PEMANFAATAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT UNTUK PRODUKSI KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI KIMIA

Transkripsi

1 PEMANFAATAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT UNTUK PRODUKSI KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI KIMIA Firdhauzi Kusuma Rachmani 1, Mahmud Sudibandriyo 2 1. Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia firdhauzi@gmail.com Abstrak Adsorpsi dapat digunakan untuk menangani permasalahan limbah industri di Indonesia. Karbon aktif merupakan adsorben yang sangat baik untuk proses adsorpsi. Hasil uji analisis ultimate menunjukkan tandan kosong kelapa sawit mengandung 48,79% karbon, sehingga memiliki potensi sebagai bahan baku karbon aktif. Pembuatan karbon aktif berbahan baku tandan kosong kelapa sawit telah dilakukan dengan activating KOH di bawah aliran nitrogen murni selama 15 menit dan menghasilkan luas area 807,54 m! /gram (Foo dan Hameed, 2010). Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan yang lebih besar dari 807,54 m! /gram dengan variasi activating yang digunakan dan waktu, sehingga akan diketahui kombinasi activating dan waktu terbaik terhadap pembentukan luas permukaan karbon aktif. Activating yang akan digunakan adalah H! SO!, HNO!, K! CO!, NaOH, dan ZnCl! sedangkan waktu yang digunakan adalah menit dan menit. Aktivasi dilakukan pada suhu 700 dengan mengalirkan gas N! dengan laju 300 ml/menit. Kata kunci: Adsorben, karbon aktif, tandan kosong kelapa sawit, luas permukaan, activating. 1. Pendahuluan Peningkatan sektor industri Indonesia merupakan hal yang sangat baik bagi bangsa Indonesia. Namun, seiring dengan meningkatnya sektor perindustrian kebutuhan energi di Indonesia juga terus meningkat. Sehingga, bangsa ini dituntut untuk dapat mengantisipasi dan memenuhi kebutuhan energi. Baik secara langsung maupun tidak, hal ini memberikan dampak negatif berupa semakin banyak limbah yang dihasilkan dan dapat membahayakan lingkungan. Salah satu metode yang dapat mengatasi permasalahan limbah adalah metode adsorpsi. Pada metode adsorpsi, komponen penting yang mempengaruhi penyerapan adalah adsorben yang baik. Salah satu yang dapat menjadi adsorben yang baik adalah karbon aktif. Karbon aktif adalah karbon yang telah diproses sedemikian rupa sehingga memiliki pori-pori terbuka yang dapat menghasilkan daya adsorpsi yang tinggi. Semakin banyak karbon yang dikandung, akan semakin luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan dan daya adsorpsi karbon aktif akan semakin baik. Luas permukaan yang disarankan untuk kemampuan adsorpsi yang baik adalah 300 hingga 2000 m! /g (Krueger, 2010). Permintaan dunia terhadap karbon aktif cukup besar, yaitu mencapai ton pada tahun Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, telah banyak dilakukan produksi karbon aktif. Selama ini kebanyakan karbon aktif diproduksi dari batu bara, karena mampu menghasilkan permukaan karbon aktif yang luas dan daya adsorpsi yang tinggi. Batu bara yang digunakan sebagai bahan baku dicampur dengan larutan KOH yang berfungsi sebagai activating lalu karbon di di bawah aliran gas nitrogen. Proses ini menghasilkan karbon aktif yang memiliki luas permukaan sebesar 854,2 m! /gram (Sudibandriyo, 2008). Batu bara sebagai bahan baku karbon aktif memiliki harga yang cukup tinggi, yaitu USD per ton (Kementrian ESDM, 2013). Tingginya harga batu bara menyebabkan biaya produksi dan harga jual karbon aktif menjadi tinggi. Untuk itu, dikembangkanlah produksi karbon aktif dari bahan-bahan yang relatif lebih murah harganya. Salah satu alternatif bahan baku adalah limbah industri kelapa sawit. Menurut data yang