Analisis Struktur
Identifikasi Gugus Fungsi pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran
Analisis dengan spektrofotometri inframerah (IR) bertujuan mengetahui adanya gugus fungsi pada suatu bahan. Dengan analisis ini dapat diketahui perubahan gugus fungsi sebagai akibat dari proses pengarangan menjadi arang aktif, yang hasilnya tercantum pada Tabel 3 dan Gambar 8.
Tabel 3. Bilangan Gelombang Serapan IR dari Serbuk Gergaji Kayu Campuran
Struktur Bilangan gelombang (cm-1)
Bahan baku 3412-2922-1731-1637-1508-1461-1425-1373-1326-1249-1161-1114-1032-897-667
Arang 3378-1702-1555-1420-1214-1167-873-820-767-521-474
Arang aktif 3413-1555-1420-1155-1120-867-808-750-573-468
Pola spektrum serapan IR dari bahan baku pada bilangan gelombang 3412 cm-1 menunjukkan adanya gugus OH bebas. Sedangkan serapan pada bilangan gelombang 2922 cm-1 menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada bahan baku juga dijumpai gugus C=O, C-O dan C-H. Pola spektrum serapan IR pada arang menunjukkan adanya gugus OH yang terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3378 cm-1. Selain itu pada arang juga dijumpai gugus C=O, C-O seperti halnya pada bahan baku serta gugus aromatik yang tersubstitusi. Sedangkan pola spektrum serapan IR pada arang aktif juga menunjukkan adanya gugus OH yang terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3413 cm-1. Pada arang aktif tidak dijumpai gugus C=O. Selain itu pada spektrum serapan IR
arang aktif juga menunjukkan adanya gugus C-O dan gugus aromatik yang mengalami substitusi.
a
b
c
Gambar 8 . Spektrum Serapan IR Serbuk Gergaji Kayu Campuran (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif
Identifikasi Gugus Fungsi pada Kayu Mangium (Acacia mangium)
Hasil analisis spektrum serapan IR dari acacia mangium tercantum pada Tabel 4 dan Gambar 9.
Tabel 4. Bilangan Gelombang Serapan IR dari Kayu Mangium (Acacia mangium)
Struktur Bilangan gelombang (cm-1)
Bahan baku 3378-2908-1731-1649-1508-1455-1420-1367-1337-1243-1155-1114-1055-897-667-603 Arang 3419-2924-2861-1719-1590-1367-1290-1237-1185-1108-1044-609-474
Arang aktif 2931-1414-1073-873
Pola spektrum serapan IR dari bahan baku pada bilangan gelombang 3378 cm-1 menunjukkan adanya gugus OH bebas. Sedangkan serapan pada bilangan gelombang 2908 cm-1 menunjukkan adanya gugus alkil. Selain itu pada bahan
baku juga dijumpai adanya gugus C=O, C-O dan C-H. Pola spektrum serapan IR pada arang menunjukkan adanya gugus OH yang terikat
50
(alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3419 cm-1. Serapan pada bilangan gelombang 2924 dan 2861 cm-1 menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada arang juga dijumpai gugus C=O, C-O seperti halnya pada bahan baku. Sedangkan pola spektrum serapan IR pada arang aktif terjadi perubahan gugus fungsi yaitu tidak terdapat gugus OH, tetapi terdapat gugus C-H yaitu pada bilangan gelombang 2931 cm-1. Selain itu pada arang aktif dijumpai gugus C-O.
a
b
c
Gambar 9. Spektrum Serapan IR Kayu Mangium (Acacia mangium) (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif
Identifikasi Gugus Fungsi pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Hasil analisis spektrum serapan IR dari tempurung kelapa tercantum pada Tabel 5 dan Gambar 10.
