PEMANFAATAN JERAMI PADI UNTUK PRODUKSI KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI KIMIA MENGGUNAKAN KALIUM KARBONAT

Transkripsi

1 PEMANFAATAN JERAMI PADI UNTUK PRODUKSI KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI KIMIA MENGGUNAKAN KALIUM KARBONAT Muhammad Ikhsan Asy ari 1 dan Mahmud Sudibandriyo 2 1 Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia 2 Riset Grup Energi Berkelanjutan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia ikhsan.tkui10@gmail.com ABSTRAK Pada penelitian ini dilakukan produksi karbon aktif berbahan baku jerami padi dengan karbonisasi dan dilanjutkan dengan aktivasi kimia menggunakan K 2CO 3. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh lama waktu dan suhu aktivasi pada tahap aktivasi kimia terhadap luas permukaan karbon aktif. Proses aktivasi dilakukan pada variasi suhu 700 C, 800 C, 900 C dan lama waktu aktivasi divariasikan selama 60 menit, 90 menit, dan 120 menit. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa peningkatan suhu dan lama waktu aktivasi menyebabkan luas permukaan terus mengalami peningkatan hingga suhu aktivasi 900 o C dan lama waktu selama 90 menit. Luas permukaan karbon aktif tertinggi sebesar m 2 /g diperoleh dengan aktivasi pada suhu 900 o C dan lama waktu selama 90 menit. ABSTRACT Utilization of Rice Straw Waste to Produce Activated Carbon with Chemical Activation using Potassium Carbonate. Activated carbon from rice straw waste is produced in this research with carbonization and followed by chemical activation using potassium carbonate. This research aims to analyze the effect of duration and temperature in activation process. The activation process is held in 700 C, 800 C, 900 C of temperature and 60, 90 and 120 minutes of duration. It shows that surface area is increased by the increasing of activation temperature and duration except the activated carbon with 900 C of activation temperature and 120 minutes of activation duration. Highest surface area is 1,003 m2/g from activated carbon with 900 C of activation temperature and 90 minutes of activation duration Keywords: Activated carbon, Adsorption, Rice straw and Potassium carbonate. 1. Pendahuluan Karbon aktif adalah karbon yang diaktivasi pada suhu tinggi sehingga pori-porinya terbuka dan dapat digunakan sebagai bahan penyerap atau adsorben. Karbon aktif memiliki daya serap yang sangat besar yaitu sekitar 25% hingga 1000% dari berat karbon aktif tersebut (S. Meilita & S.Tuti.2003). Karbon aktif dapat digunakan dalam berbagai proses industri sebagai molekul penyaring, pemurnian cairan dan gas, pemurnian dan penjernihan air, proses pembuatan makanan, katalis, penghilangan sulfur dan nitrogen, serta pemurnian emas. Hingga saat ini telah dilakukan pengembangan pembuatan karbon aktif dengan menggunakan

2 berbagai bahan dengan kandungan karbon yang tinggi, seperti tempurung kelapa, bagas tebu, batu bara dan sebagainya. Salah satu material yang juga dapat digunakan adalah jerami padi. Jerami padi memiliki kandungan unsur karbon sebanyak 40-43% massa (Makarim, et al. 2007). Jerami padi yang banyak mengandung unsur karbon ini dapat menjadi salah satu alternatif sebagai bahan baku untuk peningkatan produksi karbon aktif. Ketersediaan jerami padi di Indonesia cukup melimpah karena Indonesia merupakan negara agraris Menurut data BPS tahun 2013, luas sawah di Indonesia adalah 13,7 juta ha dengan kapasitas produksi padi sebesar 70,87 juta ton sehingga potensi jerami padi yang dimiliki Indonesia adalah sekitar 99,22 juta ton (Kim & Dale. 2003). Namun, jerami padi masih belum dapat digunakan secara optimal bahkan menjadi limbah pertanian yang selama ini menjadi masalah daerah persawahan. Saat ini sebagian jerami padi dijadikan sebagai pakan ternak dan sisanya dibakar sehingga dapat merusak lingkungan dan keseimbangan hayati.. Cara yang dapat dilakukan untuk menghasilkan karbon yang berpori adalah dengan dekomposisi termal material organik yang melalui tiga tahapan, yaitu dehidrasi, karbonisasi, dan aktivasi. Pengembangan penelitian pembuatan karbon aktif telah banyak dilakukan untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal. Saat ini, pembuatan karbon aktif dari jerami padi telah dilakukan dengan menggunakan aktivasi kimia, yaitu jerami padi dicampur dengan larutan KOH lalu dipanaskan di dalam reaktor hingga suhu 800 o C serta dialiri dengan gas nitrogen mampu menghasilkan luas permukaan karbon aktif sebesar 900 m 2 /gram (Oh & Park 2001). Selain itu jerami padi juga dicampurkan dengan H3PO4 lalu dipanaskan hingga suhu 500 o C mampu menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan 786 m 2 /gram (Fierro, et al. 2001). Pada penelitian ini metode aktivasi yang dilakukan adalah aktivasi kimia karena aktivasi kimia dapat menghasilkan luas permukaan karbon aktif per satuan massa yang lebih besar daripada menggunakan aktivasi fisika (Stals, et al. 2013). Aktivasi kimia dilakukan dengan menggunakan K2CO3 sebagai activating agent karena dari penelitian sebelumnya dengan bahan baku yang lain, penggunaan activating agent K2CO3 dapat menghasilkan luar permukaan karbon aktif per satuan massa yang lebih besar daripada activating agent lainnya seperti ZnCl2 atau H3PO4 (Chen, et al. 2012). Dengan penelitian menggunakan jerami padi yang memiliki kandungan karbon yang cukup tinggi, yakni sekitar 40-43%, dan metode aktivasi kimia dengan K2CO3 diharapkan dapat menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan yang tinggi.