dikeluarkan Badan Pusat Statistik pada 2012, produksi kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2011 mencapai ton. Laju produksi kelapa sawit yang tinggi ini mengakibatkan pabrik kelapa sawit menghasilkan banyak limbah, baik dalam bentuk padat maupun cair. Pada 2011, jumlah limbah tandan kosong kelapa sawit mencapai ,53 ton (Indriyati, 2012). Hasil uji analisis ultimate biomassa menunjukkan bahwa tandan kosong kelapa sawit mengandung 48,79% karbon. Karena memiliki kandungan karbon yang cukup tinggi, sebenarnya tandan kelapa sawit merupakan bahan yang 1

2 potensial apabila ingin dimanfaatkan sebagai bahan baku karbon aktif. Pembuatan karbon aktif berbahan baku tandan kosong kelapa sawit telah dilakukan dengan menggunakan activating KOH di bawah aliran nitrogen murni selama 15 menit. Hasil yang diperoleh adalah karbon aktif yang memiliki luas permukaan 807,54 m! /gram (Foo dan Hameed, 2010). Hasil ini menunjukkan bahwa dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki kualitas setara karbon aktif berbahan baku batu bara dengan menggunakan tandan kelapa sawit. Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan yang baik dengan bahan baku tandan kosong kelapa sawit melalui variasi activating dan variasi waktu yang digunakan. Dari keberhasilan penelitian terdahulu dengan menggunakan bahan baku tandan kosong kelapa sawit dan activating KOH, diharapkan penelitian ini akan menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan yang lebih besar dari 807,54 m 2 /g. Activating yang akan digunakan di dalam penelitian ini adalah K! CO!, ZnCl!, NaOH, HNO!, dan H! SO! sedangkan waktu yang digunakan divariasikan dan menit. Aktivasi dilakukan pada suhu 700 di bawah aliran gas N! dengan laju alir 300 ml/menit. 2. Metode Penelitian 2.1. Diagram Alir Penelitian Pembuatan karbon aktif terdiri dari beberapa tahapan yang harus dilakukan yang dapat dilihat pada diagram alir penelitian secara keseluruhan sebagai berikut: Gambar 2.1 Diagram Alir Penelitian Seperti terlihat pada diagram alir di atas, variasi yang dilakukan yaitu activating dan waktu Prosedur Penelitian Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari persiapan bahan baku, karbonisasi,, pencucian, dan pengeringan. Proses karbon aktif dilakukan dengan menggunakan reaktor kimia dengan mengalirkan gas N! sebagai gas inert. Berikut skema rancangan reaktor dapat dilihat pada gambar di bawah ini: Gambar Skema Reaktor untuk Aktivasi Berikut adalah prosedur pembuatan karbon aktif: 1. Tandan kosong kelapa sawit terlebih dahulu dicacah hingga menjadi potongan-potongan kecil. 2. Larutan K! CO! dicampurkan dengan bahan baku dengan perbandingan massa bahan baku : massa K! CO! = 1:1,5. 3. Melakukan karbonisasi bahan baku yang telah dicampur K! CO! pada suhu 100 selama 1 jam sambil melakukan pengadukan. 4. Melanjutkan dengan karbonisasi pada suhu 400 selama 4 jam tanpa pengadukan. 5. Hasil karbonisasi dimasukkan ke dalam reaktor, lalu dilakukan dengan aliran gas N! dengan laju 300 ml/menit hingga reaktor mencapai suhu Setelah mencapai 700, reaktor didiamkan selama dan menit. 7. Melakukan pendinginan hingga suhu reaktor mencapai Sampel dikeluarkan dari reaktor dan disusi dengan larutan HCl 5N. 9. Pencucian berikutnya dilakukan menggunakan aquadest hingga ph karbon aktif mencapai Sampel di keringkan pada suhu. Pembuatan menggunakan activating lainnya memiliki prosedur yang berbeda dari prosedur di atas untuk tahap karbonisasi dan pencampuran bahan baku dengan activating (tahap kedua hingga keempat), yaitu: 1. Melakukan karbonisasi bahan baku pada suhu 400 selama 4 jam. 2. Mencampurkan 25 gram arang dengan activating dengan perbandingan massa arang : massa activating = 1:1,5. 2

