4.1 HASIL PEMBUATAN KARBON AKTIF PELEPAH AREN
Pada kajian ini, pelepah aren diaktivasi secara fisika dan kimia yaitu dipanaskan dalam oven pada suhu 1100C, direndam dalam larutan H3PO4. KOH, dan
ZnCl2 selama 24 jam dan kemudian dikarbonisasi di furnace pada suhu 4000C,
5000C, dan 6000C selama 1 jam.
Proses perendaman pelepah aren di dalam larutan H3PO4, KOH, dan ZnCl2
bertujuan untuk memperbesar porositas dan surface area. Proses ini menghilangkan
sebagian besar jari-jari pori yang telah terbentuk. Sedangkan proses karbonisasi di dalam furnace pada suhu 4000C, 5000C, dan 6000C selama 1 jam adalah suatu
perlakuan termal. Perlakuan ini menurut Napitupulu (2009) bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan kimia atau mengoksidasi molekul permukaan sehingga luas permukaan bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi .
Pada suhu karbonisasi 4000C dan 5000C pada setiap perlakuan variasi aktivator dihasilkan sifat fisik karbon aktif berwarna kehitaman, tidak berbau, dan berupa padatan dimana tekstur lebih padat dan lembab. Selanjutnya, pada karbon aktif dengan suhu 6000C menggunaan aktivator ZnCl2 terjadi perubahan warna yaitu dari
hitam menjadi abu - abu kehitaman.
Selain proses aktivasi, proses pencucian juga memiliki bagian yang penting dalam mempengaruhi kualitas karbon aktif. Proses pencucian pada penelitian ini menggunakan aquadest. Aquadest yang digunakan dipanaskan terlebih dahulu
menggunakan hot plate. Penggunaan aquadest yang dipanaskan terlebih dahulu
diharapkan dapat memaksimalkan proses pencucian. Pencucian ini dimaksudkan untuk membersihkan karbon aktif yang sudah jadi dari sisa – sisa agen aktivator kimia yang telah bercampur pada bahan dasar. Aquadest dipilih sebagai larutan
pencuci karena sifatnya yang netral sehingga mencegah terjadinya reaksi pada karbon aktif yang telah terbentuk.
Proses pencucian berlangsung cukup lama dan dilakukan dengan menambahkan aquadest berulang – ulang, tergantung seberapa banyak agen
aktivator yang masih menempel pada karbon aktif. Proses pencucian ini berakhir jika sudah didapatkan karbon aktif yang memiliki pH netral yaitu sebesar 7 dan ini diuji menggunakan kertas pH indikator. Menurut penelitian sebelumnya oleh Akhmad,dkk (2013) proses pencucian yang kurang bersih dapat menyebakan karbon memiliki luas permukaan aktif yang tidak maksimal karena adanya karbon yang masih berikatan dengan aktifier dan.
Setelah proses pencucian, karbon aktif dikeringkan kembali di dalam oven bersuhu 110 – 115 0C selama dua jam untuk menghilangkan kandungan air pada karbon aktif. Karbon aktif yang telah dikeringkan baru kemudian disimpan dalam wadah yang bersih, kering, dan tertutup rapat untuk mencegah masuknya kontaminan.
Sebagai pembanding dibuat juga karbon aktif yang tidak menggunakan agen aktivator kimia. Berikut merupakan gambar hasil pembuatan karbon aktif tanpa diimpregnasi aktivator.
Gambar 4.1 Karbon Aktif Pelepah Aren Tanpa Aktivator
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa rata – rata hasil dari karbon aktif pelepah aren tanpa impregnasi aktivator kimia memiliki warna yang cenderung tidak hitam melainkan abu – abu. Hal ini disebabkan oleh cukup besarnya kandungan abu yang terkandung pada karbon yang dihasilkan.
Hessler (1951) dan Smith (1992) menyatakan bahwa unsur-unsur mineral aktivator masuk diantara plat heksagon dari kristalit dan memisahkan permukaan yang mula-mula tertutup. Sehingga pada saat pemanasan dilakukan, senyawa kontaminan yang berada dalam pori menjadi lebih mudah terlepas. Hal ini menyebabkan luas permukaan yang aktif bertambah besar dan meningkatkan daya serap karbon aktif.
Dari gambar di atas juga dapat dilihat bahwa sebagian besar dari sampel sudah hancur berbentuk serbuk karena pemanasan pada suhu tinggi, namun sebagian lagi ada yang masih berbentuk gumpalan – gumpalan.
Berikut merupakan gambar hasil pembuatan karbon aktif yang diimpregnasi dengan aktivator KOH.
Gambar 4.2 Karbon Aktif Pelepah Aren yang Diimpregnasi dengan KOH Gambar di atas menunjukkan hasil karbon aktif yang diimpregnasi dengan aktivator KOH dengan perbandingan berat 3:1 selama 24 jam pada suhu ruangan. Pada gambar terlihat bahwa untuk semua perlakuan suhu karbonisasi hasil berupa padatan granular yang tidak begitu halus namun lebih halus daripada karbon aktif yang tidak diimpregnasi. Hal ini disebabkan karena adanya KOH sebagai agen aktivator yang menjaga agar sampel tidak terbakar dengan cara bereaksi dengan kandungan mineral dalam bahan baku sehingga tidak terbentuk abu yang menyebabkan warna keabu – abuan [54,55].