3 2. Tinjauan Teoritis 2.1 Karbon aktif Karbon aktif adalah karbon amorf berwujud padat yang terbentuk dari proses karbonisasi dan aktivasi sehingga memiliki pori atau rongga dan luas permukaan internal yang tinggi. Hal ini meyebabkan karbon aktif memiliki daya serap yang besar terhadap gas, uap dan zat yang berada dalam larutan. Karbon aktif mempunyai luas permukaan hingga lebih dari m 2 /g (Robau- Sanchez et al., 2005). Karbon aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon. Bahan-bahan diantaranya berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang maupun bahan tambang seperti berbagai jenis kayu, batubara, sekam padi, tulang binatang, tongkol jagung, tempurung kelapa, tempurung kelapa sawit, ampas tebu, kulit biji kopi, dan lain-lain. (Manocha Satish, 2003). Karbon aktif ini diperoleh melalui proses aktivasi terhadap arang karbon. Aktivasi karbon menyebabkan terjadinya pengembangan struktur pori-pori yang bergantung pada metode aktivasi yang digunakan. Karbon aktif digunakan pada berbagai bidang aplikasi. Kegunaan karbon aktif dapat berupa pemurnian gas, katalisator, penyaring bau dan rasa pada industri obat dan makanan, penghilang bau, warna dan resin pada industri pengolahan air, pelarut yang dapat digunakan kembali, dan penyimpan energi (gas adsorptive storage) (Sembiring & Sinaga, 2003). Ukuran pori-pori karbon aktif dapat diklasifikasikan dalam tiga jenis yaitu micropore, mesopore dan macropore (Marsh and Reinoso. 2006). Struktur ukuran pori-pori karbok aktif dapat dilihat pada Gambar 2.2 di bawah ini. 1. Micropores adalah pori-pori dengan ukuran diameter lebih kecil dari 2 nm. Area ini merupakan area dimana adsorpsi dominan terjadi. Volume pori-pori ini berkisar antara 0,15 0,5 ml/g. Selanjutnya Micropore diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu wider micropores dengan ukuran diameter 0,7-2 nm dan narrow micropores dengan ukuran diameter lebih kecil dari 0,7 nm. 2. Mesopores adalah pori-pori dengan ukuran diameter 2 50 nm. Area ini merupakan area adsorpsi dominan kedua setelah micropores. Mesopores sering juga disebut transitional pore atau area transisi. Volume pori-pori ini berkisar antara 0,02 10 ml/g. 3. Macropores adalah pori-pori dengan ukuran diameter lebih besar dari 50 nm dan berfungsi sebagai pintu masuk adsorbat menuju ke dalam micropores.

