Muhammad Anas /Analisis Ultimate dan Sifat Struktur Arang Aktifdari Kulit Biji Mete: Pengaruh Temperatur Aktivasi

21

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014 ISSN: 0853-0823

Analisis Ultimate dan Sifat Struktur Arang Aktif dari Kulit Biji Mete: Pengaruh Temperatur Aktivasi

Muhammad Anas1,*, Muhammad Jahiding2, Ratna3, Aulia’ul Hasanah1, Dedi Kurniadi1 1Pendidikan Fisika FKIP Universitas Haluoleo 2Fisika FMIPA Universitas Haluoleo 3Pendidikan Kimia FKIP Universitas Haluoleo Kampus Hijau Bumi Tridharma Aduonohu Kendari 93231 Southeast Sulawesi Indonesia corresponding author: HP. 081341513589 atau anas_colle@yahoo.com

Abstrak – Karbon aktif dari kulit biji mete telah disiapkan melalui aktivasi fisik. Sebelum dikarbonasi minyak laka dipisahkan dari kulit pada temperatur sekitar 170oC kemudian dikarbonasi pada temperatur sekitar 350oC. Karbon yang dihasilkan lalu digerus dan diayak dengan ukuran 60 mesh. Selama aktivasi dalam tanur listrik dialiri nitrogen dengan kecepatan alir konstan, temperatur aktivasi divariasi dari 500oC sampai 900oC. Sampel selanjutnya dikarakterisasi dengan analisis ultimate meliputi kandungan C, H, N dan S serta struktur dengan difraksi sinar X (XRD). Hasil analisis ultimate menunjukkan bahwa kandungan karbon naik seiring dengan naiknya temperature aktivasi sampai mencapai sebesar 79,80% pada temperature aktivasi 700oC dan turun sampai sebesar 79,14% pada temperature aktivasi 900oC. Hasil XRD memperlihatkan bahwa puncak melebar terliha sekitar 2θ = 24o sampel memiliki struktur amorf. Kenaikan temperature aktivasi memperlihatkan kecenderungan terjadinya proses grafitisasi. Kata kunci: arang aktif kulit biji mete Abstract – The activated carbon from cashew nut shell has been prepared by physical activation. The cashew nut shell liquid is primarily extracted from shell by using handed-rotary roaster kiln at temperature around 170oC. The carbonization is done by augmenting temperature up to 350oC without taking out the cashew nut shell from kiln. The carbonized cashew nut shell is crushed and sieved of 60 mesh. While activation process, nitrogen gas is flowed through the electric furnace with constant flow rate and the activation temperature is varied from 500oC to 900oC with interval of 150oC. Sample then is characterized using ultimate analysis to determine composition of activated carbon including C, H, N and S and X-ray diffraction to know the structural properties of activated carbon from cashew nut shell. Ultimate analysis shows that carbon element in sample increases as activation temperature increases up to 700oC of 79,80% and then decreases to 79,14% at 900oC. X-Ray diffraction shows that it appears a broaden peak about 2θ = 24oindicating an amorphous structure. The increment of activation temperature tends to graphitization process of activated carbon. Key words: cashew nut shell activated carbon

I. PENDAHULUAN Penelitian tentang karbon aktif telah banyak dilakukan

oleh para peneliti disebakan aplikasinya yang beragam melipti penyerap dan superkapasitor. Sejauh ini pemanfaatan biomassa dari sampah pertanian sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif telah menarik perhatian para peneliti. Limbah pertanian seperti kulit biji mete [1], sekam padi[2], kulit durian [3], kulit batang tebu dan tongkol jagung[4] telah dimanfaatkan untuk pembuatan arang aktif.

Produksi mete gelondongan dalam skala nasional berada di kisaran 95.000 ton per tahun, jumlah ini tidak mengalami peningkatan berarti selama 10 tahun terakhir. Penghasil mete utama adalah Sultra (35 % produksi nasional), Sulsel (25 %), Lombok, Flores dan Sumbawa (30 %) serta Jawa-Madura (10 %) [5]. Sekitar 35% berat mete gelondongan berupa minyakl aka (Cashew Nut Shell Liquid – CNSL), 25% adalah kacang dan sisanya merupakan kulit. Sejuah ini kulit biji mete merupakan sampah di daerah Sulawesi Tenggara.

Secara umum, terdapat dua metode dalam menyiapkan karbon aktif dari material siswa pertanian yakni metode

kimia dan metode fisik. Aktivasi kimia dilakukan dengan merendam bahan baku dalam larutan kimia tertentu seperti ZnCl2, H3PO4. Aktivasi fisik dilakukan melalui 2 (dua) langkah yaitu proses karbonasi bahan baku dan aktivasi karbon dengan pemanasan sampai temperatur tinggi.

