PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF
DARI TEMPURUNG KELUWAK (Pangium edule) DENGAN AKTIVATOR H3PO4
PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF ACTIVATED CARBON FROM KELUWAK SHELLS (Pangium edule) WITH H3PO4 ACTIVATOR
Via Fitria, Siti Tjahjani
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya Jl. Ketintang Surabaya (60231), Telp. 031-8298761
Email :vhiisones@gmail.com
Abstrak. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik karbon aktif dari tempurung keluwak
dengan aktivator H3PO4 meliputi kadar air, kadar abu, kadar zat menguap, kadar karbon terikat, daya serap terhadap iodium dan daya serap terhadap benzena. Pembuatan karbon aktif tempurung keluwak dimulai dengan proses dehidrasi, kemudian karbonisasi tempurung keluwak pada suhu 700oC selama 1 jam dan dilanjutkan dengan proses aktivasi. Aktivasi karbon dilakukan dengan menggunakan variasi konsentrasi aktivator H3PO4 yaitu 5%, 7%, 9%, 11%, 13% dan waktu aktivasi selama 18, 20, 22, 24, 26, 28, dan 30 jam. Karbon aktif terbaik dihasilkan pada konsentrasi H3PO4 9% dan waktu aktivasi 24 jam. Karakteristik karbon aktif tempurung keluwak menunjukkan kadar air 4,1314%, kadar abu 1,0322%, kadar zat menguap 14,7426%, kadar karbon terikat 85,7173%, daya serap terhadap iodium 757,0781 mg/g, dan daya serap terhadap benzena 25,5735%.
Kata kunci: Tempurung keluwak, Karbon aktif, Aktivator H3PO4
Abstract. This study aims to investigate the characteristics of activated carbon from keluwak shells with
H3PO4 activator based on moisture content, ash content, levels of substance evaporates, fixed carbon content, absorption of iodine and benzene absorption. Activated carbon from keluwak shells production begins with the dehydration process, carbonization at 700 ° C for 1 hour and activation. Activation is done by using a variation H3PO4 activator concentration of 5%, 7%, 9%, 11%, 13%, and the activation time for 18, 20, 22, 24, 26, 28, and 30 hours. Best activated carbon produced with contentration of H3PO4 9% and activation time for 24 hours, yielding 4.1314% moisture content, ash content of 1.0322%, levels of substance evaporates 14.7426%, fixed carbon content 85.7173%, absorption of iodine 757.0781 mg/g, and absorption of benzene 25.5735%.
Keywords: Keluwak Shells, Activated Carbon, H3PO4 Activator.
PENDAHULUAN
Karbon aktif adalah karbon yang tak berbau, berwarna hitam, dan memiliki daya serap lebih besar daripada karbon tidak teraktivasi. Karbon aktif mempunyai luas permukaan yang besar disebabkan oleh tahap aktivasi. Semakin luas permukaan karbon aktif, maka daya serapnya semakin meningkat[1].
Keluwak (Pangium edule) adalah tanaman yang bermanfaat, salah satunya tempurung keluwak dapat dimanfaatkan menjadi bahan awal karbon aktif. Tempurung keluwak berwarna coklat muda dengan struktur keras. Struktur keras tersebut disebabkan karena tempurung keluwak memiliki berbagai komponen yaitu berupa selulosa, hemiselulosa dan lignin. Kandungan selulosa inilah yang
menyebabkan struktur tempurung keluwak mirip dengan struktur tempurung kelapa yang telah banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Semakin banyak kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin, maka akan semakin baik kualitas karbon aktif yang dihasilkan[2].
Tahap aktivasi karbon aktif dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu suhu karbonisasi, jenis aktivator, konsentrasi aktivator, dan waktu aktivasi. Aktivator yang baik digunakan untuk material lignoselulosa adalah aktivator yang bersifat asam, seperti ZnCl2 dan H3PO4, dibandingkan dengan aktivator yang bersifat basa, seperti KOH. Hal ini dikarenakan material lignoselulosa memiliki kandungan oksigen tinggi dan aktivator asam bereaksi dengan gugus fungsi yang mengandung oksigen[3]. Konsentrasi aktivator dan waktu aktivasi juga berpengaruh terhadap kualitas karbon aktif yang dihasilkan sehingga pada penelitian ini dipilih 5 titik variasi konsentrasi aktivator sebesar 5%, 7%, 9%, 11% dan 13% serta waktu aktivasi selama 18, 20, 22, 24, 26, 28 dan 30 jam. Karbon aktif yang telah dibuat kemudian dikarakterisasi.
