KARBON AKTIF

 

Pohon mahoni (Swietenia macrophylla King) selama ini dikenal sebagai penyejuk jalan danbahan untuk membuat segala furniture. Salah satu upaya peningkatan nilai ekonomis pohonmahoni terutama kulit buahnya dapat dilakukan dengan mengolahnya menjadi karbon aktif.Penelitian ini dibuat dari kulit buah mahoni, dilakukan untuk mempelajari pengaruh perlakuan perendaman larutan Kalium Hidroksida. Kulit buah mahoni digiling dan diayak sehinggadiperoleh serbuk kulit buah mahoni. Dimasukan ke dalam furnace dengan suhu 400ºC selama 1 jam. Setelah dingin, arang yang dihasilkan dihaluskan 100 mesh kemudian siap diaktivasi. Dibuat larutan KOH (kalium hidroksida) konsentrasi 1,2 dan 3 N. Ditimbang arang karbonmasing-masing 15 gram, kemudian direndam dalam larutan KOH (Kalium Hidroksida) padatiap-tiap konsentrasi dengan variasi waktu masing-masing1, 2 ,3 ,4 dan 5 jam dan diaduk dengan stirer magnetik. Arang hasil rendaman ditiriskan dan dibiarkan di wadah terbuka padatemperatur kamar selama 2-3 hari. Sampel yang sudah diperoleh dimasukkan pada reaktor Fluidized Bed dengan pemanasan pada suhu 300ºC dan aliran CO2 20 ml/menit selama 1 jamdengan berat karbon 15 gram. Hasil karbon aktif disimpan dalam wadah plastik yang tertutupdengan baik kemudian dilakukan analisis meliputi kadar air, berat jenis dan daya serap larutaniodium. Analisis dilakukan untuk mengetahui konsentrasi dan kondisi optimum waktu perendaman.Dari hasil penelitian dihasilkan karbon aktif dalam bentuk butiran halus berwarnahitam dan kering. Pengujian daya serap didapatkan hasil optimum pada konsentrasi larutanKOH 3 N dan lama perendaman 4 jam dengan kadar penyerapan 73,284 % dengan surfacearea 3,843872m2/g 2.Kata kunci : Karbon Aktif, Kulit Buah Mahoni, Surface area

Pohon mahoni (Swietenia macrophylla King) selamaini dikenal sebagai penyejuk jalan dan bahan
untuk membuat segala furniture. Pada tahun 1990an buahmahoni banyak digunakan sebagai vitamin dan obat-obatan yang pertama kali ditemukan oleh Doktor Larry Brookes seorang ahli biokimia.[9,11]. Salah satuupaya peningkatan nilai ekonomis pohon mahoni terutama kulit buahnya yaitu dapat dilakukan denganmengolahnya menjadi karbon aktif.Dalam duniaindustri karbon aktif sangat diperlukan karena dapatmengabsorbsi bau, warna, gas, dan logam. Padaumumnya karbon aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan penjernih. Kebutuhan Indonesia akankarbon aktif untuk bidang industri masih relatif tinggidisebabkan semakin meluasnya pemakaian karbon aktif  pada sektor industri.(5). Kebutuhan karbon aktif terusmeningkat[3] Menurut Diretorat Perdagangan, Departemen Perdagangan RI saat ini, Indonesia masihmengimport karbon aktif sebesar 12.250 ton/th.Sehingga pembuatan karbon aktif dari kulit buahmahoni mempunyai prospek yang sangat cerah bagi perkembangan industri yang dalam prosesnyamenggunakan karbon aktif.Dari uraian di atas, salah satu alternatif yang dapatdimanfaatkan untuk mengurangi ketergantunganterhadap impor karbon aktif, meningkatkan produksikarbon aktif di Indonesia dan menambah nilaiekonomis pohon mahoni adalah dengan memproseskulit buah mahoni menjadi karbon aktif. Selanjutnyakarbon aktif dapat diaplikasikan sebagai bahan penjernih air sumur yang tercemar untuk menarik unsur kation, yaitu besi (Fe), seng (Zn) dan mangan (Mn).Beberapa penelitian pembuatan karbon aktif antara lain oleh Salamah 2001 tentang pembuatan karbonaktif dari tempurun kelapa dengan perendaman dalamlarutan natrium bikarbonat. Nurdianto dkk (4)meneliti Perbandingan mutu karbon aktif dari serbuk gergaji batang kelapa dengan zat aktivasi CaCl2 dan ZnCl2. Sariawan dkk [7] membuat Arang aktif dari jerami padi. Dalam penelitian ini akan dilakukan pembuatan karbon aktif dari kulit buah Mahonidengan perendaman dalam KOH dengan tujuanMengetahui pengaruh kosentrasi larutan KOH danlama perendaman pada kondisi operasi optimum dalam pembuatan karbon aktif dari kulit buah mahoni. Tan adAll meneliti Optimasi kondisi preparasi aktivasicarbón dari tempurung kelapa dengan menggunakan metode respon surface.