Tabel 5. Bilangan Gelombang Serapan IR dari Tempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Struktur Bilangan gelombang (cm-1)
Bahan baku 3401-2919-1737-1684-1596-1555-1508-1455-1420-1378-1243-1161-1114-1044 Arang 3401-2919-1584-1196-873-808-750-609-532
Pola spektrum serapan IR dari bahan baku pada bilangan gelombang 3401 cm-1 menunjukkan adanya gugus OH bebas. Serapan pada bilangan gelombang 2919 cm-1 menunjukkan adanya gugus alkil. Pada bahan baku dijumpai gugus C=O dan C-O. Pola spektrum serapan IR pada arang menunjukkan adanya gugus OH yang terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3401 cm-1. Sedangkan serapan pada bilangan gelombang 2919 cm-1 menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada arang juga dijumpai gugus C-O dan gugus aromatik yang tersubstitusi. Sedangkan pola spektrum serapan IR pada arang aktif juga menunjukkan adanya gugus OH terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3448 cm-1. Seperti halnya arang, spektrum serapan IR pada arang aktif juga menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada arang aktif juga dijumpai gugus C-O, C-H dan gugus aromatik yang tersubstitusi.
4000 3000 2000 1000 cm- 1
% T
a
b
c
Gambar 10. Spektrum Serapan IR Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif
52
Identifikasi Pola Struktur Kristalit pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran
Analisis dengan difraksi sinar X (XRD) bertujuan untuk mengetahui struktur kristalit bahan baku serbuk gergaji kayu campuran, arang dan arang aktif. Dengan analisis ini dapat diketahui perubahan bentuk kristalit sebagai akibat dari pemanasan dan lama aktivasi. Difraktogram XRD dari serbuk gergaji kayu campuran hasilnya tercantum pada Tabel 6 dan Gambar 11.
Tabel 6. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak Antar Lapisan (d), Tinggi (Lc) dan Lebar (La) Antar Lapisan serta Jumlah (N) Lapisan Aromatik pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran
Struktur X(%) ? d(nm) ? d(nm) Lc(nm) N La(nm) Bahan baku Arang Arang aktif 51,84 35,82 37,69 (24) (30) (30) 0,3703 0,2975 0,2975 (43) (43) (43) 0,2101 0,2101 0,2101 4,0150 4,0658 4,0658 10,84 13,67 13,67 4,22 4,22 4,22
Berdasarkan tabel di atas menunjukkan bahwa jarak antar lapisan aromatik (d) arang dan arang aktif sama, sedangkan jarak antar lapisan aromatik bahan baku setelah menjadi arang dan arang aktif makin sempit. Hal ini menggambarkan terjadinya penyusutan struktur kristalit arang aktif yang semakin teratur sehingga derajat kristalinitas arang aktif makin meningkat daripada arang. Hasil ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Saito dan Arima (2002) yang menyimpulkan bahwa derajat kristalinitas arang aktif akan meningkat akibat pengaruh aktivasi.
Tabel 6 juga menunjukkan bahwa tinggi lapisan aromatik (Lc) dan jumlah lapisan aromatik (N) bahan baku setelah menjadi arang dan arang aktif meningkat, tetapi antara arang dan arang aktif tinggi dan jumlah lapisan aromatik sama lebar.
Sedangkan lapisan aromatik (La) pada bahan baku, arang dan arang aktif relatif sama.
Difraktogram dari XRD (Tabel 6) memperlihatkan perubahan struktur bahan baku menjadi kristalit arang aktif cenderung menimbulkan penataan ulang atom karbon yang bergerak ke arah vertikal, akibatnya tinggi lapisan aromatik (Lc) bertambah dan jumlah (N) lapisan kristalit yang berbentuk aromatik meningkat (Jimenez et al. 1999). Perubahan tersebut diakibatkan oleh terjadinya pergeseran kristalit, yang semula tingkat keteraturannya tinggi (kristalin) menjadi tidak beraturan (amorf) (Gambar 11 ).
0 20 40 60 80 100
Sudut Difraksi (Derajat)
Intensitas
SG0 SG1 SG2
SG0 : Serbuk Gergaji SG! : Arang Serbuk Gergaji SG2 : Arang Aktif Serbuk Gergaji
Gambar 11. Difraktogram XRD Serbuk Gergaji Kayu Campuran
Identifikasi Pola Struktur Kristalit pada Kayu Mangium (Acacia mangium)
Difraktogram dari XRD untuk kayu mangium (Acacia mangium) mulai dari bahan baku sampai menjadi arang aktif dapat dilihat pada Tabel 7 dan Gambar 12.
