dt arang aktif

16
2.1 Karbon Aktif 2.1.1 Pengertian Karbon Aktif Karbon aktif atau sering juga disebut sebagai arang aktif, adalah suatu jenis karbon yang memiliki luas permukaan yang sangat besar. Hal ini bisa dicapai dengan mengaktifkan karbon atau arang tersebut. Karbon aktif adalah bentuk umum untuk senyawa berbahan dasar karbon yang telah diolah, sehingga menghasilkan derajat pirositas tinggi. Karbon atau arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Karbon aktif adalah suatu bahan yang berupa karbon amorf yang mempunyai luas permukaan yang sangat besar yaitu 300 sampai 2000 m2/gr. Luas permukaan yang sangat besar ini disebabkan karena mempunyai struktur pori- pori. Pori-pori inilah yang menyebabkan karbon aktif mempunyai kemampuan untuk menyerap. Karbon aktif disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi yang hexagonal. Kemampuan karbon aktif mengadsorpsi ditentukan oleh struktur kimianya yaitu atom C, H, dan O yang terikat secara kimia membentuk gugus fungsional. Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m 2 , sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang

Upload: zefanya-maranatha-mangunsong

Post on 18-Dec-2015

40 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Arang Aktif

TRANSCRIPT

2.1 Karbon Aktif

2.1.1 Pengertian Karbon Aktif

Karbon aktif atau sering juga disebut sebagai arang aktif, adalah suatu jenis karbon yang memiliki luas permukaan yang sangat besar. Hal ini bisa dicapai dengan mengaktifkan karbon atau arang tersebut. Karbon aktif adalah bentuk umum untuk senyawa berbahan dasar karbon yang telah diolah, sehingga menghasilkan derajat pirositas tinggi. Karbon atau arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya.

Karbon aktif adalah suatu bahan yang berupa karbon amorf yang mempunyai luas permukaan yang sangat besar yaitu 300 sampai 2000 m2/gr. Luas permukaan yang sangat besar ini disebabkan karena mempunyai struktur pori-pori. Pori-pori inilah yang menyebabkan karbon aktif mempunyai kemampuan untuk menyerap. Karbon aktif disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi yang hexagonal. Kemampuan karbon aktif mengadsorpsi ditentukan oleh struktur kimianya yaitu atom C, H, dan O yang terikat secara kimia membentuk gugus fungsional.

Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m2, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Dalam waktu 60 jam biasanya karbon aktif tersebut menjadi jenuh dan tidaka aktif lagi. Oleh karena itu biasanya karbon aktif dikemas dalam kemasan kedap udara.

2.1.2 Tipe Karbon Aktif

Karbon aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu karbon aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. a. Karbon Aktif Sebagai Pemucat

Biasanya berbentuk serbuk yang sangat halus dengan diameter pori mencapai 1000 A, dengan ukuran 0.18 mm atau US mesh 80 atau lebih kecil dari 200 mesh. yang digunakan dalam fase cair. Umumnya berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan dan membebaskan pelarut dan zat-zat penganggu serta kegunaan yang lainnya pada industri kimia. Karbon aktif ini diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah. Karbon aktif ini berbentuk serbuk, luas permukaannya lebih besar dibandingkan dengan karbon aktif butiran, sehingga kecepatan adsorpsinya juga menjadi lebih besar. Karbon aktif serbuk dapat digunakan secara langsung pada proses fisik dan kimia. Setelah beberapa lama terjadi kontak maka karbon akan mengendap pada dasar bak pengolahan.

Karbon bentuk bubuk digunakan untuk adsorbsi dalam larutan. Misalnya untuk menghilangkan warna (declorisasi), sedangkan karbon bentuk granular digunakan untuk absorbsi gas dan uap, dikenal pula sebagai karbon pengadsorbsi gas.

