TEKNOLOGI LINGKUNGAN TEPAT GUNA (TLTG)

Pembuatan Karbon Aktif Dengan Alternatif Bahan Baku Kulit Singkong Untuk Menjernihkan Air

DISUSUN OLEH : FERRY IRAWAN KARTASASMITA (H1E109020) M. ABRAR FIRDAUSY REZZA RAMADANI RIZKY DWI CAHYADI (H1E109050) (H1E109009) (H1E109054)

DOSEN PENGAJAR : M. S. ALIM, MT.

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT 2011

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Singkong (Mannihot esculenta) berasal dari Brazil, Amerika Selatan, menyebar ke Asia pada awal abad ke-17 dibawa oleh pedagang Spanyol dari Mexico ke Philipina. Kemudian menyebar ke Asia Tenggara, termasuk Indonesia. Singkong merupakan makanan pokok di beberapa negara Afrika. Di samping sebagai bahan makanan, Singkong juga dapat digunakan sebagai bahan baku industri dan pakan ternak. Ubinya mengandung air sekitar 60%, pati 25-35%, serta protein, mineral, serat, kalsium, dan fosfat. Singkong merupakan sumber energi yang lebih tinggi dibanding padi, jagung, ubi jalar, dan sorgum. Di kecamatan Margoyoso, sekitar 399 usaha kecil menengah mengelola usaha produksi tapioka. Usaha ini tersebar di tiga desa yaitu desa Ngemplak Kidul, desa Sidomukti dan desa Ngemplak Lor. Di desa Sidomukti ini, sekitar 63 pengrajin tapioka beroperasi setiap hari dengan kapasitas terpasang antara 5-25 ton singkong per hari. Harga bahan baku berkisar Rp 1.000,00/kg. Produk sampingannya berupa ampas singkong basah, ampas kering, lindur, dan kulit singkong. Jumlah limbah kulit singkong sekitar 40 ton/hari. Selama ini limbah ini belum dimanfaatkan secara maksimal oleh masyarakat setempat. Limbah tersebut digunakan untuk pakan ternak dan selebihnya dibuang karena mengandung Cyanogenic glucosides yang dapat meracuni hewan ternak. Limbah kulit singkong ini bisa dimanfaatkan menjadi produk karbon aktif. Proses pembuatan karbon aktif dari limbah kulit singkong ini sangat sederhana, yakni proses aktivasi dan karbonisasi. Karbon aktif memiliki banyak manfaat, misalkan sebagai pembersih air, pemurnian gas, industri gula, pengolahan limbah cair dan sebagainya. Konsumsi karbon aktif dunia semakin meningkat setiap tahunnya, misalkan pada tahun 2007 mencapai 300.000 ton/tahun. Sedangkan negara besar seperti Amerika kebutuhan perkapitanya mencapai 0,4 kg per tahun

dan Jepang berkisar 0,2 kg per tahun. Hal ini berdampak pada harga karbon aktif yang semakin kompetitif. Di pasaran dalam negeri harga karbon aktif antara Rp 6.500/kg sampai Rp 15.000/kg tergantung pada kualitasnya (Pari, 2002). Bahkan di pasaran internasional karbon aktif dengan bilangan iodine lebih besar 1.000 m2/gram dapat mencapai 20 dolar Amerika per kilonya. Karbon aktif merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahanbahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Beberapa limbah hasil pertanian seperti jerami padi, jerami gandum, kulit kacang, bambu dan serabut kelapa dapat dimanfaatkam menjadi produk karbon aktif dan telah dikaji secara mendalam dengan berbagai prosedur yang berbeda. Proses pembuatan karbon aktif dibagi menjadi dua macam yaitu aktifasi kimia dan aktifasi fisika. Dalam proses pembuatan karbon aktif berbahan dasar kulit singkong sebaiknya menggunakan cara aktifasi kimia. Hal ini berdasarkan pertimbangan aspek ekonomis. Proses aktifasi fisika membutuhkan suhu tinggi 600-900C. Kondisi operasi tersebut membutuhkan energi listrik yang diperlukan cukup besar. Oleh karena itu, aktifasi fisika tidak ekonomis khususnya untuk skala industri kecil. Sedangkan kelebihan aktifasi kimia adalah kondisi suhu dan tekanan operasinya relatif lebih rendah. Selain itu, efek penggunaan bahan kimia mampu meningkatkan jumlah pori-pori dalam produk. Yield karbon yang dihasilkan aktifasi kimia juga lebih tinggi daripada aktifasi fisika (Suzuki, 2007). Jenis bahan kimia yang dapat digunakan sebagai aktifator adalah hidroksida ligam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl2, asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H4PO4, dan uap air pada suhu tinggi. Unsur-unsur mineral dari persenyawaan kimia yang ditambahkan tersebut akan meresap ke dalam arang dan membuka permukaan yang semula tertutup oleh komponen kimia sehingga volume dan diameter pori bertambah besar. Pemilihan jenis aktivator akan berpengaruh terhadap kualitas karbon aktif. Beberapa jenis senyawa kimia yang sering digunakan dalam industri pembuatan karbon aktif adalah ZnCl2, KOH, dan H2SO4. Masing masing jenis aktifator akan memberikan efek/pengaruh yang berbeda-beda terhadap luas permukaan maupun volume pori-pori karbon aktif yang dihasilkan.