54
Tabel 7. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak Antar Lapisan (d), Tinggi (Lc) dan Lebar (La) Antar Lapisan serta Jumlah (N) Lapisan Aromatik pada Kayu Mangium (Acacia mangium)
Struktur X(%) ? d(nm) ? d(nm) Lc(nm) N La(nm) Bahan baku Arang Arang aktif 47,98 47,99 40,68 (24) (30) (24) 0,3703 0,2975 0,3707 - - (43) - - 0,2101 4,0150 4,0658 4,0150 10,84 13,67 10,84 - - 4,22
Berdasarkan tabel di atas menunjukkan bahwa jarak antar lapisan aromatik (d) bahan baku setelah menjadi arang makin sempit, sedangkan setelah diaktivasi jarak antar lapisan aromatik (d) meningkat sama dengan bahan baku. Derajat kristalinitas arang aktif makin menurun apabila dibandingkan dengan bahan baku dan arang.
Tabel 7 di atas juga menunjukkan bahwa tinggi lapisan aromatik (Lc) dan jumlah lapisan aromatik (N) bahan baku setelah menjadi arang meningkat, tetapi setelah diaktivasi menjadi arang aktif tinggi dan dan jumlah lapisan aromatik menurun. Fenomena ini menggambarkan adanya pengerutan ikatan antar atom karbon sehingga jumlah lapisan aromatik (N) berkurang dan pada arang aktif terdapat lebar lapisan aromatik (La) sedangkan pada arang tidak terdapat lebar (La) lapisan aromatik.
0 20 40 60 80 100
Sudut Difraksi (derajat)
Intensitas
AM0 AM1 AM2
AM0: Kayu Acacia Mangium AM1: Arang Acacia Mangium AM2: Arang Aktif Acacia Mangium
Gambar 12. Difraktogram XRD Kayu Mangium (Acacia mangium)
Identifikasi Pola Struktur Kristalit pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Hasil difraktogram XRD untuk tempurung kelapa dari bahan baku sampai diaktivasi menjadi arang aktif dapat dilihat pada Tabel 8 dan Gambar 13.
Tabel 8. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak Antar Lapisan (d), Tinggi (Lc) dan Lebar (La) Antar Lapisan serta Jumlah (N) Lapisan Aromatik pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Struktur X(%) ? d(nm) ? d(nm) Lc(nm) N La(nm) Bahan baku Arang Arang aktif 37,82 30,30 32,89 (24) (26) (24) 0,3703 0,3423 0,3703 - (43) (43) - 0,2101 0,2101 4,0150 4,0305 4,0150 10,84 11,77 10,84 - 4,22 4,22
Berdasarkan tabel di atas menunjukkan bahwa jarak antar lapisan aromatik (d) bahan baku setelah dibakar menjadi arang makin sempit, tetapi setelah diaktivasi menjadi arang aktif jarak antar lapisan aromatik (d) meningkat kembali sama seperti bahan baku. Derajat kristalinitas arang menurun dibandingkan dengan bahan baku, tetapi pada arang aktif meningkat akibat pengaruh aktivasi.
56
Tabel 8 juga me nunjukkan bahwa tinggi lapisan aromatik (Lc) dan jumlah lapisan aromatik (N) bahan baku setelah menjadi arang meningkat, tetapi setelah menjadi arang aktif berkurang. Sedangkan lebar lapisan aromatik (La) pada arang dan arang aktif relatif sama, pada bahan baku tidak mempunyai lebar lapisan aromatik (La).
0 20 40 60 80 100
Sudut Difraksi (Derajat)
Intensitas
TK0 TK1 TK2
TK0= Tempurung Kelapa, TK1= Arang Tempurung Kelapa, TK2=Arang Aktif Tempurung Kelapa Gambar 13. Difraktogram XRD Tempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran
Analisis dengan elektron mikroskop bertujuan untuk mengetahui topografi permukaan bahan. Dengan analisis ini dapat diketahui proses pembentukan pori sebagai akibat dari aktivasi. Hasil analisis mikrofotograf SEM untuk serbuk gergaji kayu campuran dapat dilihat pada Tabel 9 dan Gambar 14.
