti suhu aktivasi yang digunakan lebih rendah, yield
karbon aktif lebih tinggi dan pori-pori yang terbentuk lebih banyak sehingga luas
permukaan yang dihasilkan lebih tinggi. Sebagai pembanding, dilakukan juga
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
33
Universitas Indonesia
pembuatan karbon aktif dengan hanya metode pemanasan/aktivasi fisika dengan
tujuan mengetahui pengaruh metode aktivasi terhadap luas permukaan karbon
aktif yang dihasilkan. Pada metode pemanasan/aktivasi fisika ini, arang yang
dihasilkan dari karbonisasi ampas tebu tidak dicampur dengan activating agent
dan langsung masuk ke dalam reaktor untuk proses aktivasi.
Activating agent yang digunakan pada penelitian ini ialah KOH. Beberapa
penelitian sebelumnya telah dilakukan, pembuatan karbon aktif dengan
menggunakan KOH sebagai activating agent, dengan bahan baku baik yang
berasal dari batu bara, residu minyak bumi ataupun material lignoselulosa,
menghasilkan luas permukaan yang tinggi (Teng, 1999; Garcia-Garcia dkk, 2002;
Marin dkk, 2005; Kawano dkk, 2007). Selain itu, berdasarkan penelitian
sebelumnya, material lignoselulosa yang melalui proses karbonisasi terlebih
dahulu sehingga menjadi karbon akan lebih dapat bereaksi dengan KOH (Lydia,
2012). Berbeda dengan activating agent yang bersifat asam semisal ZnCl2,
material lignoselulosa lebih baik langsung dicampur dengan activating agent
tersebut tanpa melalui karbonisasi terlebih dahulu karena material lignoselulosa
mengandung banyak oksigen dan zat asam akan bereaksi baik dengan gugus
fungsi yang mengandung oksigen. KOH yang digunakan berupa padatan sehingga
sebelum dilakukan pencampuran dengan karbon ampas tebu, KOH tersebut dibuat
menjadi larutan. Padatan KOH ditimbang sesuai dengan perbandingan massa
activating agent dengan massa karbon yang digunakan, yaitu sebesar 3:1 (Teng,
1999; Marin, 2005). Pemilihan rasio massa activating agent dengan massa karbon
yang digunakan ini berdasarkan penelitian sebelumnya bahwa pada rasio tersebut
karbon yang berasal dari ampas tebu akan bereaksi dengan KOH saat aktivasi
menghasilkan luas permukaan yang tinggi yaitu di atas 900 m2/gram (Lydia,
2012). Padatan KOH tersebut dilarutkan ke dalam air distilasi sehingga larutan
activating agent yang diperoleh sebanyak 150 mL. Kemudian larutan KOH
dicampur dengan karbon yang telah ditimbang. Campuran diaduk dan dipanaskan
pada suhu 200oC selama 1 jam. Pengadukan dan pemanasan ini bertujuan agar
karbon terimpregnasi oleh activating agent KOH dan kandungan air pada larutan
KOH dapat menguap sehingga KOH dapat bereaksi dengan karbon dan pori-pori
dapat terbentuk. Setelah proses pengadukan dan pemanasan, didapatkan campuran
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
34
Universitas Indonesia
telah berbentuk slurry berwarna hitam. Massa karbon ampas tebu dan massa
larutan KOH sebelum pencampuran dan setelah pencampuran (setelah menjadi
slurry) pada setiap variasi dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2. Hasil Pencampuran Karbon Ampas Tebu dengan Activating Agent
Variasi Massa
karbon
(gram)
Massa
KOH
(gram)
Massa
karbon +
larutan KOH
(gram)
Massa
slurry
yang
terbentuk
(gram)
% Air
yang
menguap
Suhu
Aktivasi,
oC
Waktu
Aktivasi
(menit)
600 30 20,02 60,04 206,00 149,54 27,41
60 20,00 60,08 245,04 182,00 25,73
700 30 20,02 60,00 220,00 150,00 31,82
60 20,02 60,04 220,02 155,00 29,55
800 30 20,01 60,03 210,00 142,00 32,38
60 20,02 60,00 285,00 219,33 23,04
Dari Tabel 4.2. dapat dilihat bahwa air yang terkandung dalam larutan
activating agent KOH belum sepenuhnya menguap, sehingga campuran yang
terbentuk berupa slurry yang masih terkandung air yang cukup banyak. Selain itu,
hal ini disebabkan oleh KOH yang bersifat higroskopis/menarik air sehingga
masih berbentuk slurry. Namun hal ini tidak menjadi masalah ataupun
berpengaruh pada hasil luas permukaan karena pada saat proses aktivasi, suhu
yang digunakan tinggi (600oC, 700
oC, 800
oC) dan kenaikan suhunya secara
bertahap sehingga air dapat menguap sepenuhnya pada saat suhu meningkat
secara bertahap.