Para peneliti telah melakukan berbagai penelitian dalam menyiapkan dan aplikasi karbon aktif, tetapi masih sedikit yang melakukan penelitian karbon aktif dari kulit biji mete. Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan penelitian preparasi karbon aktif dari kulit biji mete. Pada penelitian terdahulu, kami mengaktivasi arang kulit biji mete dengan metode pemanasan fisik saja tanpa menggunakan agen aktivasi[6][7]. Pada penelitian ini kami mengalirkan nitrogen sebagai agen aktivasi (activating agent) selama proses aktivasi. Agen aktivasi untuk aktivasi fisik yang biasa digunakan adalah H2O, CO2 dan N2[8].

II. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN

Bahan baku berupa kulit biji mete dalam penelitian ini diperoleh dari Lombe Kabupaten Buton. Untuk

22 Muhammad Anas /Analisis Ultimate dan Sifat Struktur Arang Aktif dari Kulit Biji Mete: Pengaruh Temperatur Aktivas

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014 ISSN: 0853-0823

menghilangkan sisa kotoran, kulit biji mete dicuci dengan aquades lalu dikeringkan dengan sinar matahari selama 1 hari. Karbonasi dilakukan melalui 2 (dua) tahap. Tahap pertama, pemisahan minyak laka dari kulit biji mete dengan menggunakan alat penggorengan (Anas, dkk, 2003) pada temperatur sekitar 170oC. Tahap kedua, pembakaran tak langsung pada temperature sekitar 350oC selama 4 jam. Lalu, sampel digerus dan disaring dengan ayakan 60 mesh. Akativasi dilakukan dengan cara fisis, yaitu pemanasan sampai temperature tinggi dalam tanur listrik selama 30 menit dengan mengalirkan gas nitrogen dimana laju aliran nitrogen dipertahanlan konstan. Temperatur aktivasi divariasi dari 500oC – 900oC dengan selang 150oC. Analisis proksimat dilakukan untuk menentukan kadar air, kadar abu, zat mudah menguap dan karbon terikat. Sedangkan, analisis ultimat diagunakan untuk menentukan kandungan karbon, oksigen, hidrogen dan sulfur. Analisis ultimat dilakukan di Laboratorium Mineral dan Batubara Bandung.Sifat struktur dikarakterisasi dengam XRD. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil analisis ultimate dan analisis proksimat

Tabel 1 menampilkan hasil analisis ultimate karbon aktif kulit biji mete untuk temperature aktivasi yang berbeda. Tabel ini memberikan informasi persentase kandungan karbon (C), hydrogen (H), nitrogen (N), sulfur (S) dan oksigen (O) dari karbon aktif kulit biji mete dengan perbedaan perlakuan temperatur. Unsur C mendominasi kandungan karbon aktif kulit biji mete baik sebelum aktivasi maupun setelah aktivasi. Kandungan unsur C sekitar 70,25% sebelum diaktivasi naik menjadi 79,80% pada temperature aktivasi 700oC dan turun menjadi 79,14% pada temperature aktivasi 900oC. Naiknya unsure C dibarengi dengan turunnya prosentae unsur H dan O. Hasil yang diperoleh dari analisis ultimate ini memenuhi standar mutu arang aktif berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI) 06-3730-1995 khususnya unsur karbon (C) yaitu 65%. Tabel 2 menampilkan hasil analisis proksimat karbon aktif kulit biji mete untuk temperature aktivasi yang berbeda. Tabel ini memberikan informasi persentase kadar air, kadar abu, kadar zat menguap dan kadar karbon terikat. Kadar karbon terikat dalam karbon aktif dipengaruhi oleh kadar air, kadar zat mudah menguap dan kadar abu. Dalam penelitian ini diperoleh peningkatan kadar karbon terikat pada sampel karbon aktif dari kulit biji mete seiring dengan peningkatan suhu aktivasi. Karbon aktif kulit biji mete memiliki kandungan karbon terikat yang sangat tinggi mencapai 88,99% sebelum aktivasi dan naik secara regular dan mencapai 96,56% pada tempertur aktivasi 900oC.

Tabel 1. Hasil Analisis ultimate karbon aktif kulit biji

mete C H N S O

Sebelum Aktivasi

70,25 4,61 0,94 0,01 20,13

Ta = 500oC 74,90 3,21 1,00 0,02 15,10 Ta= 700oC 79,80 1,93 1,03 0,01 9,22 Ta= 900oC 79,14 1,02 1,18 0,02 8,93

Tabel 2. Hasil Analisis proksimat karbon aktif kulit biji mete. Kadar

air Kadar abu

Kadar zat menguap

Kadar karbon terikat

Sebelum Aktivasi 4,00 3,67 3,34 88,99

Ta = 500oC 1,40 1,85 1,42 95,33 Ta= 700oC 2,40 1,04 1,02 95,54 Ta= 900oC 1,60 0,82 1,02 96,56

Secara teori, semakin tinggi temperature aktivasi

semakin tinggi kadar abu. Namun pada penelitian ini kadar abu semakin rendah seiring dengan peningkatan temperatur aktivasi. Hal ini disebabkan karena pengaruh aliran gas nitrogenselamaaktivasi yang mana gas nitrogen berperan sebagai gas inert yang membersihkan permukaan arang aktif dari kotoran dan abu.