Pada penelitian terdahulu karbon aktif dari kulit singkong diaktivasi dengan KOH dan dikarbonisasi pada suhu tinggi menggunakan aliran nitrogen sebagai gas inert. Sedangkan pada penelitian ini lebih ditujukan pada pembuatan karbon aktif untuk skala komersial industri kecil. Proses pembuatan karbon aktif dilakukan di dalam furnace electrik tanpa bantuan gas inert atau dalam kondisi oksigen terbatas. Penggunaan senyawa KOH sebagai aktivator dipilih dengan spesifikasi teknis. Analisis kualitas karbon aktif didasarkan pada spesifikasi yang diterima di pasar yaitu bilangan iodine, kadar air, dan kadar abu. Potensi limbah kulit singkong di kecamatan Margoyoso, kabupaten Pati sangat berlimpah. Oleh karena itu kulit singkong sebagai sumber karbon dapat dimanfaatkan sebagai karbon aktif dengan cara aktivasi kimia dengan menggunakan KOH guna meningkatkan nilai ekonomisnya. Selain itu, juga merupakan solusi untuk mengurangi dampak lingkungan dan meningkatkan pendapatan UKM. Tujuan penelitian ini adalah (1) Memaanfaatkan limbah kulit singkong menjadi karbon aktif yang bernilai ekonomi. (2) Merancang metode pembuatan karbon aktif dari kulit singkong yang mudah diterapkan oleh masyarakat maupun industri. (3) Mengetahui kondisi operasi optimum yang berupa suhu dan waktu pembakaran pada proses karbonisasi pada pembuatan karbon aktif dari kulit singkong. (4) Mempelajari pengaruh dari lama dan suhu karbonisasi terhadap daya jerap karbon aktif. Ruang lingkup penelitian ini meliputi pembuatan karbon aktif yang optimal dan efisien sehingga dapat diterapkan untuk skala industri kecil. Analisis karbon aktif meliputi yield, bilangan iodine, kadar abu, dan kadar air ntuk mengetahui kualitas karbon yang diterima di pasar.

1.2

Tujuan Adapun tujuan dari penulisan ini adalah mengkreasikan suatu teknologi

lingkungan tepat guna yang berasal dari alam dengan harga yang relatife murah namun dapat bermanfaat bagi masyarakat.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Singkong (Mannihot esculenta)