Tabel 9. Diameter Permukaan PoriSerbuk Gergaji Kayu Campuran
Struktur Diameter pori (µm)
Bahan baku -
Arang 0,07
Hasil fotograf SEM (Gambar 14) menunjukkan bahwa pada bahan baku secara fisik tidak menunjukkan adanya pori, setelah menjadi arang mulai terlihat adanya pori dengan ukuran diameter 0,07 µm. Kemudian setelah menjadi arang aktif jumlah pori semakin meningkat dan ukuran diameter pori juga semakin besar yaitu 0,14 µm akibat proses aktivasi. Hal ini menunjukkan semakin banyak pula jumlah komponen terdegradasi yang menguap. Penguapan bahan-bahan tersebut mengakibatkan pergeseran antara lapisan kristalit dan mengubah struktur kristalitnya sehingga terbentuk kristal baru yang berbeda dengan struktur asalnya.
(a)
(b)
(c)
Gambar 14. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Serbuk Gergaji Kayu Campuran Dengan Pembesaran 2000 Kali
58
Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Hasil analisis mikrofotograf SEM untuk tempurung kelapa dapat dilihat pada Tabel 10 dan Gambar 15.
Tabel 10. Diameter Permukaan PoriTempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Struktur Diameter pori (µm)
Bahan baku -
Arang 0,07
Arang Aktif 0,07 – 0,14
Hasil fotograf SEM pada tempurung kelapa menunjukkan bahwa pada bahan baku belum menunjukkan adanya pori, setelah menjadi arang mulai terbentuk pori dengan ukuran diameter 0,07 µm. Kemudian setelah menjadi arang aktif jumlah pori semakin meningkat dan ukuran diameter pori juga semakin besar yaitu 0,07 – 0,14 µm akibat proses aktivasi. Menurut Beukens et al (1985),ukuran pori tersebut termasuk kedalam struktur makropori karena diameter porinya lebih dari 0,025 µm.
Bila dikaitkan dengan ukuran pori yang terbentuk ada kemungkinan bahwa semakin lebar dan besarnya diameter pori dengan proses aktivasi menunjukkan semakin banyak pula jumlah komponen bahan terdegradasi yang menguap. Penguapan bahan-bahan tersebut mengakibatkan pergeseran antara lapisan kristalit dan mengubah struktur kristalitnya sehingga terbentuk kristal baru yang berbeda dengan struktur asalnya sebagaimana yang terlihat pada hasil identifikasi pola struktur dengan XRD.
Adanya sejumlah produk dekomposisi bahan yang menguap tersebut akan menguntungkan karena bila tidak menguap, maka produk tersebut akan mengisi
atau menutup celah di antara lembaran kristalit arang aktif (Villages and Valle, 2001 dalam Pari, 2004), sehingga kinerja arang aktif kurang efektif.
(a)
(b)
(c)
Gambar 15. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Tempurung Kelapa (Cocos nucifera)
Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori pada Kayu Mangium (Acacia mangium)
Hasil analisis mikrofotograf SEM untuk kayu mangium dapat dilihat pada Tabel 11 dan Gambar 16.
Tabel 11. Diameter Permukaan PoriKayu Mangium (Acacia mangium)
Struktur Diameter pori (µm)
Bahan baku -
Arang 0,07
60
Hasil fotograp SEM pada kayu mangium juga menunjukkan bahwa pada bahan baku belum terlihat adanya pori, setelah menjadi arang mulai terbentuk pori dengan ukuran diameter 0,07 µm. Kemudian setelah menjadi arang aktif jumlah pori semakin meningkat dengan ukuran diameter pori 0,14 µm.
(a)
(b)
(c)
Gambar 16. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Kayu Mangium (Acacia mangium)
Pengaruh Lama Aktivasi Terhadap Mutu Arang Aktif Rendemen
Perhitungan rendemen didasarkan pada bobot kering oven bahan baku. Hasil perhitungan rendemen arang aktif dari serbuk gergaji, Acacia mangium dan tempurung kelapa pada suhu 700 °C dengan waktu aktivasi 3 jam dapat dilihat pada Tabel 12.
