TINJAUAN PUSTAKA
2.6. Karbon Aktif Sebagai Adsorben
Karbon aktif secara komersial diketahui pertama kali karena penggunaannya sebagai topeng uap pada perang dunia I. Penerapan secara komersil arang kayu digunakan dalam sebuah pabrik gula di Inggris [22]. Karbon aktif merupakan adsorben terbaik dalam sistem adsorpsi. Ini dikarenakan arang aktif memiliki luas permukaan yang besar dan daya adsorpsi yang tinggi sehingga pemanfaatannya dapat optimal. Karbon aktif yang baik harus memiliki luas permukaan yang besar sehingga daya adsorpsinya juga besar. Luas permukaan karbon aktif umumnya berkisar antara 300–3000 m2/g dan ini terkait dengan struktur pori pada karbon aktif tersebut. Karbon aktif adalah material berpori dengan kandungan karbon 87%-97% dan sisanya berupa hidrogen, oksigen, sulfur, dan material lain. Karbon aktif merupakan karbon yang telah diaktivasi sehingga terjadi pengembangan struktur pori yang bergantung pada metode aktivasi yang digunakan. Struktur pori menyebabkan ukuran molekul teradsorpsi terbatas, sedangkan bila ukuran partikel tidak masalah, kuantitas bahan yang diserap dibatasi oleh luas permukaan karbon aktif [22]. Perbedaan antara arang dan arang aktif adalah pada bagian permukaannya. Bagian permukaan arang masih ditutupi oleh deposit hidrokarbon yang menghalangi keaktifannya, sementara bagian permukaan arang aktif relatif bebas dari deposit dan permukaannya lebih luas serta pori–pori
yang terbuka sehingga dapat melakukan penyerapan. Kemampuan adsorpsi arang aktif tidak hanya bergantung pada luas permukaannya saja tetapi juga struktur dalam pori-pori arang aktif, karakteristik permukan dan keberadaan grup fungsional pada permukaan pori [26].
Gambar 2.7. Karbon Aktif
Karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari cangkang kelapa. Adapun sifat dari adsorben karbon aktif yang digunakan adalah sebagai berikut.
Tabel 2.1. Sifat Adsorben Karbon Aktif [7]
No Sifat Adsorben Karbon Aktif Nilai Sifat Karbon Aktif
1 Massa Jenis 352,407 – 544,629 m3/Kg
2 Pore Volume 0,56 – 1,20 cm3/g
3 Diameter Rata-rata Pori 15-25 Å 4 Temperatur Regenerasi 100 140 oC
5 Ukuran Karbon Aktif 3 mm
2.6.1. Penggunaan Karbon Aktif
Karbon aktif terbagi atas 2 tipe yaitu karbon aktif sebagai pemucat dan karbon aktif sebagai penyerap uap. Karena hal tersebut maka karbon aktif banyak digunakan oleh kalangan industri. Adapun penggunaan karbon aktif secara umum dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.2. Penggunaan Karbon Aktif [7]
Penghilang warna dan bau pada
minuman 4x8, 4x12
3 Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah 4x8, 4x12, 4 Pembersih air Penghilang warna, bau,
Penghilang zat-zat warna, menyerap, proses penyaringan menjadi lebih sempurna
4x8, 4x12
7 Pelarut yang
digunakan kembali
Penarikan kembali sebagai pelarut
4x8, 4x12, 8x30
8 Pemurnian gas Menghilangkan sulfur, gas
beracun, bau busuk asap 4x8, 4x12 9 Katalisator Reaksi katalisator pengangkut
vinil chloride, vinil acetat 4x8, 4x30 10 Pengolahan pupuk Pemurnian, penghilangan bau 8x30
2.6.2. Jenis – jenis Karbon Aktif
Ukuran diameter pori untuk karbon fase cair umumnya mendekati atau lebih besar dari 30Å sedangkan untuk karbon fase gas umumnya diameter pori berukuran 10 sampai 25Å. Efektifitas karbon aktif biasanya ditentukan dengan test kimia yang sesuai dimana test tersebut dapat menyerap di bawah kondisi standar. Untuk fase gas biasanya digunakan CCl4 sedangkan untuk
fase cair digunakan adsorpsi iodin. Berdasarkan penggunaannya, karbon aktif terbagi menjadi 2 jenis yaitu :
2.6.2.1. Karbon Aktif untuk Fasa Cair
Karbon aktif untuk fasa cair biasanya berbentuk serbuk. Karbon aktif fasa cair biasanya berbentuk serbuk. Karbon aktif fasa cair biasanya dibuat dari bahan yang memiliki berat jenis rendah seperti kayu, batu bara, lignit, dan bahan yang mengandung lignin seperti limbah hasil pertanian. Karbon aktif jenis banyak digunakan untuk pemurnian larutan dan penghilangan rasa dan bau pada zat cair misalnya untuk penghilangan polutan berbahaya seperti gas amonia dan logam berbahaya pada proses pengolahan air.