KOH sudah sering digunakan sebagai agen aktivator yang dapat memperbesar pori dan yield atau hasil produksi dari karbon aktif. Termasuk pada
T=4000C
T=5000C
T=6000C
a
kajian ini, KOH digunakan sebagai agen aktivator kimia dengan perbandingan berat 3:1, dimana menurut Leimkuehler (2010), pada perbandingan berat KOH : C sekitar 3 sampai 4, KOH dinyatakan dapat berfungsi secara maksimum pada sampel yang berjenis lignoselulosa seperti pelepah aren.
Berikut merupakan reaksi kimia yang terjadi dalam proses pembuatan karbon aktif menggunakan aktivator KOH [28]:
4KOH + C → 4K + CO2 + 2H2O (1)
6KOH + C → 2K + 3H2 + 2K2CO3 (2)
4KOH + 2CO2→ 2K2CO3+ 2H2O (3)
Pada proses tersebut, karbon bereaksi dengan agen pengoksidasi dan menghasilkan karbon dioksida yang berdifusi pada permukaan karbon dan terbentuklah pori pada permukaan yang menyebabkan permukaan karbon semakin luas.
Berikut merupakan gambar hasil pembuatan karbon aktif yang diimpregnasi dengan aktivator ZnCl2.
Gambar 4.3 Karbon Aktif Pelepah Aren dengan Aktivator ZnCl2
Gambar di atas merupakan gambar karbon aktif pelepah aren yang diimpregnasi dengan ZnCl2 dengan perbandingan berat 2:1 selama 24 jam pada suhu
ruangan. Pada penelitian kali ini digunakan agen aktivator kimia ZnCl2 dengan
perbandingan berat 2:1 karena diketahui aktivator ZnCl2 dapat menghasilkan karbon
aktif yang memiliki mikropori maksimum pada kondisi operasi suhu < 500 0C dan dengan perbandingan berat ZnCl2 : C adalah 2:1 [45].
Bentuk dan warna karbon aktif pada berbagai variasi suhu pada penelitian kali ini berbeda – beda. Pada suhu karbonisasi 4000C dan 5000C, karbon aktif yang dihasilkan masih berwarna hitam dan sebagian berbentuk serbuk halus namun sebagiannya lagi berbentuk seperti kerikil. Pada suhu karbonisasi 6000C, karbon aktif
T=4000C T=5000
yang dihasilkan sudah berwarna abu – abu kehitaman dan sebagian berbentuk serbuk halus namun sebagiannya lagi berbentuk seperti bongkahan yang rapuh.
Perbedaan warna pada hasil karbon aktif di atas disebabkan oleh kandungan abu yang semakin meningkat seiring dengan meningkatnya suhu karbonisasi. Kehadiran abu dapat disebabkan oleh kehadiran udara pada proses karbonisasi di dalam furnace [28] yang akhirnya menyebabkan teroksidasinya mineral dari bahan
baku lebih lanjut. Abu adalah oksida-oksida logam dalam arang yang terdiri dari mineral yang tidak dapat menguap (non-volatile) pada proses karbonisasi [9].
Keberadaan abu sangat berpengaruh pada kualitas arang aktif. Keberadaan abu dapat dicegah dengan mengalirkan gas inert pada furnace selama proses aktivasi [9].
Berikut merupakan gambar hasil pembuatan karbon aktif dengan aktivator H3PO4.
Gambar 4.4 Karbon Aktif Pelepah Aren dengan Aktivator H3PO4
Gambar tersebut merupakan gambar karbon aktif pelepah aren yang diimpregnasi dengan H3PO4 1M selama 24 jam pada suhu kamar. Pada gambar di
atas tidak terdapat perbedaan bentuk maupun warna karbon aktif pelepah aren pada berbagai variasi suhu karbonisasi. Semuanya berwarna hitam dengan bentuk yang berupa bongkahan.
H3PO4 yang digunakan dalam penelitian ini memiliki konsentrasi 1M. Sebagai
agen aktivator, H3PO4 dapat menyerap kandungan mineral pada bahan yang akan
dijadikan karbon aktif sehingga mencegah terbentuknya abu pada karbon aktif [47]. Mengenai pemilihan konsentrasi aktivator diperoleh suatu pernyataan yang dikemukakan oleh Subadra (2005) bahwa pada dasarnya semakin pekat larutan zat pengaktif yang digunakan, maka semakin memperluas permukaan dari arang aktif karena pori yang dihasilkan semakin banyak.
Berikut merupakan mekanisme pengaktifan arang dengan H3PO4[58].
T=4000
C T=5000C T=6000
Gambar 4.5 Mekanisme Pengaktifan Arang dengan H3PO4
Dimana aktivator H3PO4 bereaksi dengan arang yang sudah terbentuk kemudian
membentuk mikropori pada permukaan arang tersebut.
4.2 HASIL ANALISA RENDEMEN KARBON AKTIF PELEPAH AREN
Rendemen karbon aktif pada kajian ini diperoleh dengan membandingkan berapa banyak karbon aktif yang terbentuk dengan bahan baku yang masuk ke dalam
furnace. Uji rendemen ini dilakukan kepada seluruh perlakuan dan dihitung
menggunakan rumus sebagai berikut :
Rendemen arang = berat arang
berat bahan baku× 100%
Berikut merupakan data hasil analisa rendemen arang dari pelepah aren yang dilakukan pada suhu 400, 500, dan 600 0C selama 1 jam.
Dari kajian ini diperoleh grafik hubungan antara suhu aktivasi, jenis aktivator, dan % rendemen sebagai berikut: