Oleh RIO LATIFAN Pembimbing DIAH SUSANTI, ST., MT., P.hD. Surabaya, 11 Juli 2012

Transkripsi

1 Surabaya, 11 Juli 2012 Aplikasi Karbon Aktif dari Tempurung Kluwak (Pangium Edule) dengan Variasi Temperatur Karbonisasi dan Steam Sebagai Electric Double Layer Capasitor (EDLC) Oleh RIO LATIFAN Pembimbing DIAH SUSANTI, ST., MT., P.hD JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

2 Latar Belakang Krisis Energi Krisis Lingkungan Isu Global Kebutuhan Alat Penyimpan Energi Ramah Lingkungan EDLC Tempurung Kluwak Solusi

3 Rumusan masalah Bagaimana pengaruh variasi temperatur karbonisasi dan temperatur aktifasi fisika terhadap kualitas serta kapasitansi dari karbon aktif dengan bahan Tempurung Kluwak? Bagaimana cara menyiapkan EDLC dari karbon aktif menggunakan bahan Tempurung Kluwak?

4 Tujuan Menganalisa pengaruh variasi temperatur karbonisasi dan aktifasi fisika terhadap kualitas serta kasitansi karbon akti dari bahan tempurung kluwak Mendapatkan cara menyiapkan electric double layer capasitor (EDLC) dari material karbon aktif berbahan tempurung kluwak

5 Batasan masalah Temperatur saat proses Temperatur dan tekanan udara sekitar EDLC Karbon aktif Tekanan dari autoclave Ukuran serbuk tempurung kluwak Kecepatan Stirring

6 Tinjauan Pustaka Kluwak (Pangium Edule) Kluwak merupakan tanaman yang dapat hidup diberbagai daerah, mulai dari dataran rendah hingga dataran tinggi tanaman ini dapat tumbuh. Kluwak memiliki tempurung dengan kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin sehingga membuat tempurung kluwak bersifat keras. Kingdom Divisio Sub Divisio Kelas Bangsa Suku Genus Spesies : Plantae : Spermatophyta : Angiospermae : Dikotiledoneae : Cistale : Flacourtiaceae : Pangium : Pangium Edule

7 Karbon Aktif Tinjauan Pustaka bahan padat berpori hasil pembakaran bahan yang mengandung karbon Harsanti, 2011 senyawa amorph yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon Frilla, 2008 Arang dengan daya serap dan luas permukaan pertikel yang tinggi SNI

8 Pembuatan Karbon Aktif Tinjauan Pustaka Dehidrasi Penghilangan Kandungan air Karbonisasi Dekomposisi bahan-bahan Organik Awal Pembentukan Pori-pori Aktifasi Pembentukan dan memperbanyak pori-pori (terutama mikro pori) Memperluas permukaan aktif Pemecahan kembali senyawa organik

9 Kapasitor Tinjauan Pustaka Kapasitor Keping Sejajar Electro Chemical Capasitor Pseudocapasitor EDLC

10 Flow Chart Metodologi

11 Pengujian Metodologi

12 Hasil Uji Proximate Parameter Satuan Hasil analisa Methode Tempurung Kluwak Fixed Carbon % 92,15 Gravimetri Moisture, Volatile dan Ash Content % 7,85 Gravimetri Hasil Penelitian sebelumnya Tempurung Kluwak sangat berpotensi untuk dijadikan karbon aktif sebagai elektroda pada EDLC karena nilai fixed karbonnya yang tinggi. Nama Wei le (2008) Suhariyono (2012) Y. Sudaryanto (2005) Baba Y. Jibril (2007) Bahan Tempurung Kelapa Eceng Gondok Nilai Fixed karbon 20,96 % 72,02 % Cassava Peal 28,9 % Bituminous coal 77,7 %

13 Karbonisasi Karbonisasi Temperatur karbonisasi ( o C) Massa awal (g) Temperatur 300 O C Temperatur 700 O C Massa akhir (g) Besar penyusutan (%) 72,97 32,94 54,86 75,87 34,13 55,02 76,35 34,81 54,41 Rata-Rata 54,76 73,52 20,73 71,80 71,47 18,68 73,86 75,03 21,97 70,72 Rata-Rata 72,13 Pada karbonisasi 700 O C pengurangan massa lebih banyak hal menandakan lebih banyak bahan-bahan selain karbon yang dihilangkan. Hal ini juga yang membuat karbonisasi 700 O C memiliki hasil yang lebih hitam warnanya