2.6.2.2. Karbon Aktif untuk Fasa Uap
Karbon aktif untuk fasa uap biasanya berbentuk butiran/granula.
Karbon aktif jenis ini biasanya dibuat dari bahan yang memiliki berat jenis lebih besar seperti tempurung kelapa, batubara, cangkang kemiri, residu minyak bumi, karbon aktif jenis ini digunakan dalam adsorpsi gas dan uap misalnya adsorpsi emisi gas hasil pembakaran bahan bakar pada kendaraan seperti CO dan NOx. Pernyataan mengenai bahan baku yang digunakan dalam pembuatan karbon aktif untuk masing-masing jenis yang disebutkan bukan merupakan suatu keharusan, karena ada karbon aktif untuk fasa cair yang dibuat dari bahan yang mempunyai densitas besar seperti tulang, kemudian dibuat dalam bentuk granula dan digunakan sebagai pemucat larutan gula. Begitu pula dengan karbon aktif yang digunakan untuk fasa uap dapat diperoleh dari bahan yang memiliki densitas kecil, seperti serbuk gergaji.
2.6.2.3.Aktivasi Karbon Aktif
Proses aktivasi dilakukan untuk meningkatkan luas permukaan dan daya adsorpsi karbon aktif. Pada proses ini terjadi pelepasan hidrokarbon, tar, dan senyawa organik yang melekat pada karbon tersebut. Proses aktifasi terdapat 2 jenis yaitu :
1. Aktivasi Fisika Pada aktivasi secara fisika, karbon dipanaskan pada suhu sekitar 8001000 oC dan dialirkan gas pengoksida seperti uap air air,
oksigen/CO2. Gas pengoksida akan bereaksi dengan karbon dan melepaskan karbon monoksida dan hidrogen untuk gas pengoksida berupa uap air. Senyawasenyawa produk samping pun akan terlepas pada proses ini sehingga akan memperluas pori dan meningkatkan daya adsorpsi.
Klasifikasi karbon dengan uap air dan CO2 terjadi melalui reaksi bersifat endotermis berikut ini (Marsh, 2006).
C + H2O → CO + H2 ( 117 kj/mol) C + CO2 → 2 CO ( 159 kj / mol )
Sedangkan aktivasi fisika dengan oksigen melalui reaksi bersifat eksotermis berikut ini :
C + O2 → CO2 ( -406 kj / mol )
Proses aktivasi fisika terjadi pengurangan massa karbon dalam jumlah yang besar karena adanya pembentukan struktur karbon. Namun pada aktivasi fisika seringkali terjadi kelebihan oksida eksternal sewaktu gas pengoksida berdifusi pada karbon sehingga terjadi pengurangan ukuran adsorben. Selain itu, reaksi sulit dikontrol.
2. Aktivasi kimia, Proses aktivasi dilakukan dengan mempergunakan bahan kimia sebagai aktivating agent. Aktivasi arang ini dilakukan dengan merendam arang kedalam larutan kimia seperti NaCl, ZnCl2, KOH, KCl, dll. Sehingga bahan kimia akan meresap dan membuka permukaan arang yang semula tertutup oleh deposit tar.
Proses aktivasi karbon atau arang dipanaskan dengan suhu tinggi didalam sistem tertutup tanpa udara sambil dialiri gas inert. Saat ini terjadi proses lanjutan pemecahan atau peruraian sisa deposit tar dan senyawa hidrokarbon sisa karbonisasi keluar dari permukaan karbon sebagai akibat gas suhu tinggi dan adanya aliran gas inert, sehingga akan dihasilkan karbon dengan luas permukaan yang cukup luas atau disebut dengan arang aktif.
2.6.3. Pemilihan Karbon Aktif
Pada saat pemilihan karbon aktif yang dipakai untuk aplikasi, ada beberapa spesifikasi yang perlu diperhatikan [36] :
1. Kekerasan karbon aktif
Penggunaaan karbon aktif sebagai penyaringan air, maka kekerasan karbon aktif, atau kuatnya karbon aktif terhadap abrasi sangat berpengaruh pada hasil penyaringan.
2. Densitas karbon aktif
Densitas karbon aktif yang paling bagus adalah yang paling rendah, dimana dengan semakin kecil nilai densitas karbon aktif tersebut maka semakin banyak dan semakin rapat karbon aktif yang dipakai untuk memenuhi satu wadah dibandingkan dengan karbon aktif yang memiliki densitas yang tinggi.
3. Kadar iodine
Kadar iodine adalah suatu nilai yang sangat penting dilihat pada saat pemilihan untuk aplikasi adsorbsi, kadar iodine menunjukan seberapa besar pori-pori berukuran mikro yang terdapat dalam karbon aktif tersebut, atau total permukaan dalam karbon aktif. Untuk aplikasi adsorbsi ini penulis menggunakan karbon aktif dengan nilai iodine menengah.