Singkong (Mannihot esculenta) termaasuk tumbuhan berbatang pohon lunak atau getas (mudah patah). Singkong berbatang bulat dan bergerigi yang terjadi dari bekas pangkal tangkai daun, bagian tengahnya bergabus dan termasuk tumbuhan yang tinggi. Singkong bisa mencapai ketinggian 1-4 meter. Pemeliharaannya mudah dan produktif. Singkong dapat tumbuh subur di daerah yang berketinggian 1200 meter di atas permukaan air laut. Daun singkong memiliki tangkai panjang dan helaian daunnya menyerupai telapak tangan, dan tiap tangkai mempunyai daun sekitar 3-8 lembar. Tangkai daun tersebut berwarna kuning, hijau atau merah. Singkong dikenal dengan nama Cassava (Inggris), Kasapen, sampeu, kowi dangdeur (Sunda); ubi kayu, ketela pohon (Indonesia); Pohon, bodin, ketela bodin, tela jendral, tela kaspo (Jawa). Secara taksonomi singkong dapat diklasifikasikan sebagai berikut : Kerajaan Divisio Kelas Ordo Suku Subsuku Tribe Marga Spesies : Plantae : Magnoliophyta : Magnoliopsida : Malpighiales : Euphorbiaceae : Crotonoideae : Manihoteae : Mannihot : M. esculenta

2.2

Karbon Aktif Pada abad XV, diketahui bahwa karbon aktif dapat dihasilkan melalui

komposisi kayu dan dapat digunakan sebagai adsorben warna dari larutan. Aplikasi komersial baru dikembangkan pada tahun 1974 yaitu pada industri gula sebagai pemucat, dan menjadi sangat terkenal karena kemampuannya menyerap uap gas beracun yang digunakan pada Perang Dunia I. Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph, yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25- 1000% terhadap berat karbon aktif. Karena hal tersebut maka karbon aktif banyak digunakan oleh kalangan industri. Hampir 60% produksi karbon aktif di dunia ini dimanfaatkan oleh industri-industri gula dan pembersihan minyak dan lemak, kimia dan farmasi. Karbon atau karbon aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Dengan pengolahan tertentu yaitu proses aktivasi seperti perlakuan dengan tekanan dan suhu tinggi, dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki permukaan dalam yang luas. Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada

temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai karbon aktif. 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 manjadi jenuh dan tidak aktif lagi. Oleh karena itu biasanya karbon aktif di kemas dalam kemasan yang kedap udara. Sampai tahap tertentu beberapa jenis karbon aktif dapat di reaktivasi kembali, meskipun demikian tidak jarang yang disarankan untuk sekali pakai. Reaktifasi karbon aktif sangat tergantung dari metode aktivasi sebelumnya. Sifat adsorbsi karbon aktif tidak hanya ditentukan oleh struktur porinya, tetapi ditentukan juga oleh komposisi kimianya. Misalnya ketidakteraturan struktur mikrokristal elementer, karena adanya lapisan karbon yang terbakar tidak sempurna (terbakar sebagian), akan mengubah susunan awan elektron dalam rangka karbon. Akibatnya akan terjadi elektron tak berpasangan, keadaan ini akan mempengaruhi sifat adsorbsi karbon aktif, terutama senyawa polar atau yang dapat terpolarisasi. Jenis ketidak teraturan yang lain adalah adanya hetero atom didalam struktur karbon. Karbon aktif mengandung elemen-elemen yang terikat secara kimia, seperti oksigen dan hidrogen. Elemen-elemen ini dapat berasal dari bahan baku yang tertinggal akibat tidak sempurnanya proses karbonosasi, atau pula dapat terikat secara kimia pada proses aktivasi. Demikian pula adanya kandungan abu yang bukan bagian organik dari produk. Untuk tiap-tiap jenis karbon aktif kandungan abu dan komposisinya ada bermacam-macam. Adsorbsi elektrolit dan non elektrolit dari larutan karbon aktif, juga dipengaruhi oleh adanya sejumlah kecil abu. Adanya oksigen dan hydrogen mempunyai pengaruh besar pada sifatsifat karbon aktif. Elemen-elemen ini berkombinasi dengan atom-atom karbon membentuk gugus-gugus fungsional tertentu. Proses adsorbsi terjadi pada bagian permukaan antara padatan-padatan, padatan-cairan, cairan-cairan, atau cairan gas. Adsorbsi dengan bahan padat seperti karbon, tergantung pada luasan permukaannya. Sifat daya serap karbon