4 Gambar 1. Ilustrasi Skema Struktur Pori Karbon Aktif (Manocha Satish, 2003) 2.2 Struktur Fisika dan Kimia Karbon Aktif Struktur molekul karbon aktif tersusun atas atom-atom karbon yang membentuk kristalin kecil. Atom-atom karbon tersebut terikat secara kovalen dan membentuk tatanan heksagonal. Setiap karbon berikatan dengan tiga karbon yang lain dengan ikatan σ, pada orbital pz terdiri dari satu elektron dari delokalisasi ikatan π. Perbedaan ikatan pada permukaan lapisan dihubungkan oleh ikatan van der waals. Daerah kristalin memiliki ketebalan 0,7-1,1 nm. Pada kristalin tersebut terdapat 3 atau 4 lapisan atom karbon dengan kurang lebih terisi heksagon di tiap lapisannya. Rongga antara kristal-kristal karbon diisi oleh karbon-karbon yang berikatan secara tiga dimensi dengan atomatom lainnya terutama oksigen. Susunan karbon yang tidak teratur ini diselingi oleh retakanretakan dan celah yang disebut pori dan kebanyakan berbentuk silindris. Kemampuan karbon aktif mengadsorpsi ditentukan oleh struktur kimianya, yaitu atom C, H, dan O yang terikat secara kimia membentuk gugus fungsional, 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 membuat permukaan karbon aktif reaktif secara kimiawi dan mempengaruhi sifat adsorpsinya (Pujiyanto, 2010). Struktur Kimia Permukaan Karbon Aktif dapat dilihat pada Gambar 2.

5 Gambar 2 Struktur Kimia Permukaan Karbon Aktif (Mochida et al., 2006) Karbon aktif yang telah melalui proses aktivasi akan memiliki afinitas yang sangat kuat dan memiliki daya serap yang tinggi terhadap zat-zat kimia tertentu. Untuk membuat karbon aktif, maka suatu gugus karbon harus melalui proses aktivasi terlebih dahulu. Proses aktivasi akan mengakibatkan terjadinya perubahan fisik pada karbon dimana pada permukaan karbon aktif akan terbentuk pori-pori dan luas permukaan yang baru. Pembentukan pori baru terjadi karena pengikisan atom karbon yang terjadi pada proses pemanasan. 2.3 Proses pembuatan karbon aktif Proses pembuatan karbon aktif terdiri atas tiga tahapan yaitu proses persiapan, karbonisasi dan aktivasi. Proses tersebut bertujuan untuk menghasilkan pori-pori pada karbon aktif yang akan dihasilkan sehingga diperoleh karbon aktif dengan luas permukaan yang tinggi. 1. Proses Persiapan Proses persiapan terdiri atas proses pengecilan ukuran bahan baku dan pencampuran bahan baku. Proses pengecilan ukuran bahan baku jerami padi bertujuan untuk menambah luas permukaan jerami padi sehingga pencampuran antara jerami padi dan activating agent dapat berlangsung dengan lebih efektif. Setelah proses pengecilan ukuran jerami padi dilakukan proses pencampuran antara bahan baku karbon aktif dengan senyawa kimia yang akan menjadi activating agent. 2. Proses Karbonisasi Karbonisasi atau pengarangan adalah proses pemanasan bahan baku karbon aktif yang telah melalui proses dehidrasi. Proses karbonisasi ini berlangsung pada suhu 400 o C. Proses ini bertujuan

6 untuk menguraikan bahan-bahan organik yang terkandung dalam bahan baku untuk membentuk tar, asam asetat dan karbon. Penguraian unsur non karbon tersebut akan menyebabkan struktur pori-pori bahan baku menjadi berubah dan mulai terbuka. Ketika proses karbonisasi berakhir, maka material yang terbentuk adalah karbon dalam bentuk arang dengan dengan pori-pori yang sempit (Cheremisinoff, 1993). Selama karbonisasi banyak elemen non karbon, hidrogen dan oksigen diubah menjadi gas oleh dekomposisi pirolisis dari bahan mula-mula, dan atom-atom karbon bebas mengelompok dalam formasi kristalografis yang dikenal sebagai kristal grafit. Susunan kristal ini tidak beraturan, sehingga celah-celah bebas tetap ada diantaranya. Selanjutnya, hasil dari penumpukan dan dekomposisi non karbon ini mengotori atau paling sedikit memblokir karbon yang tidak terorganisasi (amorph). Bahan karbon yang demikian kemudian dapat diaktivasi dengan memanaskannya dalam aliran gas inert, atau dengan mengekstraksinya menggunakan pelarut yang sesuai, atau dengan reaksi kimia (A. Martin-Guillon, et al., 1993). Faktor-faktor yang mempengaruhi karbonisasi adalah kadar air, ketebalan bahan baku, kekerasan bahan baku, udara sekeliling dapur pembakaran (furnace), waktu pemanasan dan suhu pemanasan. Proses karbonisasi dilakukan pada suhu 400 o C agar unsur non karbon dapat terurai. Namun suhu dari proses karbonisasi ini juga harus dibatasi karena suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terbentuknya sejumlah abu yang dapat menutupi pori-pori karbon aktif sehingga akan mengurangi luas permukaan dari karbon aktif tersebut. Untuk meningkatkan daya serap karbon aktif yang terbentuk perlu dilakukan tahapan selanjutnya, yaitu proses aktivasi. 3. Proses Aktivasi Proses aktivasi merupakan proses penghilangan zat-zat hasil proses karbonisasi yang menutupi pori-pori permukaan karbon aktif. Proses eleminasi zat-zat tersebut dilakukan dengan cara proses oksidasi menggunakan oksidator lemah (CO2 dan uap air) agar atom karbon yang lain tidak turut teroksidasi. Selain itu, proses aktivasi juga dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa garam. Unsur mineral akan masuk di antara plat-plat heksagonal dan membuka permukaan yang mulamula tertutup, sehingga jumlah permukaan karbon aktif bertambah besar (Diao et al., 2002). Proses aktivasi dibedakan menjadi dua bagian, yaitu: proses aktivasi fisika dan proses aktivasi kimia. Pada aktivasi secara fisika, karbon dipanaskan pada suhu sekitar C dan dialirkan gas pengoksidasi, seperti uap air dan CO2. Proses oksidasi ini akan menghilangkan zat-zat pengotor