Tabel 12. Rendemen Arang aktif Serbuk Gergaji, Acacia mangium dan Tempurung Kelapa pada Suhu 700 °C dengan Waktu Aktivasi 3 jam
Bahan Baku Rendemen ( % )
Serbuk Gergaji Acacia mangium Tempurung Kelapa 62,17 63,10 65,82
Rendemen arang aktif yang dihasilkan berkisar antara 62,17 – 65,82 % (Tabel 12). Hasil ini apabila dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 67,40 – 99,40 % (Pari dkk, 2006), hasil rendemennya lebih rendah. Rendahnya rendemen arang aktif ini disebabkan oleh senyawa karbon yang terbentuk dari hasil penguraian selulosa dan lignin mengalami reaksi pemurnian dengan uap air yang bertujuan untuk menghilangkan senyawa non karbon yang melekat pada permukaan arang. Namun demikian karena reaksi yang terjadi secara radikal maka atom C yang terbentuk akan bereaksi kembali dengan atom O dan H membentuk CO seperti yang teridentifikasi pada IR, CO2, CH4, sehingga rendemen yang dihasilkan akan lebih rendah.
Rendemen terendah dihasilkan dari bahan baku serbuk gergaji dan rendemen tertinggi diperoleh dari bahan baku tempurung kelapa. Tempurung kelapa
62
memiliki struktur lebih keras apabila dibandingkan dengan serbuk gergaji dan kayu mangium sehingga rendemen yang dihasilkan juga lebih tinggi.
Kadar Air
Penetapan kadar air bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis dari arang aktif. Kadar air arang sebelum menjadi arang aktif berkisar antara 1,01 – 5,08 %. Data selengkapnya untuk kadar air arang aktif tercantum pada Lampiran 1. Dari Tabel 13 dapat dilihat bahwa kadar air arang aktif yang dihasilkan berkisar antara 1,31 – 5,44 %. Hasil ini apabila dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 8,39 – 15,90 % (Pari dkk, 2006), maka kadar air hasil penelitian masih lebih baik. Rendahnya kadar air ini menunjukkan bahwa kandungan air bebas dan air terikat yang terdapat dalam bahan telah menguap selama proses karbonisasi.
Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995), arang aktif disyaratkan memiliki kadar air kurang dari 15 %. Dari Tabel 13 terlihat bahwa semua arang aktif hasil percobaan memenuhi SNI. Kadar air terendah diperoleh dari arang serbuk gergaji yang diaktivasi selama 0 jam. Sedangkan kadar air tertinggi dihasilkan dari arang aktif tempurung kelapa dengan waktu aktivasi selama 1 jam.
Tabel 13. Hasil Analisa Kadar Air (%) Arang Aktif
Waktu Aktivasi (jam) Bahan Baku
0 1 2 3
Serbuk gergaji 1,31 1,35 1,79 1,65
Acacia mangium 3,98 3,04 2,24 1,75
Tempurung kelapa 3,05 5,44 3,22 3,79
Kadar air arang aktif yang diinginkan adalah arang aktif dengan kadar air serendah mungkin. Hal ini disebabkan karena kadar air yang tinggi akan menurunkan daya serap baik terhadap gas maupun cairan (Pari, 1995). Oleh
karena itu, dalam aplikasinya arang aktif yang akan digunakan dikeringkan terlebih dahulu untuk menghilangkan air.
Dari hasil uji sidik ragam dapat diketahui bahwa baik faktor bahan baku, waktu aktivasi maupun interaksi memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap kadar air (Lampiran 7a). Uji lanjut Tukey (Lampiran 7b) menunjukkan bahwa faktor bahan baku serbuk gergaji menyebabkan perbedaan kadar air yang nyata dengan Acacia mangium dan tempurung kelapa, sedangkan arang aktif
Acacia mangium dan tempurung kelapa tidak menyebabkan perbedaan yang nyata terhadap kadar air. Faktor waktu aktivasi baik selama 0, 1, 2 dan 3 jam tidak menyebabkan perbedaan kadar air yang nyata. Faktor interaksi bahan baku dan waktu aktivasi memberikan pengaruh yang bervariasi terhadap kadar air.
Dari hasil uji secara polinomial (Lampiran 7c), dapat dilihat bahwa kadar air memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat linier untuk arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji (SG) dan Acacia mangium (AM), sedangkan kadar air untuk arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa (TK) memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kubik .
