4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.3 Karakteristik Karbon Aktif dari Limbah Padat Agar
Pembuatan karbon aktif meliputi dua tahapan utama, yaitu karbonisasi dan aktivasi. Karbonisasi adalah proses penguraian selulosa organik menjadi unsur karbon dan pengeluaran unsur non karbon yang berlangsung pada suhu sekitar 600-700 oC (Djatmiko et al. 1985). Proses karbonisasi pada penelitian dilakukan
dengan cara memanaskan sampel limbah agar di atas kompor listrik hingga sampel berwarna kehitaman seperti arang.
Tahapan selanjutnya dalam pembuatan arang aktif adalah aktivasi. Proses aktivasi bertujuan untuk membersihkan pori-pori arang yang dapat meningkatkan luas permukaannya (Djatmiko et al. 1985). Aktivasi yang dilakukan pada
penelitian ini adalah aktivasi kimia dengan menggunakan larutan aktivator H3PO4, ZnCl2 dan KOH. Larutan aktivator ini memiliki efek dehydrating agent yang dapat memperbaiki pengembangan pori di dalam struktur karbon (Suhendra dan Gunawan 2010). Karbon aktif hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 6.
(a) (b)
(c)
(a) aktivator H3PO4, (b) aktivator ZnCl2, (c) aktivator KOH Gambar 6 Karbon aktif hasil penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui jenis aktivator yang terbaik dalam proses pembuatan karbon aktif dari limbah padat agar. Karbon aktif hasil penelitian juga dikarakterisasi untuk mengetahui kualitas karbon aktif yang dihasilkan. Karakterisasi ini meliputi kadar air, kadar abu, kadar zat yang mudah menguap, kadar karbon aktif murni dan daya serap terhadap iod.
Rendemen karbon aktif adalah parameter yang digunakan untuk mengetahui persentase bobot karbon aktif yang dihasilkan dari bahan baku awal. Rendemen ini biasanya menjadi parameter yang diperhatikan untuk sisi ekonomis suatu bahan. Menurut Pari et al. (2008), rendemen karbon aktif dipengaruhi oleh waktu
aktivasi, suhu aktivasi dan adanya penambahan larutan aktivator.
Peningkatan suhu dan waktu aktivasi mampu mengakibatkan terjadinya reaksi antara karbon dengan uap air. Reaksi ini cenderung meningkat dengan semakin tingginya suhu dan lamanya waktu aktivasi sehingga karbon yang bereaksi menjadi CO2 dan H2 dalam satuan waktu menjadi banyak, sebaliknya karbon yang dihasilkan semakin sedikit (Djatmiko et al. 1985). Hasil penelitian
Nilai rendemen karbon aktif hasil penelitian disajikan pada Gambar 7.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata (p < 0,05) terhadap rendemen
Gambar 7 Nilai rendemen karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Rendemen karbon aktif dengan aktivator H3PO4, ZnCl2, dan KOH berturut- turut adalah 77,60%, 87,19%, dan 74,32%. Nilai rendemen hasil penelitian sesuai dengan hasil penelitian Pari dan Hendra (2006), dimana rendemen karbon aktif
0 20 40 60 80 100 120 Re n d em en ( % ) Jenis Aktivator 77,60 ±17,12a H3PO4 ZnCl2 KOH 74,32 ± 12,44a 87,19 ± 11,92a
dari kayu mangium dengan aktivasi kimia berkisar antara 67,40-99,40%. Berdasarkan hasil analisis ragam rendemen (Lampiran 5) pada tingkat kepercayaan 95% menunjukkan bahwa jenis aktivator yang digunakan tidak mempengaruhi rendemen karbon aktif yang dihasilkan.
Aktivator yang ditambahkan bertujuan untuk membuka pori-pori arang. Sirait dan Sisillia (2008) menyatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi aktivator maka akan semakin banyak pori-pori yang terbuka melalui proses erosi pada permukaan karbon aktif sehingga rendemen karbon aktif yang dihasilkan lebih rendah. Wijayanti (2009) juga menyatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi aktivator maka akan menurunkan rendemen karbon aktif. Hal ini karena bahan kimia yang ditambahkan dapat memperlambat laju reaksi pada proses oksidasi. Secara keseluruhan, bahan aktivator merupakan oksidator lemah sehingga rendemen karbon aktif yang dihasilkan lebih rendah.