4.1.3. Hasil Proses Aktivasi Karbon
Setelah melakukan pencampuran karbon dengan activating agent KOH,
slurry yang terbentuk dimasukkan ke dalam reaktor aktivasi untuk tahap aktivasi.
Berikut ini gambar reaktor aktivasi yang digunakan.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
35
Universitas Indonesia
Gambar 4.4. Reaktor Aktivasi
Proses aktivasi ini dilakukan dengan cara pemanasan pada suhu tinggi
tanpa adanya gas oksigen sehingga dialirkan gas inert berupa nitrogen ke dalam
reaktor aktivasi. Oksigen pada proses aktivasi ini ditiadakan karena oksigen yang
bersifat oksidatif akan membakar atau mengikis karbon sampai habis atau tak
terkontrol sehingga struktur pori-pori karbon bisa rusak dan bahan baku berupa
karbon akan hilang pada hasil akhir karbon aktif. Kerusakan struktur pori-pori
karbon ini dapat menghasilkan luas permukaan karbon aktif yang rendah. Pada
proses aktivasi ini, diharapkan yang membakar karbon ialah KOH selaku
activating agent.
Proses aktivasi ini dilakukan pada suhu 600oC, 700
oC, dan 800
oC selama
½ jam dan 1 jam. Pemilihan variasi ini mengacu pada penelitian Kalderis (2008)
mengenai pembuatan karbon aktif dari ampas tebu dimana hasil tertinggi
diperoleh dari variasi suhu aktivasi 700oC selama ½ jam. Pemilihan suhu dan
waktu merupakan parameter penting sewaktu proses aktivasi terkait bahan baku
yang digunakan dan pembentukan struktur pori-pori. Ampas tebu merupakan
salah satu material yang mengandung karbon dalam jumlah yang cukup/sedang.
Pada suhu dan waktu tertentu, activating agent akan bereaksi dengan karbon
sehingga membentuk pori-pori. Jika suhu yang digunakan terlalu rendah,
dikhawatirkan karbon dengan activating agent tidak bereaksi optimal bahkan
belum bereaksi sehingga pori-pori yang dihasilkan hanya sedikit. Namun bila
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
36
Universitas Indonesia
suhu yang digunakan terlalu tinggi pula akan merusak struktur pori-pori karbon
sewaktu aktivasi. Menurut Teng (2000), suhu di atas 800oC, memungkinkan
terjadinya pemutusan ikatan matriks karbon yang mengakibatkan kerusakan pada
struktur karbon sehingga porositas tereduksi. Selain itu, waktu juga
mempengaruhi pembentukan pori-pori pada karbon. Lama waktu yang terlalu
rendah akan menyebabkan activating agent dengan karbon tidak bereaksi secara
optimal. Sedangkan waktu yang terlalu panjang juga akan menyebabkan karbon
hilang atau habis bereaksi sewaktu aktivasi. Maka dari itu, pada penelitian ini
dipilih variasi suhu dan waktu tersebut agar dapat diketahui kondisi optimum
untuk menghasilkan luas permukaan yang tinggi. Tabel 4.3. menunjukkan hasil
pengamatan kondisi selama proses aktivasi untuk semua sampel aktivasi dengan
KOH pada suhu aktivasi 600oC, 700
oC, 800
oC dan waktu aktivasi ½ jam dan 1
jam.
Tabel 4.3. Hasil Pengamatan selama Proses Aktivasi
Suhu, oC Keterangan
30 Mengalirkan gas N2 ke reaktor selama 10 menit
30-200 Mulai keluar asap putih
200-400 Asap putih yang keluar semakin banyak
400-600 Asap putih yang keluar berkurang
600/700/800 Tidak ada asap putih yang keluar
600/700/800 - 200 Menurunkan suhu dengan tetap mengalirkan gas
N2 ; tidak terjadi apapun secara visual
200-30
Menurunkan suhu dengan tetap mengalirkan gas
N2 ; tidak terjadi apapun secara visual; mematikan
reaktor sampai reaktor tidak terlalu panas dan
mengeluarkan sampel.
Berdasarkan hasil pengamatan, semua variasi tidak menunjukkan perilaku
yang berbeda kecuali pada aktivasi secara fisika yang hanya dilakukan pemanasan
tanpa dicampur dengan KOH. Pada aktivasi fisika, asap putih yang keluar tidak
banyak karena yang dimasukkan ke dalam reaktor aktivasi hanya karbon tanpa
ditambah zat kimia. Asap putih yang sedikit ini menandakan bahwa dalam karbon
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
37
Universitas Indonesia
tersebut masih terdapat sedikit material volatil yang dapat menguap/hilang pada
suhu di atas suhu karbonisasi (400oC). Pada Tabel 4.3. dapat dilihat bahwa pada
suhu 30 sampai 200oC kemudian 200
oC-600
oC, timbul asap putih yang keluar dari
reaktor menandakan bahwa pada suhu tersebut terjadi penguapan zat-zat volatil
yang terkandung dalam karbon. Lalu pada suhu 600oC, 700
oC, dan 800
oC, asap
putih sudah tidak keluar lagi karena karbon telah bereaksi dengan KOH. Ini
menandakan bahwa proses aktivasi karbon telah berjalan.