3 3. Mengaduk campuran kemudian membiarkannya selama 1 jam. 4. Mengeringkan campuran pada suhu 100 selama 1 jam Karakterisasi Produk Setelah karbon aktif diperoleh, sampel dikarakterisasi dengan metode bilangan iod dengan prosedur sebagai berikut: 1. Mencampurkan 0,5 gram sampel yang telah disaring dengan penyaring berukuran 140 mesh dengan 50 ml larutan iodin dalam labu erlenmeyer. 2. Memasukkan magnetic stirrer dan memasang aluminium foil menutupi mulut labu. 3. Menyalakan hot plate. Pengadukan dilakukan selama 15 menit. 4. Memisahkan larutan iodin dengan karbon aktif menggunakan penyaring. 5. Menitrasi 10 ml larutan iodin dengan natrium tiosulfat. 6. Meneteskan larutan kanji 10% sebanyak 2 ml pada larutan setelah warna larutan berubah kuning. 7. Melanjutkan titrasi hingga warna larutan menjadi bening. 3. Hasil dan Pembahasan Setelah diperoleh hasil berupa volume natrium tiosulfat yang diperlukan untuk titrasi, kemudian dilakukan perhitungan bilangan iod. Dari bilangan iod yang terserap, dapat dihitung luas permukaan karbon aktif dengan pendekatan 3.1. Hasil Proses Karbonisasi Tujuan dari proses karbonisasi adalah untuk mendapatkan karbon dari tandan kosong kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan baku. Proses karbonisasi dilakukan setelah tandan kosong kelapa sawit telah terlebih dahulu dihaluskan. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk pemerataan proses karbonisasi. Jika tandan kosong kelapa sawit sudah dihaluskan terlebih dahulu maka luas permukaan yang terkena panas akan semakin besar sehingga proses karbonisasi akan lebih merata. Hasil dari proses karbonisasi ditunjukkan pada Tabel 3.1 dan Tabel Hasil Proses Aktivasi Pada proses, terjadi tiga buah proses dalam upaya pengembangan pori-pori yaitu (1) membuka pori-pori yang sebelumnya tidak dapat dimasuki, (2) membentuk pori-pori baru, dan (3) melebarkan pori-pori yang sudah ada (Guo, 2009). Hasil dari proses dapat dilihat pada Tabel 3.3. Pada Tabel 3.3 dapat dilihat bahwa massa yang keluar dari reaktor lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah masukannya. Besarnya massa yang berkurang ini menunjukkan massa air yang menguap yang berasal dari air yang digunakan sebagai pelarut activating dan menguapnya senyawa-senyawa volatile yang kemungkinan masih ada dalam bahan baku. Selain itu, pengurangan massa ini juga disebabkan oleh reaksi yang terjadi antara arang aktif dengan gas N! yang menyebabkan pengikisan pada arang. Jika membandingkan massa keluar reaktor atau massa setelah proses menggunakan activating K! CO!, ZnCl!, dan NaOH dengan massa bahan baku tandan kosong kelapa sawit dan arang yang digunakan (25 gram tandan kosong kelapa sawit dan 25 gram arang), dapat dilihat bahwa terjadi penambahan massa. Penambahan massa ini disebabkan karena karbon aktif yang dihasilkan masih mengandung sisa activating. Pada proses terjadi reaksi antara activating dengan arang sehingga setelah keluar dari reaktor terjadi pengurangan massa dari total massa arang dan activating yang masuk ke dalam reaktor. Reaksi tersebut menyebabkan pelebaran poripori yang sudah terbentuk saat karbonisasi, pembentukan pori-pori baru, dan membuka pori-pori yang sebelumnya hanya berupa rekahan kecil saja. yang hilang merupakan bagian dari bahan baku yang terkikis saat proses pembukaan ataupun pembentukan pori-pori berlangsung. Semakin banyak massa yang hilang menunjukan bahwa semakin banyak reaksi yang terjadi. Jika reaksi yang terjadi semakin banyak, pori-pori yang terbentuk juga semakin banyak. Pori-pori inilah yang akan menentukan luas permukaan karbon aktif. Namun, jika