BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pembuatan Karbon Aktif dari Ampas Tebu
4.1.3. Hasil Proses Aktivasi Karbon
Setelah melakukan pencampuran karbon dengan activating agent KOH, slurry yang terbentuk dimasukkan ke dalam reaktor aktivasi untuk tahap aktivasi. Berikut ini gambar reaktor aktivasi yang digunakan.
Gambar 4.4. Reaktor Aktivasi
Proses aktivasi ini dilakukan dengan cara pemanasan pada suhu tinggi tanpa adanya gas oksigen sehingga dialirkan gas inert berupa nitrogen ke dalam reaktor aktivasi. Oksigen pada proses aktivasi ini ditiadakan karena oksigen yang bersifat oksidatif akan membakar atau mengikis karbon sampai habis atau tak terkontrol sehingga struktur pori-pori karbon bisa rusak dan bahan baku berupa karbon akan hilang pada hasil akhir karbon aktif. Kerusakan struktur pori-pori karbon ini dapat menghasilkan luas permukaan karbon aktif yang rendah. Pada proses aktivasi ini, diharapkan yang membakar karbon ialah KOH selaku activating agent.
Proses aktivasi ini dilakukan pada suhu 600oC, 700oC, dan 800oC selama ½ jam dan 1 jam. Pemilihan variasi ini mengacu pada penelitian Kalderis (2008) mengenai pembuatan karbon aktif dari ampas tebu dimana hasil tertinggi diperoleh dari variasi suhu aktivasi 700oC selama ½ jam. Pemilihan suhu dan waktu merupakan parameter penting sewaktu proses aktivasi terkait bahan baku yang digunakan dan pembentukan struktur pori-pori. Ampas tebu merupakan salah satu material yang mengandung karbon dalam jumlah yang cukup/sedang. Pada suhu dan waktu tertentu, activating agent akan bereaksi dengan karbon sehingga membentuk pori-pori. Jika suhu yang digunakan terlalu rendah, dikhawatirkan karbon dengan activating agent tidak bereaksi optimal bahkan belum bereaksi sehingga pori-pori yang dihasilkan hanya sedikit. Namun bila
Universitas Indonesia
suhu yang digunakan terlalu tinggi pula akan merusak struktur pori-pori karbon sewaktu aktivasi. Menurut Teng (2000), suhu di atas 800oC, memungkinkan terjadinya pemutusan ikatan matriks karbon yang mengakibatkan kerusakan pada struktur karbon sehingga porositas tereduksi. Selain itu, waktu juga mempengaruhi pembentukan pori-pori pada karbon. Lama waktu yang terlalu rendah akan menyebabkan activating agent dengan karbon tidak bereaksi secara optimal. Sedangkan waktu yang terlalu panjang juga akan menyebabkan karbon hilang atau habis bereaksi sewaktu aktivasi. Maka dari itu, pada penelitian ini dipilih variasi suhu dan waktu tersebut agar dapat diketahui kondisi optimum untuk menghasilkan luas permukaan yang tinggi. Tabel 4.3. menunjukkan hasil pengamatan kondisi selama proses aktivasi untuk semua sampel aktivasi dengan KOH pada suhu aktivasi 600oC, 700oC, 800oC dan waktu aktivasi ½ jam dan 1 jam.
Tabel 4.3. Hasil Pengamatan selama Proses Aktivasi
Suhu, oC Keterangan
30 Mengalirkan gas N2 ke reaktor selama 10 menit 30-200 Mulai keluar asap putih
200-400 Asap putih yang keluar semakin banyak 400-600 Asap putih yang keluar berkurang 600/700/800 Tidak ada asap putih yang keluar
600/700/800 - 200 Menurunkan suhu dengan tetap mengalirkan gas N2 ; tidak terjadi apapun secara visual
200-30
Menurunkan suhu dengan tetap mengalirkan gas N2 ; tidak terjadi apapun secara visual; mematikan reaktor sampai reaktor tidak terlalu panas dan mengeluarkan sampel.
Berdasarkan hasil pengamatan, semua variasi tidak menunjukkan perilaku yang berbeda kecuali pada aktivasi secara fisika yang hanya dilakukan pemanasan tanpa dicampur dengan KOH. Pada aktivasi fisika, asap putih yang keluar tidak banyak karena yang dimasukkan ke dalam reaktor aktivasi hanya karbon tanpa ditambah zat kimia. Asap putih yang sedikit ini menandakan bahwa dalam karbon
tersebut masih terdapat sedikit material volatil yang dapat menguap/hilang pada suhu di atas suhu karbonisasi (400oC). Pada Tabel 4.3. dapat dilihat bahwa pada suhu 30 sampai 200oC kemudian 200oC-600oC, timbul asap putih yang keluar dari reaktor menandakan bahwa pada suhu tersebut terjadi penguapan zat-zat volatil yang terkandung dalam karbon. Lalu pada suhu 600oC, 700oC, dan 800oC, asap putih sudah tidak keluar lagi karena karbon telah bereaksi dengan KOH. Ini menandakan bahwa proses aktivasi karbon telah berjalan.