Setelah proses aktivasi ini berjalan, didapatkan produk karbon aktif.
Produk karbon aktif yang dihasilkan berupa serbuk berwarna hitam. Pada produk
karbon aktif hasil aktivasi kimia, terdapat sedikit serbuk putih seperti kapur. Ini
menunjukkan bahwa reaksi karbon dengan KOH menghasilkan senyawa
karbonat/kapur. Pada aktivasi kimiawi dengan KOH melibatkan reaksi kimia
berikut ini (Sudibandriyo, 2008) :
4 KOH + C ↔ 4 K + CO2 + 2 H2O (4.1)
6 KOH + 2 C ↔ 2 K + 3 H2 + 2 K2CO3 (4.2)
4 KOH + 2 CO2 ↔ 2 K2CO3 + 2 H2O (4.3)
Selain menghasilkan senyawa karbonat, proses aktivasi ini juga menghasilkan
CO2 yang berdifusi pada permukaan karbon, yang memungkinkan bereaksi
dengan KOH yang masih ada membentuk senyawa karbonat lagi. Reaksi di atas
juga mengeluarkan air karena KOH merupakan dehydrating agent / bersifat
mendehidrasi. Pada proses aktivasi ini karbon akan bereaksi dengan KOH
sehingga karbon akan terkikis (membentuk lubang) menghasilkan pembentukan
pori-pori. Pembentukan pori-pori ini akan memperbesar luas permukaan karbon
aktif yang diperoleh.
Pada proses aktivasi, dilakukan pemanasan yang mengakibatkan terjadinya
pengikisan karbon dan akan menyebabkan pengurangan massa karbon awal baik
yang telah terimpregnasi maupun yang tidak terimpregnasi (pada aktivasi fisika).
Tabel 4.4. berikut menunjukkan perubahan massa sebelum aktivasi dan setelah
aktivasi.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
38
Universitas Indonesia
Tabel 4.4. Persentase Kehilangan Sebelum dan Setelah Aktivasi
Aktivasi
Suhu
Aktivasi,
oC
Waktu
Aktivasi
(menit)
Massa
karbon
(gram)
Massa yang
masuk
reaktor
(gram)
Massa yang
keluar
reaktor
(gram)
%
Kehilangan
Kimiawi
600 30 20,02 149,54 52,75 64,73
60 20,00 182,00 52,57 71,12
700 30 20,02 150,00 68,24 54,51
60 20,02 155,00 60,00 61,29
800 30 20,01 142,00 37,00 73,94
60 20,02 219,33 55,00 74,92
Fisika 700 60 20,01 13,59 32,08
Pada Tabel 4.4. dapat dilihat bahwa pada aktivasi dengan KOH, dapat dilihat
bahwa massa karbon aktif yang keluar dari reaktor lebih besar dari pada massa
karbon ampas tebu sebelum pencampuran dengan KOH. Hal ini mengindikasikan
bahwa KOH telah berinteraksi dengan karbon karena adanya penambahan
activating agent yaitu KOH pada karbon sebelum tahap aktivasi. Selain itu,
diperoleh pula persentase massa yang hilang cukup besar antara campuran karbon
dan KOH dengan karbon aktif yang keluar reaktor. Ini mengindikasikan bahwa
telah terjadi penguapan air yang terkandung pada campuran larutan KOH dengan
karbon dan penghilangan senyawa-senyawa volatil yang masih terkandung pada
bahan dasar sewaktu pemanasan/aktivasi. Persentase massa yang hilang untuk
aktivasi fisika lebih sedikit/tidak sebesar pada aktivasi dengan KOH karena
karbon terkikis hanya oleh pemanasan tanpa adanya agen pengoksidasi. Pada
aktivasi kimiawi dengan KOH, persentase kehilangan massa cenderung
bertambah seiring kenaikan suhu dan waktu. Persentase kehilangan massa terbesar
terjadi pada variasi suhu 800oC selama 1 jam dengan persen kehilangan sebesar
74,92 %. Hal ini terjadi karena semakin tinggi suhu dan waktu, pemanasan akan
semakin besar dan lama, sehingga degradasi material karbon dan pelepasan
material-material volatil lebih banyak.