SG : y = 0.34x + 6.5525 (R2 = 0.3209) TK : y = 1.7492x3 - 8.52x2 + 10.216x + 10.045 (R2 = 0.9119) AM : y = -1.3245x + 11.441 (R2 = 0.9735) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4
Waktu Steam (X, jam)
Kadar Air (Y, %)
Serbuk Gergaji (SG) Tempurung Kelapa (TK) Acacia mangium (AM) nilai dugaan SG nilai dugaan TK nilai dugaan AM
64
Pada arang aktif tempurung kelapa terjadi peningkatan dan penurunan nilai kadar air jika waktu aktivasi terus ditambah dan mencapai titik maksimum pada waktu aktivasi selama 2 jam. Pada arang aktif serbuk gergaji nilai kadar air cenderung meningkat seiring dengan penambahan waktu aktivasi, hal ini disebabkan karena terjadinya peningkatan sifat higroskopis arang aktif terhadap uap air dan terjadinya pengikatan molekul air oleh 6 atom karbon yang telah diaktivasi (Pari dkk, 2000). Sedangkan pada arang aktif Acacia mangium nilai kadar air cenderung menurun apabila waktu aktivasi bertambah.
Kadar Zat Terbang
Kadar zat mudah menguap atau zat terbang menunjukkan kandungan zat- zat mudah menguap yang hilang pada pemanasan 950 °C. Zat-zat menguap ini berupa senyawaan karbon, sulfur dan nitrogen yang dapat menutupi pori-pori arang aktif. Data selengkapnya untuk kadar zat terbang tercantum pada Lampiran 1. Sedangkan Tabel 14 menunjukkan kadar zat terbang arang aktif yang dihasilkan pada setiap kombinasi perlakuan.
Tabel 14. Hasil Analisa Kadar Zat Terbang (%) Arang Aktif Waktu Aktivasi (jam) Bahan Baku
0 1 2 3
Serbuk gergaji 16,00 14,34 14,42 12,87
Acacia mangium 8,31 8,04 7,42 8,03
Tempurung kelapa 11,37 6,99 8,02 7,26
Dari tabel tersebut di atas dapat diketahui bahwa kadar zat terbang arang aktif yang dihasilkan berkisar antara 6,99 – 16,00 %. Sedangkan kadar zat terbang arang berkisar antara 19,92 – 26,49 %. Kadar zat terbang terendah diperoleh dari arang aktif tempurung kelapa dengan waktu aktivasi 1 jam, sedangkan kadar zat
terbang tertinggi diperoleh dari arang aktif serbuk gergaji yang diaktivasi selama 0 jam.
Hasil kadar zat terbang ini apabila dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 6,08 – 11,70 % (Pari dkk, 2006), maka kadar zat terbang hasil penelitian lebih tinggi. Tingginya kadar zat terbang ini menunjukkan bahwa masih terdapatnya senyawa non karbon yang menempel pada permukaan arang aktif terutama atom H yang terikat kuat pada atom C pada permukaan arang aktif dalam bentuk C(H2) seperti yang teridentifikasi pada IR. Kadar zat terbang yang tinggi tidak diinginkan karena senyawa-senyawa yang menempel pada arang aktif dapat mengurangi daya serapnya terhadap gas atau larutan.
Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995) mensyaratkan bahwa kadar zat terbang maksimum untuk arang aktif adalah 25 %. Semua kadar zat tebang arang aktif hasil penelitian memenuhi SNI. Arang memiliki kadar zat terbang yang tinggi, hal tersebut menunjukkan bahwa aktivasi mampu menguapkan senyawa volatil. Komponen senyawa volatil dalam arang aktif adalah gas yang tidak terkondensasi seperti CO2, CO, CH4 dan H2 (Pari,1995).
Hasil uji sidik ragam (Lampiran 8a) menunjukkan bahwa seluruh faktor memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap kadar zat terbang. Pada uji lanjut Tukey (Lampiran 8b) dapat diketahui bahwa arang aktif Acacia mangium
dan tempurung kelapa tidak menyebabkan perbedaan kadar zat terbang yang nyata, akan tetapi dengan arang aktif serbuk gergaji memberikan perbedaan kadar zat terbang yang nyata. Demikian pula arang aktif dari tempurung kelapa dengan
66
serbuk gergaji juga memberikan perbedaan kadar zat terbang yang nyata. Faktor waktu aktivasi selama 0 jam tidak menyebabkan perbedaan kadar zat terbang yang nyata dengan aktivasi selama 1 dan 2 jam, tetapi dengan aktivasi 3 jam memberikan perbedaan yang nyata. Sedangkan waktu aktivasi selama 1, 2 dan 3 jam tidak menyebabkan perbedaan yang nyata terhadap kadar zat terbang.