,ranular pellet yang sangat keras dengan diameter pori berkisar antara 10-200 . Tipe porinya lebih halus dan digunakan dalam fase gas yang berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut atau katalis pada pemisahan dan pemurnian gas. Umumnya karbon aktif ini diperoleh dan tempurung kelapa, tulang, batubara atau bahan baku yang mempunyai struktur keras. Karbon aktif berbentuk granular ini kecepatan adsorbsinya lebih kecil dibandingkan dengan karbon aktif berbentuk serbuk karena luas permukaan totalnya lebih sedikit dibandingkan karbon aktif berbentuk serbuk, dimana luas permukaan total akan mempengaruhi kapasitas adsorpsi. Karbon aktif berbentuk granular dipakai untuk memisahkan kontaminan dalam air buangan seperti fenol, insektisida, deterjen, warna dan logam berat lainnya.

Adsorpsi dengan menggunakan karbon aktif butiran (granular) dapat menggunakan system batch, column atau fluideizet bed. System kontak yang umum digunakan adalah fixed bed atau contercurrent moving bed. Adapun kelebihan dan kekurangan pemakaian karbon aktif granular yaitu sebagai berikut:Keuntungan :1.Pengoperasian mudah karena air mengalir dalam media karbon

2.Proses berjalan cepat karena ukuran butiran karbonnya lebih besar

3.Karbon aktif tidak bercampur dengan Lumpur sehingga dapat diregenerasi

Kerugian :

1.Perlu tambahan unit pengolahan lagi yaitu filter

2.Luas permukaan kontak persatuan berat lebih kecil karena ukuran butiran karbon besar

Gambar 2. Karbon Aktif sebagai penyerap uap (Granular)(sumber : M. Arif Pratama, 2008)2.1.3 Sifat-Sifat yang Mempengaruhi Karbon Aktif

a. Luas Permukaan

Semakin luas permukaan karbon aktif maka akan semakin meningkatkan daya serap karbon aktif tersebut. (Krik, 1964)

b. Porositas (Porosity) Selama proses aktivasi jarak antara elemen-elemen kristal menjadi jelas dengan komponen yang memiliki karbon akan terpisah dan komponen non organik seperti membentuk struktur grafit dan jarak ini membentuk suatu ruang yang disebut pori. Proses aktivasi sangat menentukan total permukaan penyerapan dan menjadi penentu seberapa besar kapasitas penyerapan tersebut. Karbon aktif mempunyai pori-pori yang terdiri dan beberapa kelompok, umumnya terdapat dua jenis pori yaitu mikropori dan makroroni. Namun kedua kelompok ini agaknya kurang mewakili klasifikasi sebenarnya maka mengklasifikasikanya menjadi tiga yaitu mikropori, pori transisi dan makropori.

Tiga tipe pori-pori tersebut dikarekteristikkan sebagai berikut : Struktur karbon aktif biasanya terdiri dari ketiga pori-pori di atas seperti pori makro, pori transisi dan pori mikro. Hal tersebut terjadi pada masa penambahan pori-pori baru, dimana pori-pori yang telah ada mengalami peningkatan ukuran. Ketiga pori-pori tersebut memiliki fungsi masing-masing pada proses penyerapan oleh karbon aktif. Pori makro berfungsi sebagai penangkap molekul-molekul yang tertarik kedalamnya, membuat molekul-molekul tersebut mengalir deras menuju pori yang lebih kecil yaitu pori transisi. Pori transisi berfungsi sebagai penyedia jalan yang sempit bagi adsorbat menuju pori mikro. Pori mikro memiliki peranan paling besar dalam proses penyerapan, hal ini mengingat luas permukaan yang sangat besar dan juga volume yang sangat tinggi. (Krik,1978)2.1.4 Bahan Baku Pembuatan Karbon AktifBahan baku pembuatan karbon aktif ini dapat berasal dari hewan, tumbuh-tumbuhan, limbah ataupun mineral yang mengandung karbon, bahan tersebut antara lain tulang, kayu lunak, sekam, bambu, tongkol jagung, tempurung kelapa, sabut kelapa, ampas penggilingan tebu, ampas pembuatan kertas, serbuk gergaji, kayu keras dan batubara.Karbon aktif tersedia dalam berbagai bentuk misalnya gravel, pelet (0,8-5 mm) lembaran fiber, bubuk (PAC : Granular Active Carbon. 0.2-5 mm). Serbuk karbon aktif PAC lebih mudah digunakan dalam pengolahan air dengan sistem pembubuhan yang sederhana. Serbuk, Butiran, Bongkahan, pelet.2.1.5 Proses Pembuatan Karbon AktifSecara umum proses pembuatan karbon aktif dapat dibagi dua yaitu :