4.1.4. Proses Pencucian dan Hasil Pengeringan Karbon Aktif
Setelah proses aktivasi, karbon aktif hasil aktivasi dengan KOH yang
didapat masuk dalam tahap pencucian. Pencucian ini dilakukan untuk
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
39
Universitas Indonesia
menghilangkan sisa activating agent KOH dan zat-zat hasil reaksi sewaktu
aktivasi yang mungkin menutupi permukaan pori-pori karbon aktif. Bila tidak
dilakukan pencucian, tertutupnya pori-pori karbon aktif oleh zat-zat hasil reaksi
akan membuat luas permukaan menjadi rendah atau data luas permukaan menjadi
tidak tepat. Jadi, pencucian ini bertujuan agar karbon aktif yang didapat lebih
murni atau tidak terkontaminasi zat lain. Namun, karbon aktif hasil aktivasi fisika
tidak perlu dicuci karena tidak adanya activating agent yang ditambahkan untuk
aktivasi sehingga karbon aktif hasil aktivasi fisika langsung dapat masuk dalam
tahap analisis.
Tahap pencucian diawali dengan mencuci karbon aktif setelah keluar
reaktor dengan larutan HCl 5N. Larutan ini berfungsi untuk menghilangkan sisa-
sisa –OH dari activating agent pada karbon aktif dan menghilangkan zat-zat hasil
reaksi sewaktu aktivasi. Sewaktu penambahan larutan HCl 5N ke karbon aktif,
timbul gelembung-gelembung gas. Hal ini menandakan bahwa pada karbon aktif
terdapat gas-gas hasil reaksi sewaktu aktivasi, yaitu gas H2 dan CO2, yang
menutupi pori-pori karbon aktif sehingga sewaktu dilakukan pencucian, gas-gas
ini keluar dari pori-pori karbon aktif tersebut. Pencucian karbon aktif dengan HCl
ini dilakukan sebanyak 2-3 kali. Pada pencucian yang terakhir, tidak timbul
gelembung-gelembung gas. Ini mengindikasikan bahwa gas-gas hasil reaksi dan
sisa activating agent KOH sudah hilang dari karbon aktif.
Setelah pencucian dengan HCl, karbon aktif dicuci dengan air distilasi.
Pencucian dengan air distilasi ini bertujuan untuk menghilangkan sisa-sisa ion –Cl
yang masih terdapat pada karbon aktif. Pencucian dengan air distilasi ini
dilakukan berkali-kali sampai air distilasi mencapai pH netral. Setelah dicuci
dengan air distilasi, karbon aktif dikeringkan dalam oven untuk menguapkan air.
Setelah dikeluarkan dari oven, karbon aktif ditimbang, lalu dimasukkan kembali
ke dalam oven untuk beberapa saat. Kemudian karbon aktif dikeluarkan dan
ditimbang kembali. Hal ini dilakukan untuk memastikan sudah tidak terdapat air
pada karbon aktif. Bila tidak terjadi perubahan massa, karbon aktif dapat
dikatakan telah kering. Gambar 4.5. menunjukkan karbon aktif yang telah dicuci
dan dikeringkan.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
40
Universitas Indonesia
Gambar 4.5. Hasil Akhir Karbon Aktif
Karena proses pencucian dan pengeringan ini bertujuan untuk
menghilangkan zat-zat yang masih tersisa pada karbon aktif, maka terdapat
pengurangan massa karbon aktif setelah keluar reaktor dan hasil akhir karbon
aktif setelah pencucian dan pengeringan. Tabel 4.5. berikut ini menunjukkan
perubahan massa yang terjadi setelah pencucian dan pengeringan karbon aktif.
Tabel 4.5. Hasil Pencucian dan Pengeringan Karbon Aktif
Suhu
Aktivasi
Waktu
Aktivasi
(menit)
Massa sebelum
dicuci &
dikeringkan
(gram)
Massa karbon
aktif (gram)
% Yield karbon
aktif
600 oC
30 52,75 8,67 16,44
60 52,57 9,09 17,29
700 oC
30 68,24 9,60 14,07
60 60,00 9,31 15,52
800 oC
30 37,00 5,40 14,59
60 55,00 8,46 15,39
Dari hasil pencucian dan pengeringan dapat dilihat bahwa semakin tinggi suhu
aktivasi, yield karbon aktif yang didapat semakin rendah. Ini terjadi karena
semakin tinggi suhu aktivasi, pemanasan semakin besar, karbon semakin terkikis
akibat semakin banyak terjadi reaksi antara karbon dengan KOH sehingga hasil
reaksi pun semakin banyak yang keluar dari karbon aktif. Namun semakin
bertambahnya lama waktu aktivasi, yield yang didapat untuk setiap suhu
bertambah. Hal ini terjadi karena adanya kesalahan relatif sewaktu pencucian,
pengeringan, dan penimbangan karbon aktif. Setelah dilakukan pencucian dan
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
41
Universitas Indonesia
pengeringan, diperoleh karbon aktif yang lebih murni untuk dilakukan tahap
analisis luas permukaan selanjutnya.