aktif terbagi atas dua jenis, yaitu daya serap fisika dan daya serap kimia. Keduanya dapat terjadi atau tidaknya perubahan kimia yang terjadi antara zat yang mengadsorbsi (adsorben). Beberapa teori yang menerangkan tentang gejala daya serap yang sebenarnya, belum cukup untuk mengemukakan tentang terjadinya daya serap pada karbon aktif. Karbon aktif dapat menyerap senyawa organik maupun anorganik, tetapi mekanisme penyerapan senyawa tersebut belum semua diketahui dengan jelas. Mekanisme penyerapan yang telah diketahui antara lain penyerapan golongan fenol dan aldehid aromatis maupun derivatnya. Senyawa fenol-aldehid maupun derivadnya terserap oleh karbon karena adanya peristiwa donor-akseptor elektron. Gugus karbonil pada permukaan karbon bertindak sebagai donor elektron. Karena ada peristiwa tersebut, maka inti benzena akan berikatan dengan gugus karbonil pada permukaan berikut : a. Dengan adanya pori-pori mikro antar partikuler yang sangat banyak jumlahnya pada karbon aktif, akan menimbulkan gejala kapiler yang menyebabkan adanya daya serap. Selain itu distribusi ukuran pori merupakan faktor penting dalam menentukan kemampuan adsorbs karbon aktif. Misalnya, ukuran 20 angstroom dapat digunakan untuk menghilangkan campuran rasa dan bau, hanya lebih efektif untuk pembersihan gas, sedangkan untuk ukuran 20-100 angstroom efektif untuk menyerap warna. b. Pada kondisi yang bervariasi ternyata hanya sebagian permukaan yang mempunyai daya serap. Hal ini dapat terjadi karena permukaan karbon dianggap heterogen, sehingga hanya beberapa jenis zat yang dapat diserap oleh bagian permukaan yang lebih aktif, yang disebut pusat aktif. Sedangkan faktor-faktor yang mempengaruhi adsorbsi adalah sebagai berikut : a. Karakteristik fisika dan kimia adsorben, antara lain : luas permukaan ukuran pori, komposisi kimia b. Karakteristik fisis dan kimia adsorbat, antara lain : ukuran molekul, polaritas molekul komposisi kimia. c. Konsentrasi adsorbat dalam fase cair. d. Sistem waktu adsorbsi.

2.2.1

Bentuk Karbon Aktif Bahan baku yang berasal dari hewan, tumbuh-tumbuhan, limbah ataupun

mineral yang mengandung karbon dapat dibuat menjadi karbon aktif, bahan tersebut antara lain: tulang, kayu lunak, sekam, tongkol jagung, tempurung kelapa, sabut kelapa, ampas penggilingan tebu, ampas pembuatan kertas, serbuk gergaji, kayu keras dan batubara. Karbon aktif tersedia dalam berbagai bentuk antara lain sebagai berikut : Gravel Pelet/granular (0.8-5 mm) Lembaran Fiber Bubuk (PAC : powder active carbon, 0.18 mm atau US mesh 80)

2.2.2

Proses Pembuatan Karbon Aktif. Secara umum proses pembuatan karbon aktif dapat dibagi dua yaitu : Proses Kimia. Bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu, kemudian dibuat padat. Selanjutnya padatan tersebut dibentuk menjadi batangan dan dikeringkan serta dipotong-potong. Aktifasi dilakukan pada temperatur 100C. Karbon aktif yang dihasilkan, dicuci dengan air selanjutnya dikeringkan pada temperatur 300 C. Dengan proses kimia, bahan baku dapat dikarbonisasi terlebih dahulu, kemudian dicampur dengan bahanbahan kimia.

Proses Fisika Bahan baku terlebih dahulu dibuat arang. Selanjutnya arang tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktifasi dengan cara pemanasan pada temperatur 1000 C yang disertai pengaliran uap. Proses fisika banyak digunakan dalam aktifasi arang antara lain : a. Proses Briket Bahan baku atau arang terlebih dahulu dibuat briket, dengan cara mencampurkan bahan baku atau arang halus dengan ter. Kemudian,