7 dari proses karbonisasi dan memperbesar pori-pori karbon aktif. Namun, pada suhu aktivasi yang terlalu tinggi beresiko terjadinya oksidasi lebih lanjut pada karbon sehingga merusak ikatan C-C dalam bidang lempeng heksagonal karbon yang akan menurunkan luas permukaan internal (Diao et al., 2002). Pada aktivasi kimia, karbon dicampur dengan larutan kimia yang berperan sebagai activating agent. Larutan kimia yang dipakai biasanya adalah garam dari logam alkali dan alkali tanah serta zat asam maupun basa, seperti KOH, K2CO3, NaOH, ZnCl2, H3PO4, dan H2SO4. Activating agent akan memasuki pori-pori permukaan karbon aktif yang telah terbentuk dari proses karbonisasi dan selanjutnya mengikis permukaan bagian dalam karbon aktif. Hal ini menyebabkan zat-zat hasil proses karbonisasi akan mudah terlepas sehingga meningkatkan luas permukaan karbon aktif. Selanjutnya pada penelitian ini proses aktivasi yang diterapkan adalah aktivasi kimia. Pemilihan ini didasarkan pada hasil penelitian-penelitian yang telah dilakukan dimana proses aktivasi kimia cenderung menghasilkan luas permukaan karbon aktif yang lebih luas dibandingkan dengan menggunakan proses aktivasi fisika (Stals, et all, 2013). Pada aktivasi secara kimia, karbon dipanaskan pada suhu sekitar C. Peningkatan suhu aktivasi kimia dapat menyebabkan semakin banyak activating agent yang akan masuk di antara sela-sela lapisan heksagonal arang. Selanjutnya, activating agent ini akan membuka permukaan arang yang tertutup untuk membentuk sejumlah pori-pori. Pada penelitian ini jenis activating agent yang digunakan adalah larutan K2CO3. Pemilihan K2CO3 sebagai activating agent dikarenakan larutan K2CO3 memiliki potensi untuk menghasilkan luas permukaan yang tinggi pada pembuatan karbon aktif. Pada proses aktivasi kimia ini, larutan K2CO3 akan mengikis permukaan karbon aktif sehingga membentuk pori pada karbon aktif tersebut. Pengikisan ini disebabkan oleh terjadinya reaksi antara larutan K2CO3 dengan ikatan CH- dan CH2- yang terkandung dari bahan baku karbon aktif. Mekanisme reaksi antara larutan K2CO3 dengan kandungan bahn baku karbon aktif tersebut adalah sebagai berikut (Chunlan Lu, et al., 2010): K2CO3 + -CH2- K2O + 2CO + H2 (1) K2CO3+ 2-CH- 2K + 3CO + H2 (2) K2O + -CH2-2K + CO + H2 (3) 2K2O + 2-CH- 4K + 2CO + H2 (4)

