universitas indonesia pembuatan karbon …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20311088-s43263-pembuatan...

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


ii Universitas Indonesia


iii Universitas Indonesia


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


v Universitas Indonesia


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.


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.


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


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


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


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


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).


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:


3


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.


4


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.


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.


6


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).


7


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


8


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.


9


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.


10


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


11


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.


12


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


13


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


14


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


15


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


16


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)


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.


17


(Lanjutan)

No. Nama Jurnal Topik Penelitian Hasil

3 Influence of Pretreatment

and Activation Conditions

in the Preparation of

Activated Carbon from

Anthtracite (Lee, 2000)


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)


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)


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.


18


(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.


19


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,


20


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


21


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.


22


(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)


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.


24


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


25


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.


26


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.


27


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).


28


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.


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.


30


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


31


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


32


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


33


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


34


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.


35


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


36


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


37


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.


38


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


39


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.


40


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


41


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.


42


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


43


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


44


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


45


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


46


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.


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.


48



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


49


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.


50


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.


LAMPIRAN


52



53



54



55



56



57



58



59



60



61



62



63



64



65



66



67



68



69



70



71



universitas indonesia pembuatan karbon …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20311088-s43263-pembuatan...

Documents