Abstrak—Polemik global yang saat ini menjadi permasalahan serius adalah tentang krisis energi dan lingkungan. Salah satu solusinya adalah tersedianya perangkat penyimpan energi yang praktis, canggih, tahan lama dan ramah lingkungan. Sehingga dilakukan penelitian ini untuk menganalisa karbon aktif dari tempurung kluwak untuk dimanfaatkan sebagai EDLC yang merupakan salah satu perangkat alat penyimpan energi yang dibutuhkan. Dari pengujian Proximate didapat nilai fixed carbon tempurung kluwak sebesar 92,15% dengan begitu tempurung kluwak sangat berpotensi sebagai bahan karbon aktif. Tempurung kluwak dikarbonisasi pada temperatur 300OC dan 700OC selanjutnya diaktifasi kimia dengan KOH dan diaktifasi fisika dengan metode hidrothermal pada temperatur 200OC, 300OC dan 500OC. Hasilnya didapatkan nilai kapasitif tertinggi adalah 9 mF/gr pada sampel yang dikarbonisasi 700OC dan didehidrasi 110OC. Sedangkan luas permukaan spesifik tertinggi adalah 311,24 m2/gr pada sampel dengan karbonisasi 700OC dan diaktifasi fisika 500OC serta bilangan iodine tertinggi sebesar 1787,411 pada sampel yang dikarbonisasi 300OC dan diaktifasi fisika 500OC. Sehingga dapat dikatakan bahwa karbon aktif dari tempurung kluwak memilki kualitas yang sesuai standar SNI dan dapat dimanfaatkan sebagai EDLC.
Kata Kunci—Aktifasi, EDLC, Karbon Aktif, Karbonisasi, Tempurung Kluwak
I. PENDAHULUAN
Empurung kluwak merupakan bahan organik yang selalu terdiri dari beberapa komponen berupa selulosa, hemiselulosa dan lignin. Selulosa merupakan senyawa organik dengan formula (C6H10O5)n yang terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk mengokohkan struktur. Kandungan selulosa inilah yang membuat tempurung kluwak memiliki struktur yang keras sama seperti tempurung kelapa. Sedangkan hemiselulosa adalah polimer polisakarida heterogen yang tersusun dari unit D-Glukosa, L-Arabiosa dan D-Xilosa yang mengisi ruang antara serat selulosa didalam dinding sel tumbuhan. Dengan begitu hemiselulosa adalah matrix pengisi serat selulosa. Selain selulosa dan hemiselulosa pada tumbuhan juga terdapat lignin yang merupakan senyawa kimia yang sangat kompleks dan berstruktur amorf. Lignin juga merupakan polimer dengan berat molekular yang tinggi dengan struktur yang bervariasi. Lignin berfungsi sebagai pengikat untuk sel-sel yang lain dan juga memberikan kekuatan [1].
Karbon aktif merupakan suatu bentuk arang yang telah melalui aktifasi dengan menggunakan gas CO2, uap air atau
bahan-bahan kimia sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian daya absorpsinya menjadi lebih tinggi terhadap zat warna dan bau. Karbon aktif mengandung 5 sampai 15 persen air, 2 sampai 3 persen abu dan sisanya terdiri dari karbon. Karbon yang sekarang banyak digunakan berbentuk butiran (granular) dan berbentuk bubuk (tepung). Karbon yang berbentuk bubuk memerlukan waktu kontak lebih sebentar dibandingkan karbon berbentuk butiran, tetapi karbon berbentuk bubuk lebih sukar ditangani. Karbon berbentuk butiran dapat diaktifkan kembali untuk digunakan selanjutnya, yaitu dengan cara memanaskan di dalam pembakar (furnace) ganda [2].
Bahan-bahan yang digunakan untuk karbon aktif biasanya memiliki nilai porositas tertentu dan luas pemukaannya sekitar 10-15 m2/g. Namun saat diaktifasi luas permukaan tersebut dibuat lebih tinggi dengan mengontrol oksidasi atom-atom karbon yang biasanya menggunakan uap air dengan temperatur tinggi. Setelah proses aktifasi selesai luas permukaannya bisa mencapai 700-1200 m2/g. Luas permukaan yang tinggi harus diimbangi dengan tingginya fleksibilitas untuk dilewati zat cair ataupun gas. Karena fleksibilitas inilah yang akan menjadi kekuatan karbon aktif untuk dapat memiliki kemampuan daya serap yang tinggi.