8 3. Metode Penelitian 3.1. Alat dan bahan penelitian Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada tabel 1 di bawah ini. Tabel 1. Alat yang Digunakan dalam Penelitian dan Kegunaannya Alat Kegunaan Oven Alat untuk memanaskan bahan Penyaring Mesh no.100 dan 120 Alat untuk mengecilkan dan menyamakan ukuran karbon aktif Reaktor Alat untuk proses aktivasi kimia dengan suhu tinggi Hot plate Alat untuk memanaskan bahan dan pengadukan larutan Pengaduk (magnetic stirrer) Alat untuk mengaduk larutan Beaker Glass Wadah untuk membuat larutan Timbangan Labu Erlenmeyer Alat untuk mengukur massa bahan Alat untuk membuat larutan dan proses titrasi Cawan Petri Wadah untuk menimbang Ejektor Alat untuk proses pemisahan karbon aktif dan air distilasi Spatula Alat untuk mengaduk larutan Kertas Saring Alat untuk memisahkan karbon aktif dan air distilasi Pipet Alat untuk memindahkan larutan Labu Ukur Alat untuk membuat dan menyimpan larutan ini. Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada tabel 2 di bawah Bahan Jerami Padi Larutan K2CO3 Air distilasi HCl 5N Tabel 2. Bahan yang Digunakan dalam Penelitian dan Kegunaannya Fungsi Sebagai bahan baku yang akan diproses untuk menghasilkan karbon aktif Sebagai activating agent pada proses aktivasi kimia untuk membentuk pori-pori pada permukaan arang. Sebagai bahan untuk membuat larutan dan untuk proses pencucian karbon aktif yang telah diaktivasi Sebagai bahan untuk menghilangkan zat pengotor yang mampu menutupi pori-pori pada permukaan karbon aktif sebelum proses pencucian

9 HCl 5% Gas N2 Padatan KI Padatan I2 Bahan Padatan Natrium Tio-Sulfat Padatan KIO3 Kanji Fungsi Sebagai bahan untuk menghilangkan zat pengotor yang mampu menutupi pori-pori pada permukaan karbon aktif sebelum proses titrasi Sebagai gas inert untuk menghilangkan kandungan oksigen di dalam reaktor Sebagai bahan baku larutan penguji untuk pengukuran bilangan iod Sebagai bahan baku larutan penguji untuk pengukuran bilangan iod Sebagai bahan baku larutan penguji untuk pengukuran bilangan iod Sebagai bahan baku larutan penguji untuk standarisasi larutan iodin Sebagai bahan baku larutan indikator untuk proses titrasi pada pengukuran bilangan iod 3.2 Rangkuman kegiatan penelitian Pada bab metode penelitian ini akan dibahas mengenai peralatan dan bahan yang akan digunakan, variabel penelitian, diagram alir proses penelitian, dan prosedur penelitian. Tahapantahapan yang dilakukan secara rinci dapat dilihat pada diagram alir penelitian keseluruhan (Gambar 3).

10 Persiapan alat dan bahan baku Pencampuran bahan baku dan Activating Agent pada suhu 200 o C Karbonisasi pada Suhu 400 o C Gas inert N 2 dengan laju alir =150 ml/menit Aktivasi di dalam reaktor pada suhu 700 o C, 800 o C dan 900 o C dan durasi selama 60 menit, 90 menit dan 120 menit. Pencucian dengan HCl 5N dan air distilasi Pengeringan Karakterisasi luas permukaan Gambar 3. Rangkuman kegiatan penelitian 3.3 Variabel Penelitian Berikut adalah variabel yang terkait pada penelitian ini : Variabel Bebas 1. Suhu aktivasi kimia

11 2. Lama waktu aktivasi Variabel Kontrol 1. Jenis activating agent 2. Rasio massa activating agent/massa jerami padi 3. Laju alir gas nitrogen Variabel Terikat Luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan 4. Hasil Penelitian 4.1 Yield karbonisasi Data yield arang yang diperoleh dari proses karbonisasi jerami padi dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3. Yield Arang jerami padi Massa jerami padi (gram) Massa arang (gram) Massa arang dari jerami padi (gram) Yield (%) 25 46,85 9,35 37, ,92 12,42 49, ,85 9,35 37, ,31 12,81 51, ,61 11,11 44, ,70 11,20 44, ,92 10,42 41, ,11 8,61 34, ,63 8,13 32, Yield aktivasi Data yield karbon yang diperoleh dari proses aktivasi kimia dapat dilihat pada tabel 4.

12 Tabel 4. Yield karbon aktif hasil aktivasi Sampel Suhu aktivasi Lama waktu aktivasi Yield perolehan karbon aktif 1 60 menit 85,36% o C 90 menit 82,59% menit 82,34% 4 60 menit 81,36% o C 90 menit 79,82% menit 78,52% 7 60 menit 78,49% o C 90 menit 77,90% menit 76,11% 4.3 Burn off Burn off adalah persentase pengurangan massa bahan baku jerami padi selama proses aktivasi dan pencucian hingga didapat produk karbon aktif. Nilai persentase burn off ini dapat dijadikan sebagai pendekatan secara makro untuk mengkarakterisasi hasil pembuatan karbon aktif, dimana nilai burn off yang tinggi menunjukkan bahwa volume pori akan bertambah. Perhitungan untuk mendapatkan persentasi burn off dapat dilakukan dengan persamaan (6) dan hasil perhitungan burn off pada penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 5.!!!!!!!!!!!!!!!! = 1!! 2!! 100% (6)!! 1 Tabel 5. Persentase burn off Sampel Suhu aktivasi ( o C) Lama waktu aktivasi (menit) Persentase Burn off (%) , , , ,28