4.2. Karakterisasi Luas Permukaan Karbon Aktif
Luas permukaan karbon aktif merupakan salah satu aspek penting dalam
pemilihan karbon aktif yang berkualitas. Karbon aktif dengan luas permukaan
yang tinggi merupakan adsorben yang potensial untuk penggunaannya pada
proses adsorpsi. Luas permukaan karbon aktif pada penelitian ini diukur dengan
metode BET dengan menggunakan instrumentasi Autosorb. Hasil pengujian luas
permukaan karbon aktif pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 4.6 berikut.
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Luas Permukaan Karbon Aktif
Jenis Aktivasi Suhu
(oC)
Waktu
(menit)
Luas
Permukaan
BET (m2/gram)
Kimiawi/KOH
600 30 580,4
600 60 208,7
700 30 1132
700 60 938,2
800 30 1135
800 60 987,3
Fisika 700 60 293
Dari hasil pengujian luas permukaan karbon aktif dapat dilihat bahwa luas
permukaan tertinggi diperoleh dari karbon aktif hasil aktivasi dengan KOH pada
suhu 800oC selama 30 menit yaitu sebesar 1135 m
2/gram. Sedangkan hasil
terendah didapatkan dari karbon aktif hasil aktivasi dengan KOH pada suhu
600oC selama 60 menit yaitu sebesar 208,7 m
2/gram. Begitu pula dengan karbon
aktif hasil aktivasi fisika yang menghasilkan luas permukaan yang rendah sebesar
293 m2/gram. Dari hasil pengujian ini dapat dilihat bahwa metode aktivasi yang
digunakan, suhu aktivasi kimiawi, dan waktu aktivasi kimiawi mempengaruhi
luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Hasil luas permukaan karbon aktif
untuk aktivasi fisika hanya dengan metode pemanasan dan aktivasi kimiawi
dengan KOH dapat dilihat pada Gambar 4.6. berikut.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
42
Universitas Indonesia
Gambar 4.6. Hubungan Luas Permukaan dengan Aktivasi KOH dan Aktivasi
Fisika sebagai Pembanding
Dari Gambar 4.6. terlihat bahwa hampir seluruh karbon aktif hasil aktivasi
kimiawi dengan KOH menghasilkan luas permukaan yang lebih tinggi dari pada
dengan metode aktivasi fisika/metode pemanasan sehingga penggunaan KOH
sebagai activating agent untuk aktivasi karbon dari ampas tebu lebih baik
daripada hanya dengan metode pemanasan. Pada penelitian ini didapatkan hampir
seluruh karbon aktif hasil aktivasi kimiawi dengan KOH menghasilkan luas
permukaan yang lebih tinggi dari pada karbon aktif hasil aktivasi fisika yang
hanya dengan metode pemanasan. Hasil ini menunjukkan bahwa adanya
activating agent akan mengoksidasi atau mengikis karbon sehingga terbentuk
pori-pori yang lebih banyak pada karbon yang akan mempengaruhi luas
permukaan yang didapat. Pada aktivasi fisika, perlakuan pada karbon hanya
dengan metode pemanasan untuk membentuk pori-pori dan tidak ada suplai
pengoksidasi untuk membentuk banyak pori-pori pada karbon sehingga luas
permukaan yang dihasilkan lebih rendah. Selain itu, aktivasi fisika untuk karbon
pada penelitian ini dilakukan pada suhu 700oC selama 1 jam. Suhu dan waktu ini
diperkirakan tidak optimal dan dibutuhkan suhu dan waktu yang lebih tinggi lagi
agar pori-pori yang terbentuk lebih banyak. Pada umumnya penelitian yang
menggunakan aktivasi fisika menggunakan suhu aktivasi yang lebih tinggi yaitu
di atas 900oC dan waktu aktivasi yang lebih lama yaitu di atas 2 jam (Lee, 2000;
150
250
350
450
550
650
750
850
950
1050
1150
500 600 700 800
Luas
Pe
rmu
kaan
, m2/g
ram
Suhu Aktivasi, oC
Aktivasi FisikaAkt.KOH 1/2 jamAkt.KOH 1 jam
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
43
Universitas Indonesia
Wu, 2005). Hal ini pula yang menjadikan aktivasi kimiawi lebih unggul yaitu
dapat menggunakan suhu aktivasi yang lebih rendah.
Pada hasil penelitian metode aktivasi kimiawi dengan KOH, suhu aktivasi
dan lama waktu aktivasi yang digunakan mempengaruhi luas permukaan karbon
aktif yang dihasilkan. Pengaruh suhu aktivasi dan waktu aktivasi terhadap luas
permukaan karbon aktif yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7. Hubungan Luas Permukaan dengan Suhu Aktivasi dan Waktu
Aktivasi yang Digunakan
Dari grafik pada Gambar 4.7. dapat dilihat bahwa luas permukaan karbon aktif
bertambah seiring meningkatnya suhu aktivasi baik pada waktu aktivasi ½ jam
maupun 1 jam. Hal ini karena semakin tinggi suhu aktivasi, pemanasan semakin
besar, karbon semakin terkikis dan pori-pori semakin banyak yang terbentuk dan
terbuka. Dengan meningkatnya suhu aktivasi, pembentukan mikropori dan
mesopori bertambah sehingga luas permukaan yang dihasilkan semakin tinggi
(Kalderis, 2008). Hasil aktivasi dengan KOH yang memberikan luas permukaan
yang paling tinggi di antara yang lainnya diperoleh dari karbon aktif dengan suhu
aktivasi 700oC dan 800
oC yaitu sebesar 1132 m
2/gram dan 1135 m
2/gram.