Besarnya daya serap karbon aktif sangat dipengaruhi oleh keadaan pori-pori yang terbentuk. Pori-pori pada karbon aktif memiliki beberapa jenis sebagai berikut :
1. Mikropori dengan ukuran dibawah 40 Angstrom 2. Mesopori dengan ukuran antara 40 - 5000 Angstrom 3. Makropori dengan ukuran diatas 5000 Angstrom
Selama proses pembuatan karbon aktif pori-pori yang dibentuk pertama kali oleh oksidasi pada temperatur rendah adalah makropori. Makropori terbentuk dipermukaan bahan baku. Setelah itu mesopori terbentuk pada daerah yang lebih dalam yang terlihat seperti saluran dari dinding yang terdapat makropori. Akhirnya mikropori terbentuk karena akibat penyerangan oksidasi pada struktur bahan baku.
Pada bahan baku yang berbeda dan perlakuan yang berbeda maka dominasi pori-pori yang terbentuk juga berbeda. Pada karbon aktif dengandominasi mikropori sangat sesuai untuk digunakan sebagai penyerap molekul-molekus kecil seperti molekul gas dan dengan tingkat kontaminan rendah. Sedangkan karbon aktif dengan dominasi makropori sesuai untuk menyerap molekul yang lebih besar seperti molekul cairan dan sangat cocok untuk decolorizing [3].
Aplikasi Karbon Aktif dari Tempurung Kluwak (
Pangium Edule
)
dengan Variasi Temperatur Karbonisasi dan Aktifasi Fisika Sebagai
Electric Double Layer Capasitor (
EDLC
)
Rio Latifan dan Diah Susanti
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected]
Pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap yaitu: a. Dehidrasi:
proses penghilangan air. Bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 °C.
b. Karbonisasi:
pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Karbonasi dilakukan pada suhu 400-900ºC hasilnya didinginkan dan dicuci, untuk menghilangkan dan mendapatkan kembali bahan kimia pengaktif, disaring dan dikeringkan Temperatur diatas 170°C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada temperatur 275°C, dekomposisi menghasilkan tar, metanol dan hasil sampingan lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600 ºC.
c. Aktivasi:
Dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktivator. Karbon dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna. Secara umum reaksinya dapat ditulis sebagai berikut: CxHyOn + O2 (g) → C(s) + CO(g) + H2O(g)
Pembakaran tidak sempurna tidak terjadi bila hidrokarbon berlebih atau kekurangan oksigen pada penukaran sempurna hanya dihasilkan CO2 dan H2O, sedangkan pada pembakaran tidak sempurna selain dihasilkan CO2 dan H2O juga dihasilkan CO2 dan C [4].
Kapasitor listrik dua layer atau EDLC didasari pada prinsip kerja dari lapisan listrik ganda yang terbentuk pada antar permukaan lapisan antara karbon aktif dan elektrolit sebagai dielektrik. Adanya mekanisme absorpsi dan desorpsi ion pada kedua layer elektroda karbon aktif berperan dalam pengisian dan pengosongan EDLC. Dengan memberikan tegangan pada elektroda yang saling berhadapan maka ion akan tertarik ke permukaan kedua elektroda dan terjadilah proses pengisian atau charging. Sebaliknya, ion akan bergerak menjauh saat EDLC digunakan atau discharging [5]. Pada mekanisme kerja EDLC sangat bergantung pada adanya ion yang memiliki muatan listrik. Ion yang digunakan didapat dari elektrolit yang berada diantara kedua elektroda karbon aktif terdisosiasi. Disosiasi sendiri merupakan peristiwa terurainya suatu zat menjadi beberapa zat yang lebih sederhana. Pada EDLC misalnya, sebuah larutan elektrolit AB terdisosiasi menjadi komponennya A- dan B+. Hal tersebut dinamakan disosiasi elektrolit atau ionisasi dan reaksi ini juga merupakan reaksi reversibel atau berjalan bolak-balik karena ion-ion A- dan B+ juga bisa kembali membentuk elektrolit AB. Melalui proses seperti inilah ion-ion bermuatan listrik dapat dimanfaatkan pada sistem kerja EDLC [1].