2. Karakterisasi Struktur dengan XRD

Gambar 1 menunjukkan pola difraksi sinar-X karbon aktif kulit biji mete. Hasil ini memperlihatkan bahwa pola difraksi sampel yang belum diaktivasi dimana puncak melebar sekitar 2θ = 24° yang mengindikasikan struktur amorf. Kehadiran puncak ini dan puncak sekitar 2θ = 43° mengindikasikan puncak yang mirip dengan struktur grafit. Puncak 2θ = 43° ini semakin melebar dengan naiknya temperature aktivasi dibarengi dengan muncuknya puncak baru sekitar 2θ = 29° dan 2θ = 32°. Hasil inimemberikan kemungkinan terjadinya proses grafitisas imelalui treatment temperatur. Zhao dkk. [10] melaporkan bahwa berdasarkan evolusi intensitas puncak hasil XRD, proses grafitisasi dapat dibedakanp ada tiga daerah. Daerah non grafitisasi, daerah hampir grafitisasi dan daerah grafitisasi untuk aktivasi di bawah 900oC, 1000 – 1100oC dan di atas 1200oC secara berurutan.

(a)

(b)

Muhammad Anas /Analisis Ultimate dan Sifat Struktur Arang Aktifdari Kulit Biji Mete: Pengaruh Temperatur Aktivasi

23

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014 ISSN: 0853-0823

(c)

(d) Gambar 1. Poladifraksisinar-X karbonaktifkulitbiji mete (a) sebelum aktivasi, (b) temperature aktivasi 500oC,

(c)temperature aktivasi 700oC dan (d) temperature aktivasi 900oC

V. KESIMPULAN

Hasil analisis ultimate dan analisis proximat menunjukkan bahwa karbon aktif kulit biji mete memenuhi standar mutu SNI. Hasil XRD memperlihatkan bahwa kenaikan temperature aktivas imemungkin anterjadinya proses grafitisasi karbon aktif. UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada DP2M Dirjen Dikti atas biaya peneltian. Juga, LABMIRA Bandung atas analisis ultimat sampel dan Laboratorium Kristalografi IPB atas analisis XRD.

PUSTAKA [1] Tangjuank, S., N. Insuk, V. Udeyedan J. Tontrakoon,

Chromium (III) Sorption From Aqueous Solutions Using Activated Carbon Prepared From Cashew Nut Shells, Int. J. of Phys. Sci. Vol. 4 (8), 2009, 412 – 417

[2] Yahayaa, N.K.E.M, M. F. P. M. Latiff, I. Abustan, O. S. Bellob, M. A. Ahmad, Effect of Preparation Conditions of Activated Carbon Prepared from Rice Husk by CO2 Activation for Removal of Cu (II) from Aqueous Solution, IJET-IJENS Vol:10 No:06, 2010,

[3] Jun, T.Y., S. D. Arumugam, N. H. A. Latip, A. M. Abdullah dan P. A. Latif, Effect of Activation Temperature and Heating Duration on Physical Characteristics of Activated Carbon Prepared from Agriculture Waste, Environment Asia 3(special issue), 2010,143 – 148

[4] Jadhav, A.S., S. Salwe, M. Tambedan N.H. Shinde, Chemical Characterisation of Biomass Waste by Proximate Analysis Method using Catalyst, IJAET, Vol.II (2), 2011, 1 – 19

[5] Anonim, Seluruh Daerah Sultra Memiliki Perkebunan Jambu Mete Yang Potensial, 2010, http://metecelebes.blogspot.com/2010/01/seluruh-daerah-sultra-memiliki.html diakses 20 April 2014

[6] Muzakkar, M. Z., M. Anas, Ratna, Kualitas Karbon Aktif dari Kulit Mete dan Penentuaan Konduktivitas Listriknya, Laporan Penelitian Ilmu Dasar DIKTI , 2004

[7] Anas, M., Muh. Zakir Muzakkar dan Ratna, Aplikasi Arang Aktif dari Kulit Biji Mete untuk Penyerapan Logam Berat Fe, Ni, Cd, Pb dan Hg, Laporan Penelitian Fundamental DIKTI, 2007.

[8] Khezami, L., AissaOuld-Dris and Richard Capart, Activated Carbon fron Thermo-compressed Wood and Other Lignocellulosic Precursors, BioResources, 2(2), 2007, 193 – 203.

[9] Anas, M., Ariifin dan Rahman Baco, Pemanfaatan Limbah Kulit Mete untuk Pembuatan Minyak Cashewnut (CNSL), Laporan Penelitian FK8PT Universitas Haluoleo, 2003.

[10] Zhao, J., L. Yang, F. Li, R. Yu, C. Jin, Structural Evolution in The Graphitization Process of Activated Carbon by High-Pressure Sintering, Carbon47, 2009, 744 –751