Pengertian Karbon aktiF

Karbon aktif adalah karbon yang mempunyai rumuskimia C dan berbentuk amorf, yang dapat dihasilkandari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dariarang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan karbon aktif berkisar antara 300 – 2000m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur poriinternal yang menyebabkan karbon aktif mempunyaisifat sebagai adsorben (9). Karbon aktif dapatmengadsorbsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentuatau sifat adsorbsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya seraparang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat karbon aktif. (7)Karbon aktif adalah karbon yang diproses sedemikianrupa sehingga mempunyai daya adsorbsi yang tinggi.Karbon aktif berbentuk amorf. Karbon ini terdiri dari pelat-pelat datar yang atom C-nya terikat secarakovalen dalam suatukisi heksagon. Pelat-pelat ini bertumpuk satu sama lainnya membentuk kristal-kristaldengan sisa hidrokarbon yang tertinggal pada permukaan. Dengan Menghilangkan hidrokarbonnya menyebabkan permukaan menjadi aktif.

1 Struktur GrafitStruktur dasar karbon aktif adalah menyerupai struktur grafis murni, (dapat dilihat pada gambar 1 di atas).Kristal grafis terdiri dari lapisan-lapisan bidangheksagonal yang tersusun dari atom-atom karbon yangmenyerupai cincin-cincin aromatis dalam senyawaorganik.Bahan baku karbon aktif pada umumnya berasal darisenyawa-senyawa organik seperti : tempurung kelapa,sekam padi, tongkol jagung, serbuk gergaji, dan lain-lain.Selain itu juga karbon aktif berasal dari hewan,tumbuh-tumbuhan, limbah ataupun mineral Yang mengandung karbon dapat dibuat menjadi arang aktif,antara lain: tulang, kayu lunak, sekam, tongkol jagung,tempurung kelapa, sabut kelapa, ampas penggilingantebu, ampas pembuatan kertas, serbuk gergaji, kayukeras dan batubara [7].Proses yang berlangsung selama pembuatan arangaktif pada dasarnya adalah penghilangan air (dehydrasi), pemecahan senyawa-senyawa organik dandekomposisi tar yang sekaligus memperluas pori-pori.Proses pembuatan karbon aktif dapat dibagi dua:

1.Proses KimiaBahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimiatertentu, kemudian dibuat padatan. Selanjutnya padatan tersebut dibentuk menjadi batangan dandikeringkan serta dipotong-potong. Aktivasidilakukan pada temperatur 100°C. Arang aktif yang dihasilkan, dicuci dengan air selanjutnyadikeringkan pada temperatur 300 °C. Dengan proses kimia, bahan baku dapat dikarbonisasiterlebih dahulu, kemudian dicampur dengan bahan-bahan kimia.

2. Proses FisikaBahan baku terlebih dahulu dibuat arang.Selanjutnya arang tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktivasi dengan cara pemanasan padatemperatur 1000 °C yang disertai pengaliran uap.Proses fisika banyak digunakan dalam aktivasiarang antara lain:

a. Proses BriketBahan baku atau arang terlebih dahulu dibuat briket, dengan cara mencampurkan bahan baku atau arang halus dengan ter. Kemudian, briket yang dihasilkan dikeringkan pada550°C untuk selanjutnya diaktivasi denganuap. 

b.Destilasi keringMerupakan suatu proses penguraian suatu bahan akibat adanya pemanasan padatemperatur tinggi dalam keadaan sedikitmaupun tanpa udara. Dengan cara destilasikering, diharapkan daya serap arang aktif yang menghasilkan dapat menyerupai ataulebih baik dari pada daya serap arang aktif yang diaktifkan dengan menyertakan bahan- bahan kimia. Dengan cara ini, pencemaranlingkungan sebagai akibat adanya penguraiansenyawa-senyawa kimia dari bahan-bahan pada saat proses pengarangan dapatdihindari(8). Dalam pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahapyaitu:

a). Dehidrasi: proses penghilangan air. Bahan baku dipanaskansampai temperatur 170 °C. 

b). Karbonisasi: pemecahan bahan-bahan organik menjadikarbon.Karbonasi dilakukan pada suhu 400-900ºChasilnya didinginkan dan dicuci, untuk menghilangkan dan mendapatkan kembali bahankimia pengaktif, disaring dan dikeringkan (4).Temperatur diatas 170°C akan menghasilkan CO,CO2dan asam asetat. Pada temperatur 275°C,dekomposisi menghasilkan tar, metanol dan hasilsampingan lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600 ºC.