II. URAIANPENELITIAN
A. Preparasi Tempurung Kluwak
Preparasi yang dilakukan adalah pencucian dan pengeringan Tempurung Kluwak dibawah sinar matahari langsung. Tempurung Kluwak yang digunakan berasal dari kawasan Surabaya dan pengambilan dilakukan disatu tempat. Lalu spesimen diperkecil ukurannya hingga ukuran 0,1-3 mm.
B. Karbonisasi
Dilakukan pengarangan atau proses karbonisasi didalam furnace yang diusahakan kedap udara pada temperatur 300oC dan 700oC dengan waktu tahan selama 2 jam. Pada proses karbonisasi sampel tempurung Kluwak dimasukkan kedalam
crusible alumina. Untuk membuat keadaan karbonisasi yang
kedap udara dan oksigen terbatas maka ditambahkan penutup aluminium foil. Tempurung Kluwak yang akan dikarbonisasi harus ditimbang terlebih dahulu menggunakan Timbangan digital Metler Tolledo agar diketahui berat awal dari sampel
sehingga bisa dilihat pengurangan massa yang terjadi pada proses karbonisasi. Setelah mengalami proses karbonisasi sampel karbon yang didapat dihancurkan menggunakan
mechanical milling hingga berbentuk serbuk yang lolos 120 mesh. Sampel yang tidak lolos dihancurkan kembali hingga
berukuran 120 mesh. C. Aktifasi Kimia
Pada proses aktifasi kimia, arang dan KOH dimasukkan ke dalam beaker glass dan ditambah aquades sebanyak karbon
yang digunakan jadi perbandingan campuran antara air, karbon dan KOH menjadi 1:1:4. Campuran tersebut lalu dipanaskan dan diaduk menggunakan magnetic stirrer hot plate dengan temperatur 80oC selama 4 jam dan menggunakan
kecepatan putaran stirrer sebesar 200 rpm [6]. Setelah
tercampur maka dilakukan pengendapan dan pencucian. Pengendapan dilakukan dengan membiarkan campuran selama satu hari hingga terbentuk endapan. Lalu cairan yang ada pada campuran dibuang hingga tersisa endapannya saja. Endapan yang didapat lalu dicuci dengan menambahkan aquades dan diaduk hingga endapan tercampur rata didalam aquades setelah itu didiamkan kembali hingga terbentuk endapan kembali. Pencucian dilakukan hingga endapan yang dihasilkan benar-benar bersih dari sisa aktifier saat aktifasi kimia. Indikasi yang digunakan untuk mengatakan bahwa endapan telah bersih adalah pH cairan mendekati netral saat proses pengendapan.
D. Aktifasi fisika
Pada aktifasi fisika endapan karbon aktif hasil aktifasi kimia dipanaskan dengan cara hidrothermal menggunakan variasi temperatur 200oC, 300oC dan 500oC dengan waktu tahan selama 2 jam untuk masing-masing endapan karbon aktif dari setiap proses karbonisasinya serta ada sampel hasil aktifasi kimia yang hanya didehidrasi atau tanpa aktifasi fisika.Proses Hidrothermal berlangsung dengan memasukkan adonan karbon aktif yang masih kaya akan kandungan air didalam
crusible yang dimasukkan didalam autoclaf dan dipanaskan di
dalam furnace. Proses hidrotermal adalah proses yang
memanfaatkan tekanan uap air yang diperoleh dari pemanasan air yang terkandung pada sampel itu sendiri. Serbuk karbon aktif akan didapat setelah didinginkan dengan perlahan didalam furnace. Autoclaf pada proses aktifasi kimia ini
digunakan agar proses aktifasi fisika berlangsung pada keadaan kedap udara agar lingkungan pemanasan memiliki kadar oksigen yang terbatas. Karena jika saat pemanasan terdapat banyak oksigen akan terbentuk abu [7].
