TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Proses Pembuatan Karbon Aktif
Pembuatan karbon aktif dengan proses pirolisis menggunakan injeksi nitrogen dan proses fisika dengan injeksi karbon dioksida pada suhu tinggi yang
12 Universitas Sumatera Utara bertujuan memperbanyak pori dan membuat porositas baru sehingga karbon aktif mempunyai daya serap tinggi. Faktor – faktor yang mempengaruhi aktifasi :
a. Waktu pemanasan, Bila waktu pemanasan diperpanjang maka reaksi pirolisis makin sempurna sehingga hasil arang semakin turun tetapi cairan dan gas makin meningkat.
b. Suhu pemanas juga berpengaruh terhadap hasil arang. Karena semakin tinggi suhu arang yang diperoleh makin berkurang tapi hasil cairan dan gas semakin meningkat.
c. Kadar air umpan besar sekali pengaruhnya, bila kadar air umpan tinggi pembakaran dalam retort kurang baik jalannya dan bara yang terbentuk mudah mati sehingga makin panjang waktu yang diperlukan.
d. Ukuran bahan berpengaruh sekali pada perataan panas. Makin kecil ukuran bahan makin cepat perataan keseluruhan umpan sehingga pirolisis berjalan lebih sempurna [17].
2.6.1 Proses Aktifasi
Aktifasi adalah suatu perubahan fisika dimana luas permukaan karbon menjadi lebih besar karena hidrokarbon yang menyumbat pori-pori terbebaskan. Pada proses karbonisasi dan pirolisis maka daya adsorpsi karbon tergolong masih rendah dimana masih terdapat residu yang menutupi permukaan pori dan pembentukan pori. Maka dari itu, perlu dilakukan aktifasi untuk meningkatkan luas permukaan dan daya adsorpsi karbon aktif [31]. Proses aktifasi dapat dilakukan sebelum proses karbonisasi atau setelah karbonisasi. Aktifator ditambahkan untuk mengikat karbon serta sebagian besar hydrogen yang terikat pada titik-titik yang tidak jenuh.
Akibatnya kelompok - kelompok molekul yang sangat besar dari atom karbon yang terikat satu sama lainnya akan ditembus oleh lubang-lubang sebesar molekul yang membentuk rongga dan melaluinya disinilah proses adsorbsi terjadi [30].
2.6.2 Proses Aktifasi Fisika
Aktifasi fisika yakni pengaktifan arang atau karbon dengan menggunakan panas, uap, dan CO2 dengan suhu tinggi dalam sistem tertutup tanpa udara sambil dialiri gas inert [32]. Metode aktifasi fisika terdiri dari karbonisasi bahan baku dalam
13 Universitas Sumatera Utara suasana inert. Dimana, pertama perlakuan panas seperti pirolisis dan karbonisasi yang dilakukan pada suhu 1100 oC. Dalam proses ini bahan – bahan yang tidak diinginkan akan menguap dan yang kedua proses aktifasi dengan cara mengalirkan gas karbon dioksida dan uap untuk perlakuan pada char untuk membuat pori – pori pada karbon [33].
Pada aktivasi secara fisika, karbon dipanaskan pada suhu sekitar 800 - 1000 oC dan dialirkan gas pengoksidasi seperti uap air, oksigen, atau CO2. Gas pengoksidasi akan bereaksi dengan karbon dan melepaskan karbon monoksida dan hidrogen untuk gas pengoksidasi berupa uap air. Senyawa-senyawa produk samping akan terlepas pada proses ini sehingga akan memperluas pori dan meningkatkan daya adsorpsi.
Gasifikasi karbon terjadi dengan uap air dan CO2 terjadi melalui reaksi bersifat endotermis berikut ini [22].
C + CO2 → 2CO (159 kJ/ mol)
Karbon aktif yang dihasilkan dari metode aktifasi fisika memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh waktu aktifasi, suhu aktifasi dan komposisi zat aktifasi dalam pembuatan karbon aktif. Adapun persiapan dalam pembuatan karbon aktif dengan aktifasi fisik terdiri dari pirolisis bahan baku, yaitu pemanasan dalam oksigen atmosfer dan hasil karbon aktif berupa padat (char). Selanjutnya diperlakukan pada suhu tinggi dengan agen oksidasi, seperti uap, CO2 atau udara [34].