Perbedaan/rentang luas permukaan pada suhu-suhu tersebut tidak menghasilkan
selisih yang terlalu jauh sehingga dapat dikatakan bahwa pada suhu-suhu aktivasi
tersebut (700oC dan 800
oC) karbon dengan KOH bereaksi secara optimal
150
250
350
450
550
650
750
850
950
1050
1150
500 600 700 800
Luas
Per
mu
kaan
, m2/g
ram
Suhu Aktivasi, oC
Akt.KOH 1/2 jam
Akt.KOH 1 jam
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
44
Universitas Indonesia
membentuk pori-pori, semakin banyak pori-pori yang terbentuk, luas permukaan
yang dihasilkan semakin besar pula. Pada Gambar 4.7. pula dapat dilihat bahwa
garis kenaikan luas permukaan tidak menunjukkan kemiringan yang terlalu
signifikan seperti memasuki daerah-daerah titik jenuh luas permukaan dan akan
menurun luas permukaannya bila suhu ditingkatkan. Sedangkan pada suhu
aktivasi 600oC, luas permukaan yang diperoleh hanya sebesar 208,7 m
2/gram dan
580,4 m2/gram. Hal ini mengindikasikan bahwa pada suhu 600
oC, sudah terjadi
inisiasi reaksi antara karbon dengan KOH namun belum berjalan secara optimal
sehingga pori-pori karbon belum sepenuhnya terbuka dan belum banyak terbentuk
pori-pori. Sedikitnya pori-pori yang terbentuk ini menyebabkan luas permukaan
yang dihasilkan rendah. Namun untuk pengaruh suhu aktivasi terhadap luas
permukaan ini belum diketahui titik optimum luas permukaan sehingga belum
diketahui pasti suhu aktivasi maksimum yang dapat digunakan agar luas
permukaan yang dihasilkan tinggi. Hal ini perlu diketahui karena pada aktivasi
kimiawi suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada struktur
karbon sehingga lubang pori-pori yang terbentuk terlalu besar dan mengakibatkan
rendahnya luas permukaan.
Pada aktivasi kimiawi dengan KOH, lama waktu aktivasi juga
mempengaruhi luas permukaan yang dihasilkan karbon aktif. Hal ini dapat dilihat
pada grafik di Gambar 4.7. Dari Gambar 4.7. terlihat bahwa untuk karbon aktif
yang berasal dari ampas tebu ini, semakin lama waktu aktivasi, luas permukaan
yang dihasilkan semakin rendah. Luas permukaan tertinggi diperoleh dari karbon
aktif hasil suhu aktivasi 800oC selama ½ jam yaitu sebesar 1135 m
2/gram dan luas
permukaan terendah diperoleh dari karbon aktif hasil suhu aktivasi 600oC selama
1 jam yaitu sebesar 208,7 m2/gram. Pada setiap suhu aktivasi yang sama,
diperoleh luas permukaan karbon aktif hasil waktu aktivasi selama ½ jam lebih
tinggi dari pada luas permukaan yang diperoleh dari waktu aktivasi selama1 jam.
Hal ini terkait dengan kandungan arang dalam ampas tebu yang dikatakan tidak
terlalu tinggi yaitu sebesar 24,7%. Selain itu, berdasarkan pada penelitian yang
telah dilakukan sebelumnya, perlakuan aktivasi karbon dari ampas tebu digunakan
lama waktu aktivasi selama ½ jam / 30 menit (Kalderis dkk, 2008). Bila
kandungan karbon dari bahan baku tidak terlalu tinggi dan digunakan waktu
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
45
Universitas Indonesia
aktivasi terlalu lama dan suhu aktivasi yang cukup tinggi, akan terjadi kerusakan
struktur karbon karena pemanasan dengan waktu yang panjang menyebabkan
pengikisan/penggerusan karbon berlebihan. Selain itu, luas permukaan yang
semakin rendah seiring kenaikan lama waktu aktivasi ini berhubungan dengan
diameter pori karbon aktif yang dihasilkan pada penelitian ini. Tabel 4.7.
menunjukkan diameter pori karbon aktif yang dihasilkan pada penelitian ini.