briket yang dihasilkan dikeringkan pada 550 C untuk selanjutnya diaktifasi dengan uap. b. Destilasi kering Merupakan suatu proses penguraian suatu bahan akibat adanya pemanasan pada temperatur tinggi dalam keadaan sedikit maupun tanpa udara Namun secara umum dan sederhana proses pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap yaitu: Dehidrasi Proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 C. Karbonisasi Pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas 170C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada suhu 275C, dekomposisi menghasilkan ter, metanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 600 0C Aktifasi Dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktifator. Proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertamb//ah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi. Metoda aktifasi yang umum digunakan dalam pembuatan karbon aktif adalah: Aktifasi Kimia. Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakian bahan-bahan kimia. Aktifator yang digunakan adalah bahanbahan kimia seperti: hidroksida logam alkali garam-garam karbonat, klorida,

sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl2, asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H3PO4. Aktifasi Fisika. Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO2. Umumnya arang dipanaskan didalam tanur pada temperatur 800-900C. Oksidasi dengan udara pada temperatur rendah merupakan reaksi eksoterm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Sedangkan pemanasan dengan uap atau CO2 pada temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm, sehingga lebih mudah dikontrol dan paling umum digunakan. Beberapa bahan baku lebih mudah untuk diaktifasi jika diklorinasi terlebih dahulu. Selanjutnya dikarbonisasi untuk menghilangkan hidrokarbon yang terklorinasi dan akhimya diaktifasi dengan uap. Juga memungkinkan untuk memperlakukan arang kayu dengan uap belerang pada temperatur 500C dan kemudian desulfurisasi dengan H2 untuk mendapatkan arang dengan aktifitas tinggi. Dalam beberapa bahan barang yang diaktifasi dengan percampuran bahan kimia, diberikan aktifasi kedua dengan uap untuk memberikan sifat fisika tertentu. Menurut SII No.0258 -79, karbon aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang tercantum pada tabel berikut ini:

Tabel.1 Spesifikasi karbon aktif. Jenis Bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC. Air Abu Bagian yang tidak diperarang Daya serap terhadap larutan I Persyaratan Maksimum 15% Maksimum 10% Maksimum 2,5% Tidak nyata Minimum 20%

2.2.3

Tipe Karbon Aktif

Karbon aktif terbagi atas 2 tipe yaitu karbon aktif sebagai pemucat dan karbon aktif sebagai penyerap uap. Karbon aktif sebagai pemucat. Biasanya berbentuk serbuk yang sangat halus dengan diameter pori mencapai 1000 A0 yang digunakan dalam fase cair. Umumnya berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan dan membebaskan pelarut dari zat zat penganggu dan kegunaan yang lainnya pada industri kimia dan industri baru. 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 sebagai penyerap uap. Biasanya berbentuk granula atau pellet yang sangat keras dengan diameter pori berkisar antara 10-200 A0. Tipe porinya lebih halus dan digunakan dalam fase gas yang berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut atau katalis pada pemisahan dan pemurnian gas. Umumnya arang ini dapat diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai struktur keras. Sehubungan dengan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan karbon aktif untuk masing- masing tipe, pernyataan diatas bukan merupakan suatu keharusan.

2.2.4

Faktor yang Mempengaruhi Daya Serap Karbon Aktif Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap karbon

aktif, yaitu : Sifat Serapan Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif, tetapi

kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan.

Temperatur Dalam pemakaian karbon aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur pada saat berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih rendah.

pH (Derajat Keasaman). Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.

Waktu Singgung Bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel karbon aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama.

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Umum Pada percobaan mengenai pembuatan karbon aktif dengan alternatif bahan baku kulit singkong ini dilakukan dengan cara sederhana dan berskala pengolahan rumah tangga. Teknologi karbon aktif telah lama digunakan dalampengolahan air karena terbukti efektif dalam menurunkan beberapa parameter air, seperti kekeruhan, warna, bau, dan beberapa jenis racun. Pada percobaan ini akan membahas mengenai proses pembuatan karbon aktif berbahan dasar kulit singkong serta pengaplikasiannya pada sampel air. Percobaan ini berlangsung selama 6 hari, dikarenakan proses dilakukan mulai dari membersihkan kulit singkong hingga proses pengeringan melalui sinar matahari membutuhkan waktu 2 hari sebelum kulit singkong siap untu dibakar. Proses pembakaran berlangsung selama sehari dan dilakukan pendinginan hingga hari berikutnya. Setelah itu melakukan pencacahan dan aktivasi.