Aktifasi fisika terdiri dari 2 tahap;
(I) Karbonisasi: Material dengan kandungan karbon yang di pirolisis pada suhu antara 600 - 900°C, tanpa oksigen (biasanya dalam suasana inert dengan gas seperti argon atau nitrogen).
(II) Aktifasi/ Oksidasi: bahan baku atau bahan yang telah dikarbonisasi dioksidasi atmosfer (karbon monoksida, oksigen, atau steam) pada suhu di atas 250°C, biasanya dalam kisaran suhu 600 - 1200°C.
2.6.3 Proses Aktifasi Kimia
Aktifasi kimia yakni pengaktifan arang atau karbon dengan menggunakan bahan - bahan kimia sebagai activating agent yang dilakukan dengan cara merendam arang dalam larutan kimia, seperti ZnCl2, KOH, HNO3, H3PO4, dan sebagainya [32].
14 Universitas Sumatera Utara Proses aktifasi kimia paling umum digunakan dalam pembuatan karbon aktif dan melibatkan dua langkah utama, yaitu proses pemanasan dan proses penambahan bahan kimia pada saat perendaman bahan baku. Proses pemanasan biasanya membutuhkan panas lebih sedikit dibandingkan proses aktifasi fisika. Selama penambahan bahan kimia, bahan kimia yang yang ditambahkan dengan tujuan meningkatkan luas permukaan atau ukuran struktur berpori dalam bahan karbon aktif [35].
2.6.4 Pirolisis
Pirolisis adalah proses thermal yang memanaskan tanpa menggunakan oksigen. Keuntungan utama dari pirolisis adalah bahwa ia memiliki potensi untuk memulihkan nilai energi dan limbah kimia dengan menghasilkan produk berpotensi berharga dari proses pirolisis [7]. Pirolisis atau devolatilisasi adalah proses fraksinasi material oleh suhu. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 °C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, dan volatile matters pada sampel akan pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap mengandung tar dan polyaromatichydrocarbon. Tapi untuk mengahasilkan arang yang lebih bagus menggunakan suhu berkisar 300 – 700oC yang disebut biochar, dimana gas akan menguap dan sisanya dapat dijadikan pirolisis cair [36].
Pirolisis berlangsung secara tiga tahap. Tahap pertama, pra-pirolisis, terjadi antara 120 - 200 °C dengan sedikit berat massa yang hilang, ketika beberapa perubahan, seperti pemutusan ikatan, munculnya radikal bebas dan pembentukan gugus karbonil berlangsung, dengan mengeluarkan air (H2O), karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2). Tahap kedua adalah proses pirolisis utama, di mana terjadi dekomposisi padatan, disertai dengan penurunan berat massa yang signifikan dari biomassa awal. Tahap terakhir adalah devolatilisasi arang terus menerus, yang disebabkan oleh pemutusan ikatan lanjut CH dan CO. Berdasarkan waktu suhu reaksi, laju pemanasan dan tempat tinggal, pirolisis dapat diklasifikasikan ke dalam pirolisis lambat, pirolisis cepat dan flash pirolisis [37].
15 Universitas Sumatera Utara 2.7 PEMANAS MICROWAVE
Microwave merupakan pemanas dengan prinsip kerjanya menggunakan gelombang mikro yang berfrekuensi 2450 MHz. Microwave biasa digunakan untuk memanaskan bahan makanan dan alat medis. Pemanas yang dihasilkan dari microwave berasal dari dua efek yaitu glombang radio dan gelombang mikro.
Apabila bahan baku yang mengandung air saat dipanaskan dengan microwave akan terjadi gesekan yang mengakibatkan panas [38].
Pemanasan yang sebagian besar berasal dari energi dari gelombang mikro.
Gelombang mikro mengantarkan energi secara langsung ke sampel secara radiasi dengan kecapan cahaya tanpa konduksi dan konveksi pada pemanasan konvensional [39]. Pemanasan microwave memiliki kelebihan yang mana yaitu kenaikan suhu sangat cepat, distribusi suhu seragam dan menghemat energi sehingga dapat meningkatkan laju produksi, lebih efisien dan menghemat waktu [8].