13 , , , , , Bilangan iod dan luas permukaan Data bilangan iod dan luas permukaan sampel karbon aktif dapat dilihat pada Tabel 6 dan Gambar 2. Tabel 6. Bilangan iod dan luas permukaan karbon aktif Suhu aktivasi ( o C) Lama waktu (menit) Bilangan iod (mg/gr) Luas permukaan ( m 2 /gr ) Gambar 4. Hubungan suhu aktivasi dan lama waktu aktivasi terhadap luas permukaan karbon aktif

14 5. Pembahasan 5.1. Yield karbonisasi Dari tabel 3 diketahui bahwa yield arang dari jerami padi berkisar pada persentase 32-51%. Hasil ini cukup kecil dan menandakan bahwa pada proses karbonisasi, kandungan volatile matter yang terdapat pada jerami padi telah berkurang sehingga meningkatkan presentase kandungan karbon pada arang yang dihasilkan Yield aktivasi Berdasarkan tabel 4 diketahui terjadi pengurangan massa arang yang diaktivasi secara kimia. Pengurangan ini merepresentasikan hasil reaksi antara karbon dan activating agent. Semakin kecil persentase yield karbon aktif yang diperoleh maka semakin banyak pula jumlah zat dari reaksi yang dihasilkan. Pada reaksi tersebut dihasilkan sejumlah gas CO dan H2 yang selanjutnya mengalir meninggalkan reaktor sementara zat padatan hasil reaksi masih menempel pada arang aktif hasil aktivasi kimia. Dari tabel 4, kenaikan suhu aktivasi menyebabkan penurunan yield arang aktif yang dihasilkan. Berdasarkan azas Le Chatelier, kenaikan suhu menyebabkan reaksi bergeser ke arah endoterm atau ke kanan sehingga semakin banyak produk yang dihasilkan dan semakin banyak reaktan yang bereaksi. Hal ini menyebabkan semakin tinggi suhu aktivasi maka semakin banyak pengurangan reaktan yang terjadi. Kenaikan lama waktu aktivasi juga menyebabkan penurunan yield arang aktif yang dihasilkan. Hal ini disebabkan oleh semakin lama terjadinya proses aktivasi kimia maka semakin lama reaksi kimia yang berlangsung dan semakin banyak pula reaktan yang bereaksi sehingga terjadi penurunan hasil karbon aktif yang dihasilkan Burn off Berdasarkan tabel 5, persentase burn off untuk sampel karbon aktif dari jerami padi berkisar pada 66,60-85,08%. Nilai persentase ini merepresentasikan hasil penguapan zat volatile, hasil penghilangan abu dan hasil reaksi antara karbon dengan activating agent K2CO3 selama proses karbonisasi dan aktivasi. Analisis proximate pada bab sebelumnya menunjukkan presentase zat volatile yang terkandung pada jerami padi adalah sebesar 65,47% sementara kandungan abu dan fixed carbon pada jerami padi adalah sebesar 15,86% dan 18,67%. Karbon aktif berbahan baku jerami padi yang lebih optimal adalah karbon aktif yang memiliki nilai persentase burn off lebih besar dari 81,33% (jumlah dari persentase zat volatile dan abu pada jerami padi). Sampel 1 hingga