Dari hasil uji secara polinomial (Lampiran 8c), dapat dilihat bahwa kadar zat terbang memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat linier untuk arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji (SG) dan Acacia mangium (AM), sedangkan kadar zat terbang untuk arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa (TK) memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kubik seperti yang terlihat pada Gambar 18 di bawah ini.
SG : y = -0.7695x + 23.438 (R2 = 0.7935) TK : y = -0.9425x3 + 4.99x2 - 7.8425x + 19.685 (R2 = 0.9414) AM : y = -0.16x + 16.5825 (R2 = 0.084) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Waktu Steam (X, jam)
Kadar Zat Terbang (Y, %)
Serbuk Gergaji (SG) Tempurung Kelapa (TK) Acacia mangium (AM) nilai dugaan SG nilai dugaan TK nilai dugaan AM
Gambar 18. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Zat Terbang Arang Aktif
Pada arang aktif tempurung kelapa terjadi penurunan dan peningkatan nilai kadar zat terbang jika waktu aktivasi terus ditambah. Kadar zat terbang tersebut mencapai titik maksimum pada waktu aktivasi 0 jam. Sedangkan pada
arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji dan Acacia mangium nilai kadar zat terbang cenderung menurun apabila waktu aktivasi terus bertambah.
Kadar Abu
Kadar abu menunjukkan jumlah oksida-oksida logam yang tersisa pada pemanasan tinggi. Abu yang terbentuk berasal dari mineral- mineral yang terikat kuat pada arang. Mineral tersebut misalnya kalsium, kalium dan magnesium. Data selengkapnya untuk kadar abu dapat dilihat pada Lampiran 1.
Tabel 15. Hasil Analisa Kadar Abu (%) Arang Aktif
Waktu Aktivasi (jam) Bahan Baku
0 1 2 3
Serbuk gergaji 18,56 22,19 12,04 27,17
Acacia mangium 2,58 4,55 3,35 4,04
Tempurung kelapa 2,25 2,16 2,04 2,26
Dari Tabel 15 dapat diketahui bahwa kadar abu yang diperoleh berkisar antara 2,04 – 27,17 %. Apabila hasil ini dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 12,30 – 32,70 % (Pari dkk, 2006), maka arang aktif hasil penelitian masih lebih baik. Nilai terendah dihasilkan dari arang aktif tempurung kelapa dengan aktivasi selama 2 jam dan kadar abu tertinggi didapat dari arang aktif serbuk gergaji yang diaktivasi selama 3 jam. Untuk nilai kadar abu arang berkisar antara 1,81 – 7,17 %.
Kadar abu yang disyaratkan Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995) tidak lebih dari 10 %. Dari seluruh arang aktif yang dihasilkan hanya arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji yang memiliki kadar abu tidak memenuhi SNI baik yang diaktivasi selama 0, 1, 2 maupun 3 jam. Tingginya kadar abu ini disebabkan
68
oleh proses oksidasi. Kadar abu yang diinginkan adalah serendah mungkin sehingga adsorpsi gas ataupun cairan dapat berlangsung lebih baik. Hal ini disebabkan karena kandungan mineral dalam abu seperti kalsium, kalium, magnesium dan natrium dapat menyebar dalam kisi-kisi arang aktif dan menutupi pusat aktif (Pari, 1995).
Berdasarkan sidik ragam (Lampiran 9a), dapat diketahui bahwa faktor bahan baku, waktu aktivasi dan interaksi keduanya memberikan pengaruh ya ng sangat nyata terhadap kadar abu. Dan berdasarkan uji Tukey (Lampiran 9b) dapat diketahui bahwa arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa dan Acacia mangium tidak memberikan perbedaan kadar abu yang nyata, sedangkan arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji memberikan perbedaan yang nyata. Faktor waktu aktivasi selama 0 jam tidak berbeda nyata dengan waktu aktivasi selama 1 dan 2 jam, tetapi dengan waktu aktivasi selama 3 jam memberikan perbedaan kadar abu yang nyata. Sedangkan waktu aktivasi selama 1 jam dan 3 jam tidak berbeda nyata. Interaksi antara bahan baku dan waktu aktivasi menyebabkan