massa yang berkurang terlalu banyak, besar kemungkinan reaksi yang berlangsung terlalu banyak dan ada kemungkinan bahwa pori-pori yang terbentuk menjadi rusak sehingga reaksi yang terjadi akan menghabiskan karbon yang ada. Hal tersebut dapat menghasilkan luas permukaan yang rendah pada karbon aktif. Terlihat pada Tabel 3.3 bahwa persentase kehilangan massa pada karbon aktif berbahan baku tandan kosong kelapa sawit berbeda-beda untuk setiap activating yang digunakan. Persen kehilangan massa yang paling besar terjadi pada proses menggunakan activating H! SO! dan HNO!. Artinya, terjadi reaksi yang berlebihan antara activating dengan arang. Hal ini dikhawatirkan dapat merusak struktur pori pada karbon aktif. Reaksi yang berlebihan dapat menyebabkan pori-pori yang terbentuk menjadi terlalu besar, sehingga luas permukaan yang dihasilkan menjadi rendah. Hal yang berbeda terlihat pada menggunakan K! CO!, ZnCl!, dan NaOH. Jumlah massa yang hilang pada menggunakan ketiga activating tersebut tidak terlalu besar. Hal ini menandakan bahwa tidak terjadi reaksi yang berlebihan saat proses berlangsung. 3

4 Activating K 2 CO 3 Activating Tabel 3.1 Hasil Karbonisasi Menggunakan Activating Agent K 2 CO 3 pelarut activating setelah TKKS activating total karbonisasi % Kehilangan massa 25 37,5 33,48 95,98 48,80 49, ,5 33,48 95,98 50,04 47,86 Tabel 3.2 Hasil Pencampuran Arang Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Activating Agent ZnCl!, NaOH, H! SO!, dan HNO! pelarut activating yang arang activating total terbentuk ZnCl 2 NaOH H 2 SO 4 HNO 3 Activating K 2 CO 3 ZnCl 2 NaOH H 2 SO 4 HNO 3 % Kehilangan massa 25 37,5 4,32 66,82 45,48 31, ,5 4,32 66,82 44,09 34, ,5 33,78 96,28 47,03 51, ,5 33,78 96,28 46,45 51, ,5 miscible 62,5 15,00 76, ,5 miscible 62,5 15,06 75, ,5 miscible 62,5 21,22 66, ,5 miscible 62,5 22,89 63,38 Tabel 3.3 Karbon Sebelum dan Sesudah Proses Aktivasi Waktu (menit) setelah karbonisasi masuk reaktor keluar reaktor % Yield % Kehilangan massa ketika 48,80 48,80 34,83 71,37 28,63 50,04 50,04 36,86 73,66 26,34 45,48 45,48 35,34 77,70 22,30 44,09 44,09 33,55 76,09 23,91 47,03 47,03 37,98 80,76 19,24 46,45 46,45 33,44 71,99 28,01 15,00 15,00 3,87 25,80 74,20 15,06 15,06 3,69 24,50 75,50 21,22 21,22 8,11 38,22 61,78 22,89 22,89 6,45 28,18 71,82 Dari tabel di atas juga dapat dilihat bahwa lamanya waktu tidak begitu mempengaruhi yield yang diperoleh, kecuali pada yang menggunakan NaOH dan HNO!. Pada menggunakan activating NaOH dan HNO! terjadi selisih yang cukup signifikan yaitu sebesar pada dan menit, yaitu selisih sebesar 8,77% untuk menggunakan NaOH dan sebesar 10,04% untuk menggunakan HNO!. Aktivasi menggunakan activating K! CO!, ZnCl!, dan H! SO! tidak terjadi perbedaan perolehan yield yang signifikan pada dan menit. Hal ini dikarenakan pada menit reaksi telah mengalami kejenuhan sehingga ketika waktu ditambahkan hingga menit tidak ada perbedaan yang berarti ditinjau dari hasil yang diperoleh setelah. 3.3 Hasil Proses Pencucian dan Pengeringan Proses pencucian karbon aktif dilakukan untuk menghilangkan pengotor seperti sisa activating serta hasil reaksi sampingan antara activating dan karbon. Karbon aktif yang telah dicuci kemudian dikeringkan. Hasil pencucian dan pengeringan karbon aktif dapat dilihat pada Tabel