BAHAN DAN METODE Alat
Beberapa alat yang digunakan antara lain: tanur, oven listrik, gelas ukur, buret, corong kaca, desikator, kertas saring Whatman, neraca digital, pH indikator, pipet ukur, ayakan 60 mesh, stirrer, Erlenmeyer, pipet tetes, dan cawan porselin.
Bahan
Bahan-bahan yang di butuhkan adalah tempurung keluwak, larutan H3PO4; larutan
iodin 0,1 N; akuades; larutan Na2S2O3 0,1 N;
larutan amilum 1%, larutan benzena.
Prosedur Penelitian Tahap Dehidrasi
Tempurung kluwak yang akan digunakan dicuci dari kotoran yang menempel, dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil dan dikeringkan dengan oven dengan suhu 110oC selama 1 jam.
Tahap Karbonisasi
Tempurung kluwak yang telah bersih dan kering dikarbonisasi dengan cara dipanaskan dalam tanur dengan suhu 700oC selama 1 jam kemudian digiling dan diayak dengan ayakan 60 mesh.
Tahap Aktivasi
Sebanyak 1 gram serbuk karbon direndam dengan aktivator H3PO4 5%, 7% dan 9%,
dibiarkan selama 18, 20, 22, 24, 26, 28 dan 30 jam dengan perbandingan 1:3 (b/b). Kemudian karbon aktif dicuci dengan akuades hingga netral dan dikeringkan pada suhu 105oC selama 24 jam. Karbon aktif yang dihasilkan diuji kemampuannya terhadap daya serap iodium untuk mengetahui waktu dan konsentrasi terbaik dari tahap aktivasi
Tahap Karakterisasi a. Kadar Air
Karbon aktif ditimbang ±1 gram kemudian dimasukkan ke dalam cawan porselen yang telah dikeringkan dan dipanaskan dalam oven pada suhu 105oC selama 3 jam. Karbon tersebut didinginkan di dalam desikator dan ditimbang hingga massanya konstan. Setelah itu dihitung kadar airnya berdasarkan persamaan 1.
Kadar air (%) = 100%...(1) Keterangan:
a = Massa karbon aktif mula-mula (gram) b = Massa karbon aktif akhir (gram)
b. Kadar Abu
Karbon aktif ditimbang ±1 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselen yang telah diketahui massanya. Kemudian karbon aktif dipanaskan dalam tanur pada suhu 700oC selama 6 jam. Kemudian
didinginkan di dalam desikator dan ditimbang hingga diperoleh massa yang konstan. Kadar abu dihitung berdasarkan persamaan 2.
Kadar abu (%) = 100%...(2) Keterangan:
a = Massa karbon aktif mula-mula (gram) b = Massa abu (gram)
c. Kadar Zat Menguap
Karbon aktif ditimbang ±1 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselen yang telah diketahui massanya. Cawan dipanaskan pada suhu 950oC dalam tanur selama 10 menit. Setelah itu dimasukkan dalam desikator dan ditimbang hingga massanya konstan. Kadar zat menguap dihitung berdasarkan persamaan 3.
Kadar zat menguap = 100%...(3) Keterangan:
a = Massa karbon aktif mula-mula (gram) b = Massa karbon aktif akhir (gram)
d. Kadar Karbon Terikat
Kadar karbon terikat diperoleh dari hasil pengurangan kadar abu dan kadar zat menguap dihitung dengan persamaan 4..
Kadar karbon terikat = 100% - (A+B)….(4) Keterangan:
A = Kadar abu (%)
B = Kadar zat menguap (%)
e. Daya Serap Terhadap Iodium
Karbon aktif ditimbang ±0,25 gram dan dicampurkan ke dalam 25 mL larutan Iodium 0,1 N. Campuran tersebut dikocok dengan
shaker selama 15 menit lalu disaring dan
filtratnya diambil sebanyak 10 mL. Filtrat dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0,1 N; apabila warna kuning pada larutan mulai samar, ditambahkan beberapa tetes larutan amilum 1% ke dalam larutan kemudian dititrasi kembali hingga warna biru tua menjadi bening atau tidak berwarna. = , ………(5) Keterangan:
I = Daya Serap Iodium (mg Iodin / g karbon aktif)
A = Volume Larutan Iodium (mL)
B = Volume Natrium Tiosulfat yang terpakai saat titrasi (mL)
C = Normalitas Natrium tiosulfat (N) D = Normalitas Iodium (N)
W = Massa karbon aktif (gram) Fp = Faktor pengenceran
12,693 = Jumlah iodin yang sesuai dengan 1 mL larutan Na2S2O3 0,1 N
f. Daya Serap Terhadap Benzena
Karbon aktif ditimbang ±1 gram, dimasukkan ke dalam cawan porselen yang sudah diketahui massanya. Kemudian cawan dimasukkan ke dalam desikator yang telah dijenuhkan dengan uap benzena selama 15 menit. Selanjutnya karbon aktif ditimbang kembali setelah dibiarkan pada desikator selama 24 jam, namun sebelumnya cawan dibiarkan di udara terbuka selama 5 menit agar uap benzena yang menempel pada cawan menghilang dan ditentukan daya serap terhadap benzena.