14 Aktifasi Kimia dan Fisika Drying 110 O C Aktifasi kimia Aktifasi kimia dilakukan dengan menggunakan KOH dan aquades dengan perbandingan 4:1:1 (KOH:karbon aktif:aquades) Dari proses ini didapatkan endapan yang masih basah. Aktifasi fisika Aktifasi fisika dilakukan dengan proses hidrothermal dan didapatkan hasil serbuk karbon aktif. 200 O C 300 O C 500 O C Hasil yang didapat pada proses drying terlihat lebih kering dari pada hasil dari proses aktifasi fisika. Namun serbuk yang dihasilkan terlihat lebih halus jika temperatur aktifasi fisikanya meningkat.

15 Pengujian XRD Karbonisasi 300 O C Karbonisasi 700 O C Dari hasil XRD terbentuk karbon dengan struktur orthorombic (JCPDF ) karbon yang terbentuk amorfus terdapat senyawa K 2 CO 3

16 Pengujian XRD Persamaan reaksi terbentuknya pottasium karbonat pada sampel 6 KOH + 2 C 2 K + 3H K 2 CO 3 aktifier bereaksi dengan sampel 4 KOH + 2 CO 2 2 K 2 CO H 2 O aktifier bereaksi dengan gas karbon dioksida Besarnya K 2 CO 3 yang terbentuk dapat dihitung melalui persamaan berikut : i = Luas Area dibawah Peak

17 Pengujian XRD semakin tinggi temperatur karbonisasi maka semakin banyak kandungan karbonnya temperatur aktifasi fisika yang semakin tinggi membuat senyawa K 2 CO 3 semakin tumbuh dan menjadi semakin banyak

18 Pengujian SEM Karbonisasi 300 O C Karbonisasi 700 O C 110 O C 200 O C 300 O C 500 O C 2000x x 2000x x

19 Pengujian SEM Temperatur Karbonisasi ( o C) Temperatur Aktifasi Fisika ( o C) Ukuran Partikel (μm) Diameter Pori-pori (μm) 300 Drying , ,8-9, , ,6-4 Makropori Makropori Makropori Makropori 700 Drying ,57-3,3 Mesopori ,1-2,5 Mesopori ,08-2 Mesopori ,5 0,076-1,5 Mesopori Hasil SEM Partikel Karbon Aktif berbentuk Sponge dengan banyak pori-pori Terdapat 2 jenis pori-pori yang terlihat yaitu makropori dan mesopori ukuran partikel akan semakin halus jika temperatur karbonisasinya tinggi semakin tinggi temperatur aktifasi fisikanya juga membuat partikel semakin halus pada karbonisasi 300 O C terbentuk makropori dan pada karbonisasi 700 O C pori-pori yang terbentuk lebih kecil hingga mesopori. semakin tinggi temperatur aktifasi fisika semakin membuat pori-pori mengecil dan jumlahnya semakin banyak

20 Pengujian Iodine Temperatur Karbonisasi ( o C) Temperatur Aktifasi Fisika ( o C) Hasil Uji Iodine (mg/g) Drying , , , ,411 rata-rata 1657,888 Drying , , , ,889 rata-rata 1485,462 Pengujian ini berdasarkan SNI 1995 yang mengharuskan karbon aktif memiliki daya serap iodine sebesar 750 mg/g. Pengujian dilakukan dengan cara titrasi dan hasil titrasi dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut: Vb Vt = Volume Blanko (ml) = Volume Titrasi (ml) N 1 = Normalitas N 2 S 2 O 3 W = Massa Karbon Aktif (g) 126,9 = Jumlah Iod sesuai dengan 1 ml larutan Na 2 S 2 O 3 0,1N 5 = Faktor pengali (Didapat dari pembagian volume larutan yang dicampur karbon aktif dengan volume larutan yang dititrasi)

21 Pengujian Iodine Dari hasil uji iodine dapat disimpulkan bahwa. semua sampel memenuhi standar SNI 1995 untuk dapat dikatakan sebagai karbon aktif. semakin tinggi temperatur karbonisasi maka semakin rendah nilai bilangan iodinenya. temperatur aktifasi fisika menaikkan nilai bilangan iodine jika temperaturnya dinaikkan. karbon aktif dengan banyak makropori lebih cocok untuk penyerapan warna atau larutan.