3.2 Objek Percobaan Sebagai objek percobaan ini adalah kulit singkong sebagai bahan baku karbon aktif.

3.3 Bahan dan Alat Percobaan

a. Bahan Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah kulit singkong, daun kering, batu kerikil dan akuades. b. Alat Alat yangdigunakan dalam percobaan ini adalah: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Palu Ayakan Kaleng diameter 10 cm Tungku Korek Api Botol air mineral ukuran 600 ml

7. Busa Aquarium 3.4 Prosedur Pembuatan 1. Memilih bahan baku kulit singkong yang baik. 2. Kulit singkong dibersihkan dari kotoran dan dan kulit terluar yang menempel. 3. Kulit singkong dikeringkan di bawah sinar matahari hingga benar-benar kering. 4. Kulit singkong dibakar di dalam kaleng. Pembakaran arang dilakukan lapis demi lapis kulit singkong dalam kaleng bekas yang berbentuk tabung. Memulai pembakaran dengan menyusun kayu bakar sebagai bahan bakar. Setelah kulit singkong lapisan pertama terbakar, secara otomatis volume singkong menyusut. Sedikit demi sedikit satu lapisan ditaruh diatasnya. Langkah ini terus dilakukan sampai kaleng penuh. 5. Setelah kaleng penuh dengan kulit singkong dan lapisan teratas sudah terbakar, tutup kaleng rapat-rapat hingga udara tidak masuk ke dalamnya. 6. Tunggu hingga kaleng dan arang di dalamnya dingin. 7. Kulit singkong yang telah menjadi arang tersebut dicacah dengan menggunakan palu. 8. Arang diayak dengan menggunakan saringan agar mendapat ukuran granular. 9. Melakukan aktifasi secara fisika dengan menggunakan oven selama 2 jam pada suhu 200o. 10. Karbon aktif yang telah jadi dicuci dengan akuades.

3.5 Pengujian pada Sampel Air 1. Karbon aktif yang sudah jadi dimasukan ke dalam suatu wadah berbentuk tabung (botol air mineral) yang bagian bawahnya telah diberi penyangga. Ketebalan karbon aktif 10 cm. 2. Bagian atas ditambahan batu kerikil untuk menahan karbon aktif di bawahnya. 3. Sampel air dituangkan secara perlahan-lahan dari bagian atas tabung.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Teknik Pembuatan dan Hasil Untuk mendapatkan karbon aktif berbahan baku kulit singkong dengan kualitas yang baik, maka dilakukan pemilihan bahan baku terlebih dahulu. Adapun syarat-syarat dalam pemilihan kulit singkong tersebut adalah : 1. Kulit singkong yang sudah tua 2. Kulit singkong yang kering 3. Kulit singkong yang bersih 4.2 Skema Pembuatan Karbon Aktif

Kulit singkong Pemilihan Kulit Kulit singkong

Pembersihan, Pengeringan Kulit Kulit singkong

Pembakaran Arang

Pencacahan Arang

Pengayakan Arang

Aktivasi

Pencucian Arang

HASIL

1. Pemilihan Kulit Kulit singkong Untuk mendapatkan karbon aktif berbahan baku kulit singkong dengan kualitas yang baik, maka dilakukan pemilihan bahan baku terlebih

dahulu. Kulit singkong yang berkualitas yaitu kulit singkong yang tua, bersih dan kering.

Gambar 4.1. Kulit singkong Kering

2. Pembersihan dan Pengeringan (dehidrasi) Kulit singkong Membersihkan kulit singkong yang akan digunakan cukup dengan membersihkannya dari debu dan kotoran yang menempel pada permukaan kulit dengan air bersih. Kemudian dijemur di bawah terik matahari sampai kering. Dehidrasi adalah proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan dibawah sinar matahari. 3. Pembakaran Arang ( karbonisasi) Karbonisasi atau pembakaran adalah pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Pembakaran menggunakan suhu diatas 200C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada suhu 275C, dekomposisi menghasilkan ter, metanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 600 oC Pembakaran arang dilakukan lapis demi lapis kulit singkong dalam kaleng bekas yang berbentuk tabung. Memulai pembakaran bisa dengan menggunakan kertas atau daun kering yang ditaruh di atas satu lapis kulit singkong di dasar kaleng. Setelah kulit singkong lapisan pertama terbakar, sedikit demi sedikit satu lapisan ditaruh diatasnya. Langkah ini terus dilakukan sampai kaleng penuh.