1. Proses kimia

Bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu, kemudian dibuat padat. Selanjutnya padatan tersebut dibentuk menjadi batangan dan dikerigkan serta dipotong-potong. Aktivasi dilakukan pada temperatur 100C. Karbon aktif yang dihasilkan, dicuci dengan air selanjutnya dikeringkan pada temperatur 300C. Dengan proses kimia, bahan baku dapat dikarbonisasi terlebih dahulu, kemudian dicampur dengan bahan-bahan kimia.

2. Proses Fisika

Bahan baku terlebih dahulu dibuat arang. Selanjutnya arang tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktivasi dengan cara pemanasan pada temperatur 1000C yang disertai pengaliran uap. Proses fisika banyak digunakan dalam aktifasi arang antara lain :

a. Proses Briket

Bahan baku atau arang terlebih dahuludibuat briket, dengan cara mencampurkan bahan baku atau arang halus dengan ter. Kemudian, briket yang dihasilkan dikeringkan pada 550C untuk selanjutnya diaktivasi dengan uap.

b. Destilasi kering

Merupakan suatu proses penguraian suatu bahan akibat adanya pemanasan pada temperatur tinggi dalam keadaan sedikit maupun tnapa udara. Hasil yang diperoleh berupa residu yaitu arang dan destilat yang terdiri dari campuran metanol dan asam asetat. Residu yang dihasilkan bukan merupakan karbon murni, tetapi masih mengandung abu dan ter. Hasil yang diperoleh seperti metanol, asam asetat dan arang tergantung pada bahan baku yang digunakan dan metode distilasi.

Diharapkan daya serap arang aktif yang diaktifkan dengan menyertakan bahan-bahan kimia. Juga dengan cara ini, pencemaran lingkungan sebagai adanya pemgarangan dapat dihindari. Selain itu, dapat dihasilkan asap cair sebagai hasil pengembunan uap hasil penguraian senyawa-senyawa organik dari bahan baku.

Namun secara umum proses pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap yaitu:

1. Proses Dehidrasi

Proses dehidrasi bertujuan untuk menghilangkan air yang terkandung di dalam bahan baku. Caranya yaitu dengan menjemur di bawah sinar matahari atau pemanasan di dalam oven sampai diperoleh bobot konstan. Dari proses dehidrasi ini, diperoleh bahan baku yang kering. Hal ini disebabkan oleh kandungan air dalam bahan baku semakin sedikit.

2. Proses Karbonisasi

Karbonisasi atau pengarangan adalah suatu proses pemanasan pada suhu tertentu dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen sangat terbatas, biasanya dilakukan di dalam furnace. Proses ini menyebabkan terjadinya penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan membentuk methanol,uap asam asetat, tar-tar dan hidrokarbon. Material padat yang tinggal setelah karbonisasi adalah karbon dalam bentuk arang dengan pori-pori yang sempit (Cheresmisinoff,1993). Karbonisasi dilakukan pada temperatur 400600oC dalam suatu sistem yang sedikit mungkin berhubungan dengan udara. Untuk mempertinggi daya serap karbon perlu dilakukan tahapan selanjutnya yaitu proses aktivasi (Isnijah, 1990).