Tabel 4.7. Diameter Pori Karbon Aktif
Jenis Aktivasi Suhu
(oC)
Waktu
(menit)
Diameter Pori
(Å)
Kimiawi/KOH
600 30 70,9
600 60 78,5
700 30 74,9
700 60 69,5
800 30 83,5
800 60 86,3
Pada Tabel 4.7. dapat dilihat bahwa semakin lama waktu aktivasi,
diameter pori karbon aktif yang dihasilkan cenderung membesar/bertambah.
Kenaikan ukuran diameter pori ini berarti bahwa pori-pori karbon aktif
membesar/melebar dan hal ini menyebabkan luas permukaan karbon aktif
menurun. Menurut Teng (1999), bertambahnya lama waktu aktivasi dapat
menyebabkan keretakan dan pecahnya dinding-dinding pori karbon, yang
mengakibatkan luas permukaan berkurang. Semakin terkikis/tergerus karbon,
pori-pori yang sudah terbentuk dengan baik akan melebar/membesar yang
mengakibatkan luas permukaan yang dihasilkan akan rendah. Pada suhu aktivasi
600oC dan lama waktu aktivasi 1 jam, luas permukaan yang dihasilkan adalah
yang paling rendah di antara yang lainnya, yaitu sebesar 208,7 m2/gram. Hal ini
mengindikasikan bahwa pada suhu aktivasi 600oC selama 1 jam, reaksi yang
terjadi antara karbon dengan KOH belum optimal dan karbon terkikis/tergerus
lebih banyak akibat dari pemanasan pada suhu yang cukup tinggi dalam jangka
waktu yang lama. Suplai pengoksidasi berupa KOH belum bekerja atau
berinteraksi dengan karbon secara optimal sehingga pori-pori yang terbentuk
sedikit. Selain itu, memungkinkan pula pori-pori yang sudah terbentuk ini melebar
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
46
Universitas Indonesia
atau membesar karena pemanasan yang lebih lama yang dapat menyebabkan
perengkahan karbon. Sedikitnya pori-pori yang terbentuk dan pelebaran pori-pori
inilah yang menyebabkan luas permukaan yang dihasilkan menjadi rendah.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan :
1. Karbon aktif dari ampas tebu mampu menghasilkan luas permukaan yang
tinggi yaitu sebesar 1135 m2/gram. Hasil ini diperoleh dari metode aktivasi
kimiawi dengan KOH dengan suhu aktivasi 800oC dan waktu aktivasi selama
½ jam.
2. Metode aktivasi kimiawi menghasilkan luas permukaan yang lebih tinggi dari
pada metode aktivasi fisika pada pembuatan karbon aktif dari ampas tebu.
Luas permukaan karbon aktif hasil aktivasi fisika sebesar 293 m2/gram
sedangkan luas permukaan karbon aktif hasil metode aktivasi kimiawi dapat
mencapai 1135 m2/gram.
3. Suhu aktivasi yang digunakan pada metode aktivasi kimiawi dengan KOH
berpengaruh terhadap luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Semakin
tinggi suhu aktivasi, luas permukaan yang diperoleh semakin besar. Pada suhu
aktivasi 600oC luas permukaan tertinggi sebesar 580,4 m
2/gram dan pada suhu
aktivasi 800oC luas permukaan tertinggi sebesar 1135 m
2/gram.
4. Lama waktu aktivasi pada metode aktivasi kimiawi dengan KOH berpengaruh
terhadap luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Semakin lama waktu
aktivasi, luas permukaan yang diperoleh semakin rendah. Untuk waktu
aktivasi selama ½ jam luas permukaan tertinggi ialah 1135 m2/gram dan untuk
waktu aktivasi selama 1 jam luas permukaan tertinggi ialah 987,3 m2/gram.
5. Untuk pembuatan karbon aktif dari ampas tebu, lebih baik menggunakan
waktu aktivasi selama ½ jam.
Saran :
1. Melakukan uji analisis struktur permukaan dengan SEM agar perubahan
struktur permukaan yaitu struktur pori-pori dari bahan baku berupa ampas
tebu, karbon, dan karbon aktif dapat diketahui.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
48
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
DAFTAR PUSTAKA
Atmayudha, A. 2007. Skripsi : Pembuatan Karbon Aktif Berbahan Dasar
Tempurung Kelapa dengan Perlakuan Aktivasi Terkontrol serta Uji
Kinerjanya. Depok : Universitas Indonesia.
Austin, G.T. 1996. Industri Proses Kimia. Jakarta : Erlangga.
Bon, E. P. S. 2009. Ethanol Production via Enzymatic Hydrolysis of Sugarcane
Bagasse and Straw. Science and Technology. Brazil.
Garcia-Garcia, A., Gregorio, A., Boavida, D., Gulyurtlu, I. 2002. Production And
Characterization of Activated Carbon from Pine Wastes Gasified in A
Pilot Reactor. National Institute of Engineering and Industrial Technology,
Estrada do Paço do Lumiar, 22, Edif. J, 1649-038, Lisbon, Portugal.