5 Tabel 3.4 Hasil Proses Pencucian dan Pengeringan Activating K 2 CO 3 ZnCl 2 NaOH H 2 SO 4 HNO 3 Waktu (menit) keluar reaktor setelah dicuci yang hilang % Perolehan karbon aktif 34,83 3,67 31,16 10,54 36,86 4,55 32,31 12,34 35,34 4,57 30,77 12,93 33,55 4,97 29,58 14,81 46,46 8,72 29,26 22,96 33,44 11,80 21,64 35,29 3,87 3,19 0,68 82,43 3,69 3,01 0,68 81,57 8,11 3,73 4,38 45,99 6,45 5,41 1,04 83,88 yang hilang ketika proses pencucian dan pengeringan selesai dilakukan adalah massa dari pengotor-pengotor yang terdapat pada karbon aktif. Semakin banyak massa yang hilang berarti semakin banyak pula kandungan pengotor pada karbon aktif. Pada karbon aktif menggunakan K 2 CO 3, ZnCl 2, dan H 2 SO 4 tidak terdapat perbedaan yang berarti pada perolehan karbon aktif setelah proses pencucian dan pengeringan. Hal ini berkaitan dengan pembahasan sebelumnya bahwa ketika dilakukan selama menit telah terjadi kejenuhan sehingga perolehan karbon aktif tidak jauh berbeda antara menit dan menit. Karena kejenuhan ini pulalah jumlah pengotor yang terdapat pada karbon juga tidak jauh berbeda karena jumlah reaksi yang juga tidak jauh berbeda. Jika reaksi pada selama menit dan menit tidak memiliki perbedaan dari segi banyaknya reaksi, karbon aktif yang diperoleh dari K 2 CO 3, ZnCl 2, dan H 2 SO 4 akan memiliki luas permukaan yang tidak jauh berbeda. Artinya, untuk menggunakan K 2 CO 3, ZnCl 2, dan H 2 SO 4 waktu tidak akan mempengaruhi luas permukaan karbon aktif. Dari persentase perolehan karbon aktif dapat dilihat bahwa karbon aktif hasil menggunakan H! SO! memiliki persentase perolehan tertinggi yakni di atas 80%, yang artinya ketika dikeliarkan dari reaktor hanya terdapat 20% pengotor yang tersisa. Namun, perolehan karbon aktif dari hasil menggunakan H! SO! tidak cukup baik karena hanya menghasilkan 3 gram bahan baku. Dari dua hal yang teramati ini diketahui bahwa sedikit pengotor yang terdapat dalam karbon aktif, karena sebagian besar activating telah habis bereaksi dengan arang tandan kosong kelapa sawit sehingga mengakibatkan pengurangan massa arang yang cukup besar dan karbon aktif yang dihasilkan akan memiliki luas permukaan yang rendah. Selisih perolehan karbon aktif yang signifikan diperoleh dari proses karbon aktif menggunakan NaOH selama dan menit serta dengan menggunakan HNO 3. Karbon aktif hasil menggunakan activating NaOH selama menit memiliki pengotor yang lebih banyak dari pada selama menit. Hal ini dikarenakan pada selama menit belum tercapai kondisi reaksi yang optimum sehingga masih banyak activating beserta kandungan volatile lainnya yang belum hilang. Aktvasi karbon aktif menggunakan activating HNO 3 juga menghasilkan persentase perolehan karbon aktif yang tinggi dan selisih yang signifikan untuk selama dan menit. Pada selama menit, diperoleh hasil bahwa lebih banyak massa yang hilang, yang berarti lebih banyak pengotor yang terdapat di dalam karbon aktif jika dibandingkan dengan selama menit. Semakin sedikit pengotor, semakin banyak reaksi yang terjadi di mana reaksi tersebut akan menghabiskan activating untuk bereaksi dengan arang. Karbon aktif yang telah dicuci dan dikeringkan kemudian dihaluskan dan disaring menggunakan penyaring berukuran 140 mesh. Proses penghalusan dan penyaringan ini dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan ukuran karbon aktif yang seragam. Setelah itu, karakterisasi luas permukaan karbon aktif dilakukan dengan metode bilangan iod. 3.4 Karakterisasi Luas Permukaan Karbon Aktif Penelitian yang dilakukan oleh Wang (2008) menunjukkan bahwa luas permukaan karbon aktif yang dikarakterisasi menggunakan metode BET dan bilangan iod tidak jauh berbeda, sehingga metode bilangan iod dapat merepresentasikan luas permukaan karbon aktif. Tabel 3.5 menunjukkan hasil karakterisasi yang dilakukan Wang menggunakan metode BET dan bilangan iod. 5