Daya Serap Benzena = ( ) 100%...(6) Keterangan:
a= Massa karbon aktif mula-mula (gram) b=Massa karbon aktif setelah mengadsorpsi benzena (gram)
HASIL DAN PEMBAHASAN Tahap Dehidrasi
Tahap dehidrasi menghasilkan tempurung keluwak dengan kadar air sebesar 15,8599%. Tahap ini bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terdapat dalam tempurung keluwak sehingga pada tahap karbonisasi diperoleh tempurung keluwak dengan kadar air yang rendah. Apabila kadar air dalam tempurung keluwak tinggi, karbonisasi tidak maksimal karena bara yang terbentuk mudah mati sehingga memerlukan waktu yang lama.
Tahap Karbonisasi
Hasil yang didapat dari tahap karbonisasi pada suhu 700oC selama 1 jam adalah tempurung keluwak yang awalnya berwarna coklat berubah seluruhnya menjadi hitam. Hal ini menunjukkan bahwa tempurung keluwak telah berubah menjadi karbon dengan
rendemen sebesar 35,5891%. Karbon dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna selulosa tempurung keluwak. Secara umum reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:
( ) + ( ) → ( )+ ( )+ ( ) Karbon dihaluskan dan diayak menggunakan ayakan 60 mesh yang akan memperluas area permukaan karbon.
Tahap Aktivasi
Pada tahap ini digunakan lima variasi konsentrasi larutan H3PO4 yaitu sebesar 5%, 7%,
9%, 11% dan 13%. Selain itu, terdapat faktor lain yang mempengaruhi tahap aktivasi yaitu waktu aktivasi. Pada tahap ini juga memberikan variasi terhadap waktu aktivasi karbon selama 18, 20, 22, 24, 26, 28 dan 30 jam. Karbon aktif yang didapat dari variasi konsentrasi aktivator dan waktu aktivasi tersebut kemudian diuji daya serap terhadap iodium seperti yang disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik Daya Serap Terhadap Iodium Karbon Aktif dengan Variasi Waktu Aktivasi dan Konsentrasi Aktivator H3PO4
Berdasarkan grafik tersebut, daya serap terhadap iodium mengalami peningkatan dari konsentrasi 5% hingga 9%, akan tetapi setelah konsentrasi 9% terjadi penurunan. Peningkatan tersebut disebabkan oleh semakin tinggi konsentrasi aktivator maka semakin kuat ikatan dengan senyawa sisa karbonisasi dan dikeluarkan melewati pori-pori karbon sehingga permukaan karbon semakin berpori. Hal itu mengakibatkan semakin besar daya adsorbsi karbon aktif. Daya adsorpsi karbon aktif mengalami penurunan saat konsentrasi aktivator semakin tinggi, karena terlalu cepatnya aktivator yang mengikat sisa tar untuk keluar dari pori-pori.
Ditinjau dari waktu aktivasi, daya serap iodium meningkat seiring dengan bertambahnya
waktu aktivasi dari 20 hingga 24 jam. Hal ini disebabkan karena semakin lama waktu aktivasi, semakin lama karbon aktif bersinggungan dengan aktivator H3PO4 sehingga pori-pori yang
terbuka semakin besar. Aktivasi dengan H3PO4
dimaksudkan untuk menghilangkan lignin. Keberadaan lignin dapat membentuk senyawa tar. Senyawa tar ini menutup pori-pori sehingga mengurangi daya serap karbon aktif[3]. Namun dari waktu aktivasi selama 26 hingga 30 jam mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan apabila waktu aktivasi terlalu lama, akan terjadi kerusakan struktur dan juga adanya pembentukan lapisan yang menutupi struktur pori[4].
Hasil tersebut menunjukkan bahwa karbon aktif terbaik ada pada kwaktu aktivasi
selama 24 jam dan menggunakan aktivator H3PO4 konsentrasi 9%. Hal ini didukung dengan
hasil uji signifikansi secara statistik, sehingga karbon aktif tersebut dilanjutkan untuk tahap karakterisasi.