22 Pengujian BET temperatur karbonisasi ( o c) temperatur aktifasi fisika ( o c) luas permukaan spesifik (m 2 /g) total volume (cm 3 /g) Jika pada uji iodine karbon aktif menyerap larutan di uji BET karbon aktif akan menyerap gas yang ukuran molekulnya jauh lebih kecil. Dari hasil uji BET terlihat sangat berbeda dengan hasil uji iodine. pada sampel karbonisasi 300 O C tidak dapat mengadsorb gas nitrogen Hal ini karena bentuk pori yang berbeda seperti pada penjelasan dipengujian SEM drying ,26 106, ,048 99, ,39 103, ,24 108, rata-rata 299, , drying Rata-Rata -

23 Pengujian BET Semakin tinggi temperatur aktifasi fisikanya maka akan semakin naik nilai luas permukaan spesifiknya. namun pada sampel yang hanya dikeringkan memiliki nilai luas permukaan spesifik yang tinggi. Karena sampel hasil aktifasi fisika memiliki keadaan yang sedikit lebih basah sehingga dapat mengurangi daya adsorbnya terhadap gas. Dengan didapatkannya nilai luas permukaan spesifik dari sampel karbonisasi 700 O C bisa dipatikan sampel memiliki pori-pori yang berjenis mikropori.

24 Hasil Uji TGA/DTA a Endo 1 b Endo 2 Endo 3 Endo 1 = dehidrasi Endo 2 = dekomposisi selulosa dan hemiselulosa Endo 3 = dekomposisi lignin c d a = Pengurangan massa pertama dialami karena adanya oleh adanya penguapan air b = titik awal terjadinya pengurangan massa karena dekomposisi c = titik akhir terjadinya pengurangan massa karena dekomposisi d = titik maksimum terjadinya pengurangan massa hasil TGA/DTA menunjukkan bahwa pada karbonisasi 300 O C sampel masih belum mengalami dekomposisi secara sempurna.

25 Pengujian potensiostat Pada pengujian ini menggunakan sistem 3 electrode set up. Dengan elektroda referens berupa SCE dan elektroda counter berupa grafit. Elektrode direndam didalam larutan H 2 SO 4 0,5 M. Sedangkan karbon aktif dicetak dengan dijadikan pelet terlebih dahulu. Pelet karbon aktif adalah campuran karbon aktif dengan binder berupa lem kanji. Hasil dari pengujian ini adalah grafik CV yang dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini sehingga didapatkan nilai kapasitifnya. C = capasitans spesifik (F/g) i = Current (A) V = Potential (V) C = ( ) idv / 2wν w = Massa (g) ν = Scan rate

26 Pengujian potensiostat Temperatur Karbonisasi ( O C) Temperatur Aktifasi Fisika ( O C) Capasitance (mf/g) Hambtan (KΩ) Drying Isolator Isolator Isolator Isolator Drying 110 9, , , , , , ,46 Nilai tertinggi adalah 9,9 mf/g. Sehingga karbon aktif dari tempurung kluwak memiliki kapasitansi yang lebih baik dari kapasitor konvensional. Sampel karbonisasi 300 O C tidak memiliki nilai kapasitif karena sampel bersifat isolator. Terdapat sampel yang tidak didapatkan nilai kapasitifnya yang dikarenakan terjadi disolve.

27 Kesimpulan temperatur karbonisasi dan temperatur aktifasi fisika sangat mempengaruhi kualitas dari karbon aktif tempurung kluwak serta mempengaruhi nilai kapasitifnya untuk dapat dijadikan EDLC tempurung kluwak minimal harus dikarbonisasi pada temperatur 700 O C lalu diaktifasi kimia dan diaktifasi fisika. saran Menggunakan furnace vakum dengan dialiri gas nitrogen saat proses karbonisasi dan aktifasi fisika. Menggunakan larutan selain H 2 SO 4 saat pengujian potensiostat agar tidak terjadi disolve pada sampel. Menggunakan desikator untuk menyimpan hasil serbuk karbon aktif agar hasil karbon aktif tidak cepat jenuh.

28