Ketika kulit kulit singkong lapisan atas mulai terbakar, batu bata yang menjadi ganjalan kaleng perlahan-lahan diambil, sehingga dasar drum langsung menyentuh tanah dan menutup lubang. Kemudian kaleng ditutup rapat-rapat dan tidak boleh sampai ada udara yang masuk. Jika ada udara yang masuk, maka arang yang ada dalam kaleng akan menjadi abu. Tetapi kalau kaleng ditutup rapat sebelum seluruh kulit kulit singkong terbakar, kuli kulit singkong tidak akan menjadi arang. Beberapa jam kemudian, setelah kaleng dingin, tutupnya dibuka, kemudian kaleng dibaringkan. Arang kulit singkong kemudian

dikeluarkan secara perlahan-lahan. Arang kuli singkong yang tampak hitam, mengkilap, utuh, keras, dan mudah dipatahkan menunjukkan kualitasnya baik. kadar air dalam arang kulit singkong antara 50-70 persen.

Gambar 4.2. Proses Pembakaran atau Karbonisasi

4. Pencacahan Arang Pencacahan ini bertujuan untuk mendapatkan arang dengan bentuk serbuk yang lebih kecil dan halus dengan menggunakan palu. Langkah ini dilakukan untuk memudahkan dalam mengaktivasi karbon aktif.

Gambar 4.3. Proses pencacahan arang

5. Pengayakan Arang Proses pengayakan bertujuan untuk memisahkan arang yang berbentuk butiran (granular) dengan arang yang berbentuk serbuk (powder). Dari hasil pengayakan dihasilkan arang yang berbentuk serbuk dengan ukuran yang sangat kecil dan halus. 6. Aktivasi Proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan

disamping bahan baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi. Pada penelitian ini kami menggunakan aktifasi secara fisika yang merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO2. Arang dipanaskan didalam oven pada temperatur 800-900C selama dua jam. Oksidasi dengan udara pada temperatur rendah merupakan reaksi eksoterm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Sedangkan pemanasan dengan uap atau CO2 pada temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm, sehingga lebih mudah dikontrol.

Gambar 4.5. Aktivasi dengan Oven

4.3 Pengujian pada Sampel Air Pada pengaplikasian karbon aktif yang telah dibuat dalam percobaan ini dianggap kurang berhasil dikarenakan beberapa faktor, antara lain kurangnya kemampuan alat untuk mencapai suhu aktifasi yang diinginkan, sehingga karbon aktif yang ada dirasa kurang memuaskan. Aktifasi ini sangat penting guna memperluas pori-pori yang ada di permukaan karbon aktif sehingga dapat menangkap partikel halus yang ada di dalam air lebih banyak. Bila karbon aktif tidak diberi perlakuan aktifasi maka pori-pori yang ada pada karbon aktif kurang cukup besar untuk menyerap dan menyaring partikel yang terdapat di dalam air. Hal ini menyebabkan banyak partikel yang masih bisa lolos dari penyaringan. Faktor lain yang menjadi penyebabnya adalah tingkat ketebalan karbon aktif yang kurang tebal, karena semakin tebal atau semakin luas permukaan karbon aktif yang dimasukkan di dalam tabung maka semakin banyak lagi partikel yang dapat ditangkap oleh saringan karbon aktif tersebut. Selain itu bila debit air yang dialirkan ke dalam saringan terlalu besar maka dikhawatirkan akan merusak struktur karbon aktif, dan malah membuat air menjadi hitam akibat karbon yang ikut masuk ke dalam air. Sampel air yang digunakan adalah Sungai Sumber Adi.

a. Hasil Pengujian Sampel Air Sungai Sumber Adi Dari pengujian sampel air didapatkan hasil yang cukup memuaskan dikarenakan kekeruhan air yang jauh lebih berkurang dibandingkan

sampel air awal. Hal ini juga disebabkan air sungai tersebut memiliki tingkat kekeruhan yang tidak terlalu tinggi.