Tahap Karakterisasi
Hasil karakterisasi karbon aktif tempurung keluwak disajikan pada Tabel II.
Tabel II. Karakteristik Karbon Aktif Tempurung Keluwak Pada Berbagai
Parameter Parameter Karbon Aktif Tempurung Keluwak Kadar Air Kadar Abu Kadar Zat Menguap Kadar Karbon Terikat Daya Serap Terhadap Iodium Daya Serap Terhadap Benzena
4,1314% 1,0322% 14,7426% 85,7173% 757,0781 mg/g 25,5735% a. Kadar Air
Kadar air karbon aktif tempurung keluwak adalah sebesar 4,1314%. Kadar air diasumsikan bahwa hanya air yang merupakan senyawa volatil, karena masih adanya air yang terjebak dalam rongga dan menutupi pori karbon aktif. Semakin rendah kadar air menunjukkan rendahnya air yang tertinggal dan menutupi pori karbon aktif.
b. Kadar Abu
Kadar abu karbon aktif tempurung keluwak adalah sebesar 1,0322%. Kadar abu diasumsikan sebagai sisa mineral yang tertinggal pada saat dipanaskan, karena bahan alam sebagai bahan dasar pembuatan karbon aktif tidak hanya mengandung senyawa karbon tetapi juga mengandung mineral dan sebagian dari mineral ini telah hilang pada saat karbonisasi dan aktivasi, sebagian lagi diperkirakan masih tertinggal. Keberadaan abu yang berlebihan menyebabkan terjadinya penyumbatan pori-pori sehingga luas pemukaan karbon aktif menjadi berkurang
c. Kadar Zat Menguap
Kadar zat menguap karbon aktif tempurung keluwak adalah sebesar 14,7426%. Hal ini
menunjukkan bahwa pada karbon aktif yang dibuat, telah tersisa sedikit zat volatil yang masih tersisa pada karbon aktif tersebut sehingga tidak menutupi pori-pori karbon aktif dan karbon aktif dapat menyerap adsorbat dengan maksimal.
d. Kadar Karbon Terikat
Penetapan kadar karbon terikat bertujuan untuk menentukan kadar karbon murni yang terdapat pada karbon aktif. Kadar karbon terikat karbon aktif yang dihasilkan adalah sebesar 85,7173%.
e. Daya Serap Terhadap Iodium
Daya serap terhadap iodium karbon aktif dari hasil penelitian ini adalah sebesar 757,0781 mg/g. Semakin besar daya serap terhadap iodium, maka semakin besar kemampuan dalam menyerap adsorbat.
f. Daya Serap Terhadap Benzena
Besar daya serap terhadap benzena karbon aktif tempurung keluwak adalah 25,5735%. Pengujian daya serap terhadap benzena dilakukan untuk mengetahui penyerapan karbon aktif terhadap fase uap. Alasan dipilihnya benzena sebagai molekul untuk penyerapan karbon aktif adalah karena struktur molekul benzena relatif sederhana sehingga dapat menembus struktur pori dari karbon aktif.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian pembuatan karbon aktif dari tempurung keluwak dengan activator H3PO4, maka dapat ditarik kesimpulan
yaitu karbon aktif dari tempurung keluwak mempunyai kadar air sebesar 4,1314%; kadar abu sebesar 1,0322%; kadar zat menguap sebesar 14,7426%; kadar karbon terikat sebesar 85,7173%; daya serap terhadap iodium sebesar 757,0781 mg/g; dan daya serap terhadap benzena sebesar 25,5735%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih disampaikan kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam UNESA dan semua pihak yang telah membantu dalam keberlangsungan artikel ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Baker F. S., et al. 1997. Activated Carbon. Kirk-Othmer Encycolpedia of Chemical Technology, 4, 1015-1037.
2. Takeuchi, Yashito. 2006. Pengantar Kimia. Tokyo: Iwanami Publishing.
3. Adinata, Mirsa Restu. 2013. Pemanfaatan
Limbah Kulit Pisang Sebagai Karbon Aktif.
Surabaya: Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.
4. Al-Swaidan, M. Hassa, dan Ahmad Ashfaq. 2011. Synthesis and Characterization of Activated Carbon from Saudi Arabian Dates Tree’s Fronds Wastes. International
Conference on Chemichal, Biological and Environmental Engeneering IPCBEE Vol 20: 25-31. Singapore: IACSIT Press.