Karakteristik lain yang menentukan kualitas karbon aktif adalah kadar air. Pengujian kadar air bertujuan untuk mengetahui tingkat higroskopisitas arang. Diagram batang karakteristik kadar air karbon aktif disajikan pada Gambar 8.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata (p < 0,05) terhadap kadar air
Gambar 8 Nilai kadar air karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Kadar air karbon aktif dengan aktivator H3PO4, ZnCl2, dan KOH berturut- turut adalah 2,97%; 3,31%; dan 3,15%. Kadar air yang dihasilkan dari penelitian ini telah memenuhi standar SNI-06-3730-1995 mengenai mutu karbon aktif.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 K ad ar Air ( % ) Jenis Aktivator H3PO4 2,97 ± 0,48a 3,31 ± 0,27a 3,15 ± 0,29a ZnCl2 KOH
Standar SNI untuk kadar air karbon aktif serbuk adalah tidak melebihi 15%, sedangkan untuk karbon aktif butiran adalah maksimal 4,4%. Nilai kadar air hasil penelitian sesuai dengan hasil penelitian Budiono et al. (2009), dimana kadar air
karbon aktif dari tempurung kelapa dengan aktivator H3PO4 yaitu 3,35%.
Berdasarkan analisis ragam kadar air (Lampiran 6) pada selang kepercayaan 95% menunjukkan bahwa perbedaan larutan aktivator tidak memberikan pengaruh terhadap karakteristik kadar air karbon aktif. Kadar air pada karbon aktif dipengaruhi oleh kandungan air sampel sebelum aktivasi. Kadar air yang rendah diduga karena kandungan air yang terikat pada bahan telah menguap ketika proses karbonisasi. Wijayanti (2009) menyatakan bahwa kadar air rendah dapat juga disebabkan adanya reaksi antara H2O yang terdapat pada karbon aktif dengan CO sehingga menghasilkan gas CO2 dan H2O selama proses pemanasan.
Parameter uji selanjutnya yaitu kadar abu. Pengujian kadar abu ini penting dilakukan karena abu merupakan salah satu pengotor pada karbon aktif sehingga dapat mempengaruhi kualitasnya. Nilai kadar abu karbon aktif hasil penelitian dsajikan pada Gambar 9.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata (p < 0,05) terhadap kadar abu
Gambar 9 Nilai kadar abu karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Gambar 9 menunjukkan bahwa kadar abu karbon aktif dengan aktivator H3PO4, ZnCl2, dan KOH berturut-turut adalah 66,62%; 68,21%; dan 89,72%. Berdasarkan SNI-06-3730-1995, nilai ini melebihi standar yang telah ditetapkan.
0 20 40 60 80 100 K ad ar ab u ( % ) Jenis Aktivator 66,62 2,19a H3PO4 ZnCl2 KOH 68,21 ± 1,19a 89,72 ± 2,35b
Karbon aktif yang baik memiliki kadar abu maksimal 10% untuk karbon aktif serbuk dan 2,5% untuk karbon aktif butiran. Nilai kadar abu ini lebih besar dibandingkan hasil penelitian Budiono et al. (2009) yang membuat karbon aktif
dari tempurung kelapa dengan nilai kadar abu 0,62%. Hasil analisis ragam (Lampiran 7) menunjukkan pada selang kepercayaan 95% menunjukkan bahwa perbedaan aktivator memberikan pengaruh terhadap karakteristik kadar abu karbon aktif.