15 sampel 8 memiliki nilai persentase burn off yang lebih kecil dari 81,33% sehingga dapat dikatakan bahwa pada sampel 1 hingga sampel 8 masih mengandung zat volatile dan abu yang dapat menutupi pori-pori permukaan karbon aktif. Sementara untuk sampel 9 dengan nilai persentase burn off yang lebih besar dari 81,33% menunjukkan bahwa telah terjadi penngurangan zat volatile dan abu yang cukup besar selama proses karbonisasi dan aktivasi. Namun, masih belum dapat disimpulkan bahwa sampel 9 telah terbebas dari zat volatile dan abu sepenuhnya karena pengurangan signifikan ini dapat juga dikontribusikan oleh berkurangnya fixed carbon yang disebabkan oleh aktivasi dengan suhu tinggi dan lama waktu yang lama. Tabel 5 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu aktivasi maka semakin tinggi pula persentase burn off. Hal ini menunjukkan semakin tinggi suhu aktivasi maka semakin banyak pula pori-pori yang terbentuk pada permukaan karbon aktif yang disebabkan oleh penguapan zat volatile dan meningkatnya intensitas pengikisan permukaan karbon aktif dari reaksi yang melibatkan activating agent. Hal yang sama terjadi pula pada peningkatan lama waktu aktivasi. Peningkatan lama waktu ini meningkatkan intensitas reaksi yang terjadi sehingga semakin banyak pula poripori ayng dapat terbentuk. Oleh karena itu peningkatan persentase burn off dapat merepresentasikan karbon aktif yang berpotensi memiliki luas permukaan yang tinggi Bilangan iod dan luas permukaan Gambar 4 menunjukkan hubungan suhu aktivasi dan lama waktu aktivasi terhadap luas permukaan karbon aktif. Dari grafik pada Gambar 4 terlihat bahwa untuk setiap variasi suhu aktivasi dengan lama waktu waktu yang sama terjadi kenaikan bilangan iod yang cukup signifikan yang berarti bahwa luas permukaan karbon aktif juga semakin besar seiring dengan meningkatnya suhu aktivasi. Hal ini terjadi karena peningkatan suhu menyebabkan semakin banyak zat volatile yang mengalami penguapan serta semakin banyak bagian arang dengan rantai CH dan CH2 yang bereaksi dengan activating agent K2CO3 karena kesetimbangan yang bergeser ke arah kanan atau ke arah produk. Reaksi ini mengakibatkan pembentukan micropores pada karbon juga meningkat sehingga luas permukaan karbon aktif yang direpresentasikan dengan bilangan iod akan semakin besar. Diketahui bahwa suhu lebur dari K2CO3 adalah pada suhu 891 o C. Peningkatan suhu aktivasi menyebabkan semakin banyak jumlah K2CO3 yang melebur dan meresap pada arang yang akan diaktivasi sehingga semakin banyak jumlah K2CO3 yang akan masuk di antara sela-sela lapisan heksagonal arang dan selanjutnya mengikis pori-pori pada permukaan arang yang diaktivasi. Hal

16 ini menyebabkan sampel karbon aktif yang diaktivasi pada suhu 900 o C memiliki luas permukaan tertinggi dibandingkan dengan sampel karbon aktif yang diaktivasi pada suhu yang lebih rendah. Dari gambar 2 juga dapat dilihat bahwa untuk setiap variasi lama waktu aktivasi sebesar 60 menit, 90 menit, dan 120 menit untuk suhu aktivasi yang sama (kecuali pada sampel karbon aktif suhu aktivasi 900oC dan lama waktu aktivasi selama 120 menit), terjadi kenaikan bilangan iod yang juga berarti terjadi peningkatan luas permukaan karbon aktif dengan meningkatnya lama waktu aktivasi. Namun, kenaikan bilangan iod dengan adanya peningkatan dari lama waktu aktivasi ini tidak sesignifikan kenaikan bilangan iod pada peningkatan suhu aktivasi. Meningkatnya luas permukaan pada peningkatan lama waktu aktivasi terjadi karena lama waktu aktivasi yang semakin lama mengakibatkan intensitas proses interaksi antara arang dengan activating agent K2CO3 semakin meningkat sehingga semakin banyak bagian arang dengan rantai CH dan CH2 yang bereaksi dengan activating agent K2CO3. Reaksi ini mengakibatkan pembentukan micropores maupun mesopores pada karbon juga meningkat sehingga luas permukaan karbon aktif akan semakin besar. Data luas permukaan karbon aktif dari tabel 6 menunjukkan bahwa sampel karbon aktif suhu aktivasi 900 o C dan lama waktu aktivasi selama 120 menit menghasilkan luas permukaan sebesar 700 m 2 /gr. Luas permukaan ini lebih rendah dibandingkan luas permukaan dari sampel karbon aktif suhu aktivasi 900 o C dan lama waktu aktivasi selama 90 menit. Hal ini dapat terjadi karena proses reaksi antara arang dengan rantai CH dan CH2 dengan activating agent K2CO3 berlangsung terlalu lama pada suhu yang tinggi sehingga struktur pori-pori karbon dikhawatirkan akan rusak ketika proses aktivasi berlangsung. Hal ini dikarenakan pada suhu aktivasi yang terlalu tinggi beresiko terjadinya oksidasi lebih lanjut pada karbon sehingga merusak ikatan C-C dalam bidang lempeng heksagonal karbon yang akan menurunkan luas permukaan internal (Diao et al., 2002). Selain itu, aktivasi yang berlangsung terlalu lama pada suhu yang tinggi menyebabkan meningkatnya pembentukan mesopores dari micropores-micropores yang telah terbentuk sebelumnya. Pembentukan mesopores yang memiliki ukuran lebih besar ini akan mengurangi luas permukaan dari pori-pori karbon aktif. Selanjutnya, seluruh sampel karbon aktif yang telah diperoleh dari penelitian dikomparasikan dengan Standar Industri Indonesia (SII) Departemen Perindustrian Republik Indonesia untuk karbon aktif. Menurut SII, karbon aktif yang baik mempunyai persyaratan untuk daya serap terhadap iodine minimal 750 mg/gram. Dari persyaratan ini, diketahui bahwa sampel karbon aktif