Setelah proses aktivasi ini berjalan, didapatkan produk karbon aktif. Produk karbon aktif yang dihasilkan berupa serbuk berwarna hitam. Pada produk karbon aktif hasil aktivasi kimia, terdapat sedikit serbuk putih seperti kapur. Ini menunjukkan bahwa reaksi karbon dengan KOH menghasilkan senyawa karbonat/kapur. Pada aktivasi kimiawi dengan KOH melibatkan reaksi kimia berikut ini (Sudibandriyo, 2008) :
4 KOH + C ↔ 4 K + CO2 + 2 H2O (4.1)
6 KOH + 2 C ↔ 2 K + 3 H2 + 2 K2CO3 (4.2)
4 KOH + 2 CO2 ↔ 2 K2CO3 + 2 H2O (4.3)
Selain menghasilkan senyawa karbonat, proses aktivasi ini juga menghasilkan CO2 yang berdifusi pada permukaan karbon, yang memungkinkan bereaksi dengan KOH yang masih ada membentuk senyawa karbonat lagi. Reaksi di atas juga mengeluarkan air karena KOH merupakan dehydrating agent / bersifat mendehidrasi. Pada proses aktivasi ini karbon akan bereaksi dengan KOH sehingga karbon akan terkikis (membentuk lubang) menghasilkan pembentukan pori-pori. Pembentukan pori-pori ini akan memperbesar luas permukaan karbon aktif yang diperoleh.
Pada proses aktivasi, dilakukan pemanasan yang mengakibatkan terjadinya pengikisan karbon dan akan menyebabkan pengurangan massa karbon awal baik yang telah terimpregnasi maupun yang tidak terimpregnasi (pada aktivasi fisika). Tabel 4.4. berikut menunjukkan perubahan massa sebelum aktivasi dan setelah aktivasi.
Universitas Indonesia
Tabel 4.4. Persentase Kehilangan Sebelum dan Setelah Aktivasi
Aktivasi Suhu Aktivasi, o C Waktu Aktivasi (menit) Massa karbon (gram) Massa yang masuk reaktor (gram) Massa yang keluar reaktor (gram) % Kehilangan Kimiawi 600 30 20,02 149,54 52,75 64,73 60 20,00 182,00 52,57 71,12 700 30 20,02 150,00 68,24 54,51 60 20,02 155,00 60,00 61,29 800 30 20,01 142,00 37,00 73,94 60 20,02 219,33 55,00 74,92 Fisika 700 60 20,01 13,59 32,08
Pada Tabel 4.4. dapat dilihat bahwa pada aktivasi dengan KOH, dapat dilihat bahwa massa karbon aktif yang keluar dari reaktor lebih besar dari pada massa karbon ampas tebu sebelum pencampuran dengan KOH. Hal ini mengindikasikan bahwa KOH telah berinteraksi dengan karbon karena adanya penambahan activating agent yaitu KOH pada karbon sebelum tahap aktivasi. Selain itu, diperoleh pula persentase massa yang hilang cukup besar antara campuran karbon dan KOH dengan karbon aktif yang keluar reaktor. Ini mengindikasikan bahwa telah terjadi penguapan air yang terkandung pada campuran larutan KOH dengan karbon dan penghilangan senyawa-senyawa volatil yang masih terkandung pada bahan dasar sewaktu pemanasan/aktivasi. Persentase massa yang hilang untuk aktivasi fisika lebih sedikit/tidak sebesar pada aktivasi dengan KOH karena karbon terkikis hanya oleh pemanasan tanpa adanya agen pengoksidasi. Pada aktivasi kimiawi dengan KOH, persentase kehilangan massa cenderung bertambah seiring kenaikan suhu dan waktu. Persentase kehilangan massa terbesar terjadi pada variasi suhu 800oC selama 1 jam dengan persen kehilangan sebesar 74,92 %. Hal ini terjadi karena semakin tinggi suhu dan waktu, pemanasan akan semakin besar dan lama, sehingga degradasi material karbon dan pelepasan material-material volatil lebih banyak.