Gambar 9 menunjukkan bahwa karbon aktif dengan aktivator KOH memiliki kadar abu yang berbeda nyata dengan perlakuan lainnya. Hal ini disebabkan H3PO4 dan ZnCl2 merupakan asam organik dan garam yang memiliki kemampuan lebih baik dalam mengikat zat pengotor dalam pori-pori arang, meskipun kadar abu yang dihasilkan tidak memenuhi standar karbon aktif. Irawaty et al. (2010) menyatakan bahwa KOH mempunyai kemampuan yang
lebih lemah untuk membuka pori-pori arang jika dibandingkan ZnCl2 dan H3PO4 sehingga hanya menghasilkan karbon aktif dengan mikropori. Hal ini berarti masih banyak abu dan zat pengotor yang tidak hilang selama pencucian sehingga nilai kadar abunya tinggi.
Kadar abu yang tinggi juga dipengaruhi oleh bahan baku yang digunakan. Hasil karakterisasi limbah padat agar-agar menunjukkan kadar abu sampel adalah 42,15%. Kadar abu yang tinggi juga dipengaruhi oleh proses pengarangan. Proses pengarangan saat penelitian dilakukan di ruangan terbuka sehingga terjadi kontak udara yang mengakibatkan proses pembentukan arang menjadi tidak sempurna dan kemungkinan terbentuknya abu juga semakin besar (Wijayanti 2009).
Parameter uji selanjutnya adalah kadar zat yang mudah menguap yang bertujuan untuk mengetahui kandungan senyawa yang belum menguap pada proses karbonisasi dan aktivasi tetapi menguap pada suhu 950 oC. Diagram batang karakteristik zat mudah menguap disajikan pada Gambar 10.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata (p < 0,05) terhadap kadar zat mudah menguap
Gambar 10 Nilai kadar zat mudah menguap karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Gambar 10 menunjukkan bahwa kadar zat mudah menguap karbon aktif dengan aktivator H3PO4, ZnCl2, dan KOH berturut-turut adalah 5,99%; 7,33%; dan 5,33%. Nilai ini telah memenuhi standar SNI-06-3730-1995 karena kurang dari 25%. Kadar zat mudah menguap hasil penelitian lebih rendah jika dibandingkan hasil penelitian Pari dan Hendra (2006), dimana karbon aktif dari kayu mangium memiliki kadar zat mudah menguap sekitar 6,08-11,70%.
Berdasarkan hasil analisis ragam (Lampiran 9) pada selang kepercayaan 95% menunjukkan bahwa perbedaan larutan aktivator tidak memberikan pengaruh terhadap nilai zat mudah menguap karbon aktif. Pari et al. (2008) menyatakan
bahwa kadar zat mudah menguap dipengaruhi oleh suhu aktivasi. Semakin tinggi suhu aktivasi maka cenderung menurunkan zat mudah menguap. Hal ini karena pada suhu tinggi penguraian senyawa nonkarbon berlangsung dengan sempurna. Besarnya kadar zat mudah menguap menunjukkan bahwa permukaan karbon aktif masih ditutupi oleh senyawa bukan karbon.
Karbon aktif merupakan suatu padatan yang mengandung unsur karbon. Kadar karbon aktif murni atau kadar karbon terikat adalah suatu parameter untuk mengetahui kandungan karbon setelah karbonisasi. Diagram batang kadar karbon aktif murni disajikan pada Gambar 11.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K ad ar z at m u d ah m en gu ap ( % ) Jenis Aktivator 5,99 2,02a H3PO4 ZnCl2 KOH 7,33 ± 1,15a 5,33 ± 0,58a
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata (p < 0,05) terhadap kadar karbon aktif murni
Gambar 11 Nilai kadar karbon aktif murni dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Hasil penelitian menunjukkan kadar karbon aktif murni perlakuan aktivator H3PO4, ZnCl2, dan KOH berturut-turut adalah 27,4%; 24,45%; dan 4,95%. Nilai- nilai ini lebih rendah jika dibandingkan hasil penelitian Pari dan Hendra (2006) yang menghasilkan karbon aktif dari kayu mangium dengan kadar karbon aktif murni sekitar 54,60-79,70%. Berdasarkan hasil analisis ragam (Lampiran 10) pada selang kepercayaan 95% menunjukkan bahwa perbedaan aktivator memberikan pengaruh terhadap karakteristik kadar karbon aktif murni.