17 hasil aktivasi pada suhu 900 o C dan lama waktu 90 menit mampu menghasilkan karbon aktif yang baik karena memiliki bilangan iod sebesar 813 mg/gr. 6. KESIMPULAN Dari hasil penelitian pembuatan karbon aktif dengan bahan baku jerami padi dengan aktivasi kimia menggunakan K2CO3 sebagai activating agent, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Karbon aktif dari jerami padi mampu menghasilkan luas sebesar m 2 /g. Hasil ini dicapai dari proses aktivasi dengan waktu aktivasi pada suhu 900 o C selama 90 menit. 2. Lama waktu aktivasi berpengaruh terhadap luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Semakin lama waktu aktivasi, luas permukaan karbon aktif. Untuk waktu aktivasi selama 60 menit, luas permukaan tertinggi ialah 725 m 2 /g dan untuk waktu aktivasi selama 90 menit, permukaan tertinggi ialah m 2 /g. 3. Suhu aktivasi berpengaruh terhadap luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Semakin tinggi suhu aktivasi, luas permukaan karbon aktif semakin besar. Untuk aktivasi pada suhu 700 o C, luas permukaan tertinggi ialah 401 m 2 /g, untuk aktivasi pada suhu 800 o C, luas permukaan tertinggi ialah 695 m 2 /g dan untuk aktivasi pada suhu 900 o C, luas permukaan tertinggi ialah m 2 /g 7. SARAN Dari hasil penelitian pembuatan karbon aktif dengan bahan baku jerami padi dengan aktivasi kimia menggunakan K2CO3 sebagai activating agent, maka terdapat saran-saran sebagai berikut untuk penelitian selanjutnya: 1. Melakukan pembuatan karbon aktif dengan variasi suhu waktu aktivasi 1.000oC selama 60 menit dan 90 menit. 2. Melakukan pembuatan karbon aktif dengan variasi laju alir gas N2 hingga ml/menit. 3. Melakukan uji analisis struktur permukaan dengan SEM agar perubahan struktur pori pada bahan baku sebelum dan sesudah di aktivasi dapat diketahui. 8. DAFTAR PUSTAKA A. Martin-Guillon, et al., Carbon. 31:1099. ASTM D Standard Test Method for Determination of Iodine Number of Activated Carbon

18 Chen. et al., Activated carbon powders from wool fibers. Cheremisinoff, P. N., Cheremisinoff, N. P Water Treatment and Waste Recovery. New Jersey: Prentice hall, Englewood Cliffs. Diao YL, Walawender WP, Fan LT Activated Carbons Prepared from Phosphoric Acid Activation of Grain Sorghum. Bioresource Technology. 81: Fierro V., Muniz G., Basta A.H., El-Saied H., Celzard A., Rice straw as precursor of activated carbons: Activation with ortho-phosporic acid. Egypt. Kim and Dale Global potential bioethanol production from wasted crops and crop residues. Michigan. Makarim. A. Karim Sumarno, Suyamto, Jerami Padi Pengelolaan dan Pemanfaatan. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian: Bogor. Manocha Satish Porous Carbons. Marsh Harry and Rodriguez-Reinoso F Activated Carbon. Elsevier Science & Technology Books. Oh and Park Preparation and Characteristics of Rice Straw Based Porous Carbons with High Adsorption Capacity. Seoul. Pujiyanto Pembuatan Karbon Aktif Super dari Batubara dan Tempurung Kelapa. Depok, Departemen Teknik Kimia FTUI. Robau-Sanchez A., A. Aguilar-Elguezabal, J. Aguilar-Pliego, Chemical activation of Quercus agrifolia char using KOH: Evidence of cyanide presence, Microporous and mesoporous materials 85 (2005) S. Meilita & S. Tuti Arang Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya). Sen, D Reference Book on Chemical Engineering vol.1. New Delhi: New Age International Publisher. Sembiring, M. T. dan Sinaga, T. S Arang Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya). Stals Mark, Vandewijngaarden Jens, Wrobel-Iwaniec Iwona, Gryglewicz Grazyna, Carleer Robert, Schreurs Sonja, Yperman Jan, Characterization of activated carbons derived. Diepenbeek.