6 Tabel 3.5 Perbandingan Luas Permukaan Karbon Aktif dengan BET dan Bilangan Iod BET Bilanga Judul Hasil (! Penelitian! / n Iod!) (mg/g) Effect of Manufacturin g Conditions on the Adsorption Capacity of Heavy Metal Ions by Makino Bamboo Charcoal [Wang, 2008] Karbon aktif dengan menggunaka n CO2 (laju alir = 400 ml/menit) pada suhu 900 C selama 2 jam. 594, 3 538,9 Hasil luas permukaan karbon aktif pada Tabel 3.6 membuktikan bahwa jenis activating mempengaruhi luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan kandungan dari bahan baku karbon aktif yang digunakan, yaitu tandan kosong kelapa sawit. Tandan kosong kelapa sawit mengandung 59.7% selulosa, 22.1% Hemiselulosa, dan 18.1% Lignin. Menurut penelitian yang telah dilakukan, dalam pembuatan karbon aktif dengan kimia, activating yang lebih baik digunakan untuk material lignoselulosic ialah activating yang bersifat asam seperti ZnCl 2 dan H 3 PO 4 (Hsu and Teng, 2000). Hal ini dikarenakan pada material lignoselulosic memiliki kandungan oksigen yang tinggi dan activating yang bersifat asam tersebut bereaksi dengan gugus fungsi yang mengandung oksigen. Sementara itu, activating yang bersifat basa lebih dapat bereaksi dengan karbon (Wang, 2010), sehingga bahan baku yang memiliki kandungan karbon yang tinggi lebih baik menggunakan activating NaOH dan K! CO!. Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan luas permukaan karbon aktif yang paling besar diperoleh dari menggunakan activating ZnCl 2, yang merupakan activating yang bersifat asam. Tetapi, karbon aktif yang di menggunakan activating H! SO! dan HNO! selama menit memiliki luas permukaan yang lebih rendah dari pada karbon aktif yang di menggunakan NaOH selama menit. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan antara penelitian yang dilakukan dengan penelitian Wang. Pada penelitian ini, tandan kosong kelapa sawit dikarbonisasi terlebih dahulu hingga kandungan volatile matter, termasuk kandungan lignin, hilang dan diperoleh kandungan karbon yang lebih banyak. Activating yang bersifat basa lebih dapat bereaksi dengan karbon (Wang, 2010), sehingga bahan baku yang memiliki kandungan karbon yang tinggi lebih baik menggunakan activating NaOH. Selain itu, rendahnya hasil yang diperoleh dari menggunakan H! SO! dan HNO! juga disebabkan reaksi berlebih yang terjadi antara activating dengan arang pada suhu tinggi. Semakin banyak reaksi yang terjadi, semakin banyak kehilangan massa yang terjadi akibat semakin besarnya pori-pori yang terbentuk. Hal ini tidak menambah luas permukaan pori-pori, tetapi menghancurkan pori-pori yang sudah terbentuk. H! SO! yang digunakan pada saat akan berimpregasi dengan partikel prekusor. Senyawa ini akan membatasi pembentukan cairan di dalam partikel dan menghambat penyusutan partikel serta volume kontrasi yang dapat mengganggu pembentukan poripori pada permukaan karbon aktif. Pada suhu di atas 300, H! SO! akan terdekomposisi. Uap air yang terbentuk akan membakar karbon yang terdapat pada partikel prekursor melalui proses gasifikasi untuk membentuk pori-pori. (Guo, 2005). Activating yang digunakan memiliki konsentrasi yang sangat tinggi, karena pada penelitian ini digunakan H! SO! pekat. Konsentrasi yang tinggi ini juga ikut menyebabkan penurunan luas permukaan. Hal ini disebabkan kelebihan uap air yang dilepaskan oleh dehidrasi H! SO! yang mengakibatkan terjadi gasifikasi berlebih. Gasifikasi berlebih ini menyebabkan mikroposi yang terbentuk melebar dan membentuk mesopori dan makropori, sehingga mempengaruhi luas permukaan yang dihasilkan. Karena menggunakan H! SO! pekat yang berkonsentrasi tinggi, pada menit belum terjadi reaksi dekomposisi secara menyeluruh, sehingga ketika durasi ditingkatkan menjadi menit masih terjadi reaksi dekomposisi. Akibatnya, semakin banyak uap air yang terbentuk dari reaksi dekomposisi yang kemudian akan membakar karbon dalam jumlah yang lebih banyak. Pembakaran yang berlebihan ini mengakibatkan struktur karbon menjadi rusak sehingga terjadi pengurangan massa secara berlebihan dan luas permukaan karbon aktif menjadi rendah. Ketika menggunakan activating HNO!,reaksi yang berlebihan juga terjadi sehingga menyebabkan penurunan luas permukaan yang diperoleh. Oksidasi yang disebabkan oleh HNO! menghasilkan NO! pada struktur prekusor yang jumlahnya akan semakin banyak jika konsentrasi HNO! semakin besar. Karena digunakan HNO! pekat, semakin banyak NO! yang terbentuk dan berdifusi ke dalam struktur permukaan karbon aktif. Peristiwa difusi ini meningkatkan tekanan di dalam permukaan karbon aktif sehingga terjadi rekahan yang kemudian membentuk pori-pori baru dan juga memperbesar pori-pori yang sudah ada (Liu et al., 2010). Semakin lama waktu berlangsung, semakin banyak NO! yang terbentuk sehingga tekanan di dalam karbon aktif akan semakin membesar dan akibatnya pori-pori yang sudah ada akan semakin melebar dan akhirnya merusak ikatan C-C yang ada. Kerusakan ikatan C-C ini menyebabkan luas permukaan karbon aktif menjadi lebih rendah pada selama menit. 6

7 Tabel 3.6 Hasil Luas Permukaan Karbon Aktif Activating K 2 CO 3 ZnCl 2 NaOH H 2 SO 4 HNO 3 Waktu (menit) Bilangan iod (mg/g) BET (!! /!) 774,09 853,67 774,09 853,67 761,40 839,67 748,71 825,68 926, , 900,99 993,61 913, ,61 888,30 979,62 304,56 335,87 291,87 321,87 469,53 517,80 456,84 503,80 418,77 461,82 406,08 447,83 406,08 447,83 393,39 433,83 482,22 531,79 456,84 503,80 291,87 321,87 279,18 307,88 Pada menggunakan ZnCl! terjadi dekomposisi pada activating yang melepas Zn!!. Ion Zn!! yang lepas ini berdifusi ke dalam lapisan arang dan menyebabkan rekahan pada permukaan arang yang mengakibatkan pori-pori terbentuk. Ion Zn!! ini dapat melindungi lapisan arang dari kelebihan cairan dan menghambat penyusutan partikel, sehingga pada suhu yang tetap, penambahan waktu tidak akan mengganggu kestabilan dari lapisan karbon aktif yang terbentuk. Reaksi yang telah jenuh saat menit pertama menyebabkan tidak terjadinya reaksi yang berlebih, sehingga tidak ada perbedaan yang signifikan terhadap luas permukaan karbon aktif untuk waktu dan menit. Similaritas luas permukaan untuk selama dan menit juga terjadi pada menggunakan K! CO!. K! CO! merupakan activating yang bersifat basa, sehingga reaksinya dengan karbon akan lebih baik. Reaksi yang terjadi ketika menggunakan K! CO! adalah sebagai berikut (Ahmed and Theyda, 2012):!!!"! + 2! 2! + 3!"!!!!"!!!! +!"!!!! + 2! 2! +!" Dapat dilihat bahwa terjadi pembentukan logam potasium ketika berlangsung. Logam potasium ini dapat berdifusi ke dalam karbon aktif untuk memperluas pori-pori yang telah terbentuk dan membentuk pori-pori yang baru. Reaksi ini berjalan satu arah dan dilihat dari perolehan yield serta luas permukaan karbon aktif dapat disimpulkan bahwa reaksi telah mengalami kejenuhan pada waktu menit. Hasil penelitian dengan activating NaOH tidak memberikan luasan yang baik, jika dibandingkan dengan ZnCl! dan K! CO!. Namun, luas permukaannya mengalami peningkatan untuk waktu yang lebih lama. Jika ditinjau dari jumlah yield dan luas permukaan yang dihasilkan, timbul dugaan kuat bahwa reaksi yang berlangsung selama dan menit belum berjalan dengan optimum dan jika durasi ditambahkan atau suhu ditingkatkan, mungkin hasil luas permukaan yang lebih baik akan diperoleh. Reaksi yang terjadi pada menggunakan activating NaOH adalah sebagai berikut (Piňero et al., 2005): 6NaOH + C 2Na + 3H! + 2Na! CO! Na! CO! + C Na! O + 2CO! 2Na + CO! Na! O + 2CO Berdasarkan reaksi di atas, diketahui bahwa pada menggunakan NaOH akan dilepas logam alkali dan karbonat. Menurut literatur, logam alkali dan karbonat yang terbentuk akan masuk ke dalam lapisan karbon dan menyebabkan ruang di antara lapisan karbon semakin melebar. Hal ini menyebabkan pengembangan pori-pori pada karbon aktif (Foo and Hameed, 2012). Bertambahnya konsentrasi ataupun durasi pada menggunakan activating NaOH juga diketahui akan menyebabkan lebih banyak reaksi reduksi dan oksidasi yang akan merusak permukaan 7