Gambar 11 menunjukkan bahwa karbon aktif dengan aktivator KOH memiliki kadar karbon aktif murni yang paling rendah dan juga berbeda nyata dengan karbon aktif lainnya. Larutan KOH memiliki kemampuan untuk membersihkan pori-pori yang lebih lemah dibandingkan aktivator lainnya sehingga menghasilkan kadar abu yang tinggi dan kadar zat menguap yang cukup rendah (Irawaty et al. 2010). Semakin besar kadar zat mudah menguap dan kadar
abu maka kadar karbon terikat akan semakin rendah (Pari et al. 1996).
Parameter lainnya yang diujikan adalah daya serap iodin. Daya serap iodin ditunjukkan dengan besarnya bilangan iod (iodine number) yaitu angka yang
menunjukkan seberapa besar adsorben dapat mengadsorpsi iod. Daya serap iodin berkorelasi dengan luas permukaan arang aktif karena semakin besar daya serap iod maka semakin besar dalam kemampuan dalam mengadsorpsi larutan atau
0 5 10 15 20 25 30 35 K ad ar k ar b on ak tif m u rn i (% ) Jenis Aktivator H3PO4 ZnCl2 KOH 27,40 ± 3,46b 24,45 ± 2,20b 4,95 ± 1,79a
substrat tersebut (Budiono et al. 2007). Nilai daya serap iod karbon aktif disajikan
padan Gambar 12.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata (p < 0,05) terhadap daya serap iod
Gambar 12 Nilai daya serap iod karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda Gambar 12 menunjukkan daya serap iodin karbon aktif dengan aktivator H3PO4, ZnCl2 dan KOH berturut-turut adalah 143,67 mg/g; 186,89 mg/g; dan 111,66 mg/g. Nilai ini masih belum memenuhi standar SNI-06-3730-1995 karena nilainya masih dibawah 750 mg/g. Nilai yang didapat juga lebih rendah dibandingkan hasil penelitian Budiono et al. (2009) yang membuat karbon aktif
dari tempurung kelapa dengan daya serap iod sebesar 1275,3 mg/g.
Hasil analisis ragam (Lampiran 12) menunjukkan bahwa pada selang kepercayaan 95% perbedaan jenis larutan aktivator tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap kemampuan daya serap iodin. Besarnya daya serap iodin berkaitan dengan terbentuknya pori pada karbon aktif yang semakin banyak seiring dengan bertambahnya waktu aktivasi. Daya serap iodin juga berhubungan dengan pola struktur mikropori yang terbentuk dan mengindikasikan besarnya diameter pori-pori karbon aktif tersebut yang hanya mampu dimasuki oleh molekul dengan diameter kurang dari 10 Å (Pari 2002).
Berdasarkan hasil karakterisasi dapat ditentukan bahwa karbon aktif terbaik adalah karbon aktif dengan aktivator H3PO4. Hal ini terlihat dari kadar karbon aktif murni yang tertinggi. Karbon aktif dengan aktivator H3PO4 juga memiliki daya serap iod yang tinggi dan tidak berbeda nyata dengan perlakuan
0 50 100 150 200 250 Daya se rap iod ( m g/g) Jenis Aktivator H3PO4 ZnCl2 KOH 143,67 ± 67,10a 186,89 ± 23,68a 111,66 ± 11,94a
lainnya. Pari et al. (2008) menyatakan aktivator H3PO4 memiliki keunggulan dibandingkan dengan ZnCl2. Hal ini karena ZnCl2 bersifat korosif dan dapat mengeluarkan gas khlor, meskipun rendemen dan daya serap iodnya tidak berbeda nyata. Hasil penelitian Budiono et al. (2007) juga menunjukkan bahwa aktivator
H3PO4 menghasilkan karakteristik karbon aktif yang lebih baik dibandingkan dengan aktivator H2SO4. Aktivator H2SO4 diduga dapat merusak dinding struktur dari arang sehingga karakteristik karbon aktif yang dihasilkan kurang optimal.