Faktor-faktor yang mempengaruhi karbonisasi adalah kadar air, ketebalan bahan baku, kekerasan bahan baku, udara sekeliling dapur pembakaran (furnace), dan waktu pemanasan.

Selama karbonisasi banyak elemen non karbon, hidrogen dan oksigen di ubah menjadi gas oleh dekomposisi pirolisis dari bahan mula-mula, dan atom- atom karbon bebas mengelompok dalam formasi kristalografis yang dikenal sebagai kristal grafit.

Susunan kristal tidak beraturan, sehinggal celah-celah bebas tetap ada di antaranya dan rupanya hasil dari penumpukan dan dekomposisi bahan-bahan tar ini mengotori atau paling sedikit memblokir karbon yang tidak terorganisasi (amorph). Bahan karbon yang demikian kemudian dapat di aktifasi secara parsial degan mengubah produk tar dengan memanaskannya dalam aliran gas inert, atau dengan mengekstraksinya menggunakan solvent yang sesuai, atau dengan reaksi kimia (Sudrajat, 1985).

3. Proses Aktivasi

Aktivasi arang berarti penghilangan zat zat yang menutupi pori pori pada permukan arang. Hidrokarbon pada permukaan arang dapat dihilangkan melalui proses oksidasi menggunakan oksidator yang sangat lemah (CO2 dan uap air) agar atom karbon yang lain tidak turut teroksidasi. Selain itu dapat juga dilakukan proses dehidrasi dengan garam-garam seperti ZnCl2 atau CaCl2. Unsur mineral akan masuk di antara plat-plat heksagonal dan membuka permukaan yang mula-mula tertutup, sehingga jumlah permukaan karbon aktif bertambah besar.Proses aktivasi dibedakan menjadi dua bagian, yaitu :

a. Proses aktivasi termal atau fisika (Thermal Method)Aktivasi thermal adalah proses aktivasi yang melibatkan adanya gas pengoksidasi seperti udara pada temperatur rendah, uap, CO2, atau aliran gas pada temperatur tinggi (Pohan,1993).Menurut Kirk and Othmer (1978), Proses aktifasi fiska melibatkan gas pengoksidasi seperti pembakaran menggunakan suhu yang rendah dan uap CO2 atau pengaliran gas pada suhu yang tinggi. Tetapi pada suhu aktifasi yang terlalu tinggi beresiko terjadinya oksidasi lebih lanjut pada karbon sehingga merusak ikatan C C dalam bidang lempeng heksagonal karbon yang akan menurunkan luas permukaan internal.

Kebanyakan arang diaktifkan dengan cara fisika. Perbedaan bahan baku akan menyebabkan variasi suhu pada metode termo. Pengarangan biasanya pada suhu 500-900C dan sebagai bahan pengaktifan dilakukan dengan steam (uap) atau gas CO2 pada suhu 800-900C. Dalam proses yang menggunakan steam ini akifasi berlangsung sacara berkesinambungan karena reaksi karbon menjadi CO2 adalah eksothermis.

b. Proses aktivasi kimia ( Chemical Method)Aktivasi kimia dilakukan dengan mencampur material karbon dengan bahan-bahan kimia atau reagen pengaktif, selanjutnya campuran dikeringkan dan dipanaskan. Jankowska menyatakan bahwa unsur- unsur mineral aktifator masuk di antara plat heksagon dari kristalit dan membuka permukan yang mula-mula tertutup. Dengan demikian, saat pemanasan dilakukan, senyawa kontaminan yang berada dalam pori menjadi lebih muda terlepas. Hal ini menyebabkan luas permukaan yang aktif bertambah besar dan meningkatkan daya serap karbon aktif.