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengujian Proximate
Tabel 1 hasil uji proximate dari tempurung kluwak
Parameter Satuan analisa Hasil Methode
Fixed Carbon % 92,15 Gravimetri Moisture, Volatile dan Ash Content % 7,85 Gravimetri
Dari hasil uji proximate tempurung kluwak seperti yang tertera pada tabel 1 terlihat bahwa tempurung kluwak memiliki fixed carbon yang tinggi. Nilai fixed carbon yang dimiliki oleh tempurung kluwak melebihi nilai fixed carbon dari tempurung kelapa yaitu 20,96% pada penelitian yang dilakukan oleh Wei Li (2008) serta nilai fixed carbon pada eceng gondok yaitu 72,02% pada penelitian yang dilakukan oleh Abu dan Suhariono (2012). Pada dasarnya bahan-bahan organik banyak terdiri dari rantai karbon seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin tidak terkecuali pada tempurung kluwak. Kandungan senyawa organik tempurung kluwak dapat dilihat pada hasil XRD gambar 1 yaitu berupa selulosa, hemiselulosa dan lignin. Dengan fix carbon sebesar 92,15%
dari pengujian Proximate maka tempurung kluwak sangat berpotensi untuk dijadikan bahan karbon aktif pada masa yang akan datang
.Gambar 1 Hasil XRD Tempurung Kluwak
B. Hasil Karbonisasi
Dalam proses karbonisasi terdapat penyusutan sampel. Hal ini dikarenakan pemanasan yang diberikan saat proses karbonisasi berlangsung dapat menghilangkan komponen-komponen yang terkandung didalam sampel sehingga hanya tersisa arang atau karbonnya saja. Didalam proses karbonisasi ini terkadang juga didapatkan hasil berupa abu jika proses karbonisasi tidak berlangsung dalam keadaan lingkungan yang terbatas oksigennya. Namun hasil yang didapat dari proses karbonisasi pada tempurung kluwak ini berupa arang tanpa adanya abu. Dari tabel 2 didapatkan penyusutan massa tempurung kluwak saat proses karbonisasi pada temperatur 300oC rata-rata sebanyak 54,76% sedangkan pada proses karbonisasi dengan temperatur 700oC penyusutan massa
tempurung kluwak rata-rata sebanyak 72,13%. Jadi pada proses karbonisasi semakin tinggi temperaturnya maka penyusutan massa akan semakin besar atau massa karbon yang dihasilkan semakin kecil jika temperatur karbonisasinya semakin tinggi.
Tabel 2 Penyusutan massa tempurung kluwak pada proses karbonisasi Temperatur karbonisasi (oC) Massa awal (g) Massa akhir (g) Besar penyusutan (%) 300 72,97 75,87 32,94 34,13 54,86 55,02 76,35 34,81 54,41 Rata-Rata 54,76 700 73,52 71,47 20,73 18,68 71,80 73,86 75,03 21,97 70,72 Rata-Rata 72,13
C. Hasil Aktifasi Kimia
Karena pada proses karbonisasi hanya menghasilkan karbon tempurung kluwak, maka karbon tempurung kluwak harus diaktifasi agar menjadi karbon aktif. Aktifasi yang dilakukan adalah aktifasi kimia dan fisika. Untuk proses aktifasi kimia dilakukan dengan menggunakan aktifier Kalium Hidroksida (KOH). KOH merupakan basa kuat sehingga bisa menghilangkan zat-zat pengotor dalam karbon seperti volatil dan tar sehingga membuat karbon lebih berpori. Reaksi kimia pada aktifasi kimia ini terjadi antara aktifier KOH dengan volatile dan tar yang merupakan bahan organik berbasis rantai C-O-H sehingga didapatkan senyawa dengan ikatan C-O-K dan H2O. C-O-K akan bereaksi dengan K yang nantinya didapatkan K2O dan C seperti pada persamaan reaksi (1) dan (2). Karena pada proses aktifasi kimia karbon dicampur dengan aktifier dan ditambahkan air. Jadi dari proses aktifasi kimia didapatkan endapan karbon aktif yang masih memiliki banyak kandungan air.