8 bahan baku sehingga membentuk mikropori dan mesopori yang lebih banyak pada karbon aktif. Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa untuk pembuatan karbon aktif dengan kimia dapat diperoleh karbon aktif dengan luas permukaan yang besar jika menggunakan activating yang bersifat basa seperti NaOH dan K! CO!. Namun pada menggunakan NaOH, waktu harus lebih lama karena belum diketahui waktu terjadinya reaksi yang optimum. Jika menggunakan activating yang bersifat asam, harus dipilih activating yang tidak menyebabkan reaksi samping ataupun reaksi yang berlebih seperti ZnCl!. Untuk dengan ZnCl! dan K! CO!, waktu reaksi sebaiknya tidak terlalu lama karena reaksi yang terjadi dapat mencapai kejenuhan. 4. Kesimpulan Dari hasil penelitian, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan sebagai bahan baku karbon aktif dan memberikan luas permukaan yang lebih besar daripada karbon aktif berbahan baku batu bara (807,54 m! /gram). 2. Activating yang memberikan luas permukaan terbesar pada karbon aktif adalah ZnCl!, diikuti dengan K! CO!. NaOH yang merupakan activating yang bersifat basa memiliki kemungkinan untuk memberikan hasil yang lebih luas, namun belum diketahui waktu optimum untuk reaksi nya. 3. Waktu terbaik untuk pembuatan karbon aktif dari bahan baku tandan kosong kelapa sawit adalah menit, karena durasi yang lebih lama dapat mengakibatkan kejenuhan dan bahkan terjadi reaksi samping yang dapat menghabiskan massa karbon dan merusak struktur pori-pori karbon aktif. Lampiran Perhitungan bilangan iod: mg 10! x! 0,1 Iod yang teradsorpsi = g! Dengan: V = Larutan natrium tiosulfat yang diperlukan (ml) N = Normalitas larutan natrium tiosulfat 12,69= Jumlah iod sesuai dengan 1 ml larutan natrium tiosulfat 0,1N W = sampel karbon aktif Perhitungan angka perkiraan luas permukaan karbon aktif dengan BET: Dengan: BET m! g Bilangan iod = x 594,3 538,9 538,9 = Hasil bilangan iod penelitian Wang 594,3 = Hasil luas permukaan BET penelitian Wang Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia atas dukungan yang diberikan demi terlaksananya penelitian ini. Daftar Pustaka [1] Foo, K.Y. & Hameed, B.H Utilization of Oil Palm Biodiesel Solid Residue as Renewable Sources for Preparation of Granular Activated Carbon by Microwave Induced KOH. Bioresour Technol., 130, [2] Preparation of Activated Carbon by Microwave Heating of Langsat (Lansium domesticum) Empty Fruit Bunch Waste. Biosour. Technol, 116, [3] Hsu, L.-Y. & Teng, H Influence of different chemical res on the preparation of activated carbons from bituminous coal. Fuel Processing Technology, 64, [4] Kalderis, D., Koutoulakis, D., Paraskeva, P., Diamadopoulos, E., Otal, E., Valle, J. O. D. & Fernández-Pereira, C Adsorption of polluting substances on activated carbons prepared from rice husk and sugarcane bagasse. Chemical Engineering Journal, 144, [5] Sudibandriyo, M Production of Super Activated Carbon from Coal and Coconut Shell Using Chemical Activation. International Journal Chemical and Research. [6] Wang Effect of Manufacturing Conditions on the Adsorption Capacity of Heavy Metal Ions by Makino Bamboo Charcoal. International Journal Chemical and Research. 8