Salah satu faktor penting dalam aktifasi kimia adalah tingkat impregnasi. Ini adalah tingkat perbandingan berat antara garam pengaktif anhydrous dengan bahan kering mula-mula. Pengaruh tingkat perendaman pada porositas produk yang dihasilkan terlihat dari kenyataan bahwa volume garam dalam karbon sama dengan volume pori-pori yang di bebaskan oleh ekstraksinya. Jika tingkat impregnasi ditambah lebih jauh, jumlah diameter pori yang lebih besar bertambah dan diameter yang lebih kecil berkurang. Ketergantungan struktur karbon aktif pada jumlah bahan pengaktif yang ditambahkan dapat dilihat dari perubahan bentuk adsorpsi isoterm terhadap bahan bahan gas (Isnijah,1990).

2.1.6 Zat Aktivator

Aktivator adalah zat atau senyawa kimia yang berfungsi sebagai reagen pengaktif dan zat ini akan mengaktifkan atom-atom karbon sehingga daya serapnya menjadi lebih baik. Zat aktivator bersifat mengikat air yang menyebabkan air yang terikat kuat pada pori-pori karbon yang tidak hilang pada saat karbonisasi menjadi lepas. Selanjutnya zat aktifator tersebut akan memasuki pori dan membuka permukaan arang yang tertutup. Dengan demikian pada saat dilakukan pemanasan, senyawa pengotor yang berada dalam pori menjadi lebih mudah terserap sehingga luas permukaan karbon aktif semakin besar dan meningkatkan daya serapnya.

Menurut Kirk and Othmer (1978), bahan kimia yang dapat digunakan sebagai pengaktif di antaranya CaCl2, Ca(OH)2, NaCl, MgCl2, HNO3, HCl, Ca3(PO4)2, H3PO4, ZnCl2, dan sebagainya. Beberapa jenis senyawa kimia yang sering digunakan dalam industri pembuatan karbon aktif adalah ZnCl2, KOH, dan H2SO4(Sembiring,2003;Yalin,2000). Pemilihan jenis aktivator akan berpengaruh terhadap kualitas karbon aktif. Semua bahan aktif ini umumnya bersifat sebagai pengikat air.

2.1.7 Syarat Karbon Aktif

Karbon aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang tercantum pada tabel 1 berikut ini.

Tabel 1. Syarat Mutu Karbon Aktif (SII. 0258 88)

No.UraianSatuanPersyaratan

ButiranPadatan

1Bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC%Max 15Max 25

2Kadar air%Max 4,5Max 10

3Kadar abu%Max 2,5Max 10

4Bagian yang tidak mengarangTidak ternyataTidak ternyata

5Daya serap terhadap larutan I2mg/gramMin 750Min 750

6Karbon aktif murni%Min 80Min 65

7Daya serap terhadap benzeneml/gramMin 25-

8Daya serap terhadap methylene blueml/gramMin 60Min 120

9Kerapatan jenis curahg/ml0,45 0,550,30 0,35

10Lolos ukuran mesh 325%-Min 90

Sumber : Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, LIPI 1997Tabel 2. Aplikasi Penggunaan Karbon Aktif dalam IndustriNoPemakaianKegunaanJenis / Mesh

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Industri obat dan makananMinuman keras dan ringan

Kimia perminyakan

Pembersih air

Budi daya udang

Industri gulaPelarut yang digunakan kembaliPemurnian gasKatalisatorPengolahan pupukMenyaring, penghilangan bau, rasa

Penghilangan warna, bau pada minumanPenyulingan bahan mentah

Penghilangan warna, bau,

penghilangan resin

Pemurnian, penghilangan ammonia, nitrit, penol, dan logam beratPenghilangan zat-zat warna, menyerap proses penyaringan menjadi lebih sempurnaPenarikan kembali berbagai pelarutMenghilangkan sulfur, gas beracun, bau busuk asapReaksi katalisator pengangkut vinil khlorida, vinil asetatPemurnian, penghilangan bau 830,325

48,41248,412,83048, 41248, 41248,412,83048, 41248, 4308x30

Sumber : arifin_pararaja (2011)