Júnior, O. K., Gurgel, L. V. A., et al. 2009. Adsorption of Cu(II), Cd(II), and
Pb(II) from Aqueous Single Metal Solutions by Mercerized Cellulose and
Mercerized Sugarcane Bagasse Chemically Modified with EDTA
Dianhydride (EDTAD). Carbohydrate Polymers77(3) : 643-650.
Kalderis, D., Bethanis, S., et al. 2008. Production of Activated Carbon from
Bagasse And Rice Husk by a Single-Stage Chemical Activation Method at
Low Retention Times. Bioresource Technology 99(15): 6809-6816.
Kalderis, D., Koutoulakis, D., et al. 2008. Adsorption of Polluting Substances on
Activated Carbons Prepared from Rice Husk and Sugarcane Bagasse.
Chemical Engineering Journal 144(1) : 42-50.
Kawano, T., Kubota, M., Oyango, M.S., Watanabe, F., Matsuda, H. 2008.
Preparation of Activated Carbon from Petroleum Coke by KOH Chemical
Activation for Adsorption Heat Pump. Applied Thermal Engineering
28(8–9): 865-871.
Lienden, C., Shan. L., Rao, S., Ranieri, E., Young, T.M. 2010. Metals Removal
from Stormwater by Commercial and Non-Commercial Granular
Activated Carbons. Water Environment Research 82(6) : 351-356.
Lillo-Rodenas, M.A., Amoros-Cazorla, D., Solano-Linares, A. 2003.
Understanding Chemical Reaction Between Carbon and NaOH and KOH
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
49
Universitas Indonesia
An Insight into the Chemical Activation Mechanism. Carbon 41 : 267-
275.
Lydia. 2012. Skripsi : Pembuatan Karbon Aktif dari Ampas Tebu dengan Aktivasi
Kimia Menggunakan KOH dan ZnCl2. Depok : Universitas Indonesia.
Manocha, S.M. 2003. Porous Carbons. Sadhana 28 : 335-348.
Maron, S.H., Lando, J. 1974. Fundamental of Physical Chemistry. New York :
Macmillan Publishing Co. Inc.
Marsh, H., Rodriguez.-Reinoso, F. 2006. Activated Carbon. Netherlands :
Elsevier Science & Technology Books.
Murti, S. 2008. Skripsi : Pembuatan Karbon Aktif dari Tongkol Jagung untuk
Adsorpsi Molekul Amonia dan Ion Krom. Depok : Universitas Indonesia.
Nunes, A.A., Franca, A.S., Oliveira, L. S. 2009. Activated Carbons from Waste
Biomass: An Alternative Use for Biodiesel Production Solid Residues.
Bioresourse Technology 100: 1786-1792.
Olivares-Marín, M., Fernández-González, C., Macias-Garcia, A., Gomez-Serano,
V. 2006. Preparation of Activated Carbons from Cherry Stones by
Activation with Potassium Hydroxide.Applied Surface Science 252(17):
5980-5983.
Prabowo, A. L. 2009. Skripsi : Pembuatan Karbon Aktif dari Tongkol Jagung
serta Aplikasinya untuk Adsorpsi Cu, Pb, dan Amonia. Depok :
Universitas Indonesia.
Pujiyanto. 2010. Tesis : Pembuatan Karbon Aktif Super dari Batubara dan
Tempurung Kelapa. Depok : Universitas Indonesia.
Roberts Paul, V., Leckie James, O., et al. 1978. Pyrolysis for the Production of
Activated Carbon from Cellulosic Solid Wastes. Solid Wastes and
Residues, American Chemical Society 76 : 392-410.
Sudibandriyo, M. 2003. Ph. Dissertation : A Generalized Ono-KondoLattice
Model for High Pressure on Carbon Adsorben. Oklahoma : Oklahama
State University.
Teng, H., Hsu, L. 2000. Influence of Different Chemical Reagents on the
Preparation of Activated Carbon from Bituminous Coal. Fuel Processing
Technology 64 : 155-166.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
50
Universitas Indonesia
Wijayanti, R. 2009. Skripsi : Arang Aktif dari Ampas Tebu sebagai Adsorben
pada Pemurnian Minyak Goreng Bekas. Bogor : Institut Pertanian Bogor.
Winaya, I. N. S., Susila, I.B. 2010. Co-FiringSistem Fludized Bed Berbahan
Bakar Batubara danAmpas Tebu. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakra M
4(2): 180-188.
Wu, F., Tseng, R., Juang, R. 2005. Comparisons of Porous and Adsorption
Properties of Carbons Activated by Steam and KOH. Journal of Colloid
and Interface Science 283 : 49–56.
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
LAMPIRAN
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
52
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
53
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
54
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
55
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
56
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
57
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
58
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
59
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
60
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
61
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
62
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
63
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
64
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
65
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
66
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
67
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
68
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
69
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
70
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012
71
Universitas Indonesia
Pembuatan karbon..., Shofa, FT UI, 2012