c). Aktivasi: Dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapatdilakukan dengan uap atau CO2sebagai aktivator.Karbon dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna.Secara umum reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:CxHyOn + O2(g)→C(s) + CO(g) + H2O(g) Pembakaran tidak sempurna tidak terjadi bilahidrokarbon berlebih atau kekurangan oksigen pada penukaran sempurna hanya dihasilkan CO2dan H2O,sedangkan pada pembakaran tidak sempurna selaindihasilkan CO2dan H2O juga dihasilkan CO2dan C(4).Tujuan proses aktivasi karbon yaitu untuk memperbesar luas permukaan arang dengan membuka pori-pori yang tertutup sehingga memperbesar dayaserapnya. Proses aktivasi arang atau karbon dikenaldua macam yaitu:Proses aktivasi dengan menggunakan bahan kimiaanorganik Bahan kimia anorganik yang ditambahkan pada bahan baku untuk menurunkan atau menghilangkan senyawaorganik selama karbonasi atau kalsinasi. Bahan kimiayang dapat digunakan sebagai pengaktif adalah HNO3,H3PO4, Sianida, Ca(OH)2, CaCl2, Ca3(PO4), NaOH, Na2SO4, SO2, ZnCl2, dan Na2CO3Proses aktivasi karbon aktif menurut (4) secara kimia pada umumnya dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut:

•Jenis zat aktivasi Kenaikan daya serap karbon yang dihasilkan berbedauntuk tiap jenis zat aktivasi.

•Konsentrasi zat aktivasiSemakin besar konsentrasi zat aktivasi maka dayaserap karbon yang dihasilkan semakin besar, tetapi pada penggunaan konsentrasi yang telalu tinggi akanmendegradasi atau merusak selullosa yangmengakibatkan daya serap karbon aktif menurun.

•Ukuran bahan baku Semakin kecil ukuran bahan baku yang diaktifkansemakin baik karena luas kontak antara bahan denganlarutan aktivasi semakin besar.

•Suhu penggarangan atau suhu karbonasiPenggunaan suhu karbonasi yang berbeda akan menghaslkan      karbon aktif dengan daya serap yang berbeda.

•Waktu karbonasi

 Penggunaan Karbon Aktif 

Penggunaan karbon aktif dibagi atas 2 tipe yaitu:karbon aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerapuap.

1).Karbon aktif sebagai pemucatKarbon aktif sebagai pemucat biasanya berbentuk  powder yang sangat halus, diameter pori mencapai1000 Ao , digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu yang menyebabkanwarna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat pengganggu dan kegunaan lainyaitu pada industri kimia dan industri farmasi.Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yangmempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah.

2). Karbon aktif sebagai penyerap uapKarbon aktif sebagai penyerap uap biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 Ao, tipe pori lebih halus,digunakan dalam fase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung kelapa,tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai bahan baku yang mempunyai struktur keras.

METODOLOGI PENELITIAN

 Proses Pembuatan Karbon Aktif Kulit Buah Mahoni.

1.      Kulit buah mahoni dimasukan kedalam furnace dengan suhu 300ºC selama 30 menit. Setelah dingin,arang yang dihasilkan dihaluskan lolos 100 meshkemudian siap diaktivasi.

2.      Dibuat larutan KOH (kalium hidroksida) dengankonsentrasi 1,2 dan 3 N.

3.      Ditimbang arang karbon masing-masing 15 gram,kemudian direndam dalam larutan KOH ( 1,2 dan 3 N )dan diaduk dengan stirer magnetik . Pada perendamantiap-tiap konsentrasi KOH dengan variasi waktumasing-masing 1, 2 ,3 ,4 dan 5 jam.

4.      Arang hasil rendaman ditiriskan dan dibiarkan pada temperatur kamar selama 2-3 hari.

5.      Sampel yang sudah diperoleh diaktivasi yaitudimasukkan pada reaktor Fluidized Bed dengan pemanasan pada suhu 300ºC dan aliran CO220ml/menit selama 1 jam.6.

Hasil karbon aktif disimpan dalam wadah plastik yang tertutup rapat kemudian dilakukan analisismeliputi kadar air, berat jenis, daya serap larutaniodium, dan analisis luas permukaan spesifik denganBET di PPPT BATAN Yogyakarta.Rangkaian alat dalam penelitian ini ditunjukkan gambar berikut .

Reaktor Fluidized BedKeterangan gambar:

1. Furnace

2. Slongsong karbon aktif

3. Tabung CO

4. Thermo Couple

5. Baro meter

6. Pengukur tekanan

7. Furnace

8. Slongsong karbon aktif 

9. Tabung CO

10. Thermo Couple

11. Baro meter 

12. Pengukur tekanan