Gambar 4.7 Perbandingan Sampel Air Sumber Adi sebelum dan sesudah penyaringan.

4.4 Anggaran Biaya Pembuatan Karbon Aktif Selain dari segi efisiensi dan efektivitas, segi ekonomis produk merupakan hal yang penting dalan menilai suatu teknologi apakah baik untuk di laksanakan atau tidak. Anggaran dana untuk membuat Karbon Aktif Kulit Kulit singkong dapat dilihat pada tabel 4.1 Tabel 4.1 Anggaran Dana Pembuatan Karbon Aktif Kulit Kulit singkong Harga No Bahan dan Alat Jumlah (Rupiah) 1 2 3 4 5 6. Kulit singkong Ayakan Palu Kaleng Bekas dan botol Oven 1kg 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah tersedia tersedia tersedia tersedia tersedia Rp. 5000,Rp. 5000,Rp. 5000,Total

Busa Dacron Activated 1 buah Carbon Total

Sumber: Perhitungan

Bahan dan peralatan untuk pembuatan karbon aktif dari kulit kulit singkong ini sangat murah dan mudah di dapatkan di pasaran. Didasarkan pada latar belakang pembuatan karbon aktif dari kulit kulit singkong ini, maka hal ini dapat digolongkan dalam teknologi tepat guna untuk masyarakat Indonesia. 4.5 Koreksi Salah satu koreksi yang digarisbawahi pada percobaan kami ini adalah mengenai aktivasi karbon akktif yang belum sesuai dengan teori yang ada. Karena seharusnya aktivasi karbon aktif minimal dilakukkan pengovenan bersuhu 6000 c selama 2 jam, akan tetapi pada percobaan yang kami lakukan hanya dilakukan pengovenan pada suhu 2000 c selama 1 2 jam. Hal ini dikarenakan oven yang tersedia hanya mampu mendapatkan suhu maksimal 2000 c. Sedangkan bila menggunakan oven yang bersuhu diatas 6000 c harus mengeluarkan biaya yang cukup besar. 4.6 Analisa Pada umumnya karbon aktif dapat diaktivasi dengan dua cara, yaitu dengan cara aktivasi kimia dan aktivasi fisika. Dalam proses aktivasi kimia, arang hasil karbonisasi direndam dalam larutan kimia selama 24 jam lalu ditiriskan dan dipanaskan pada suhu 600 hingga 9.000 derajat celcius selama 1- 2 jam. Bahan-bahan kimia yang digunakan sebagai aktivator biasanya hidroksida logam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, dan fosfat dari logam alkali tanah. Pada proses kimia, kualitas karbon aktif yang dihasilkan tergantung dari bahan kimia yang digunakan. Sedangakan aktivasi fisika, yaitu proses aktivasi karbon dengan uap air dialirkan pada arang hasil karbonisasi. Proses ini biasanya menggunakan temperatur 800 ribu 11 ribu derajat celcius.

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan Teknologi Tepat Guna sangat diperlukan dalam kehidupan sehari hari, sehingga dapat memecahkan masalah serta dalam pelaksanaan kehidupan seharihari menjadi lebih mudah, murah, sederhana serta ramah lingkungan. Salah satu teknologi lingkungan tepat guna yang sangat bermanfaat jika dikaji secara mendalam yaitu pembuatan karbon aktif dari kulit singkong. Mengingat Indonesia khususnya Kalimantan banyak terdapat tanaman singkong, maka di samping untuk mendapatkan keuntungan yang lebih besar dari pembuatan karbon aktif, kita juga dapat menemukan alternatif baru dalam pembuatan karbon aktif yang murah dan efektif. 5.2 Saran Untuk mendapatkan karbon aktif yang baik, sebaiknya melakukan aktivasi dengan suhu yang sesuai.