KOH + C-O-H C-O-K + H2O (1) C-O-K + K K2O + C (2)
D. Hasil Aktifasi Fisika
Pada karbon aktif hasil aktifasi fisika terlihat lebih berwarna hitam dari pada karbon aktif yang hanya didehidrasi saja. Warna yang lebih hitam ini dikarenakan proses aktifasi fisika yang menggunakan metode hidrothermal menghasilkan
serbuk yang masih sedikit basah berbeda dengan dehidrasi yang benar-benar kering. Serta serbuk karbon aktif yang didapat semain halus jika temperatur aktifasi fisikanya semakin tinggi dan pada serbuk karbon aktif yang hanya didehidrasi serbuk yang didapat lebih kasar. Hal ini menunjukkan bahwa pada aktifasi fisika terdapat pemecahan kembali rantai karbon yang masih tersisa dan pada proses dehidrasi tidak terjadi. Efek dari aktifasi fisika tersebut semakin optimal jika temperatur aktifasi fisikanya semakin tinggi. Jadi dapat dikatakan bahwa semakin tinggi temperatur
aktifasi fisikanya maka karbon aktif yang dihasilkan semakin bersih dari pengotor dan ikatan organik semakin banyak yang terlepas. Jika karbon aktif bersih dari pengotor maka pori-porinya akan semakin banyak dan luas permukaannya akan semakin besar jika ukuran partikelnya semakin kecil.
E. Hasil Pengujian SEM
Dari hasil SEM dengan perbesaran 2000x terlihat bahwa sampel memiliki bentuk yang berongga atau memiliki pori-pori sehingga bisa disimpulkan bahwa karbon aktif dari tempurung kluwak berbentuk sponge. Serta dari gambar 3 dan
4 terlihat persebaran karbon aktif dengan karbonisasi pada temperatur 300oC ukuran serbuk karbon aktif yang didapat lebih besar dari pada karbon aktif dengan karbonisasi pada temperatur 700oC. Serta terlihat juga bahwa ukuran serbuk karbon aktif yang didapat semakin kecil seiring bertambah tingginya temperatur aktifasi fisika yang didapat. Hal tersebut menunjukkan bahwa pada proses karbonisasi terjadi pemecahan rantai karbon dan akan semakin optimal dengan adanya kenaikan temperatur pada proses karbonisasi. Serta pada proses aktifasi fisika juga terdapat pemecahan rantai karbon kembali yang dibuktikan dengan semakin mengecilnya ukuran partikel yang didapat seiring meningkatnya temperatur aktifasi fisika seperti yang terlihat pada tabel 3.
Gambar 3 Hasil Uji SEM Gambar 4 Hasil Uji SEM Karbon Aktif karbonisasi Karbon Aktif Karbonisasi
300oC 700OC
Sedangkan pada hasil pengujian SEM dengan perbesaran 10000x dapat dilihat keadaan dari pori-pori yang terdapat pada karbon aktif tempurung Kluwak. Keadaan pori-pori pada semua karbon aktif yang didapat relatif sama namun terdapat kecenderungan pori-pori pada karbon aktif semakin kecil seiring dengan diberikan dan ditingkatkannya temperatur aktifasi fisikanya. Serta jumlah pori-pori menjadi semakin banyak dengan semakin tingginya temperatur aktifasi fisika. Terlihat karbon aktif yang dikarbonisasi dengan temperatur 300OC memiliki pori-pori yang lebih besar dengan diameter pori-pori berukuran 10 μm hingga 0,6 μm. Sedangkan pada karbon aktif yang dikarbonisasi dengan temperatur 700OC
memiliki pori-pori yang lebih kecil dengan diameter pori-pori berukuran 3,3 μm hingga 76 nm. Diameter Pori-pori yang terbentuk dari masing-masing sampel bisa dilihat pada tabel 3. Pori-pori yang dapat terlihat hanya berkisar pada makropori dan mesopori. Makropori terdapat pada sampel yang dikarbonisasi pada temperatur 300OC sedangkan mesopori terdapat pada sampel yang dikarbonisasi pada temperatur 700OC. Morfologi dan pori-pori yang terbentuk pada karbon aktif ini merupakan akibat dari proses karbonisasi yang dapat menghilangkan komponen selain karbon serta proses aktifasi yang dapat menghilangkan pengotor seperti tar dan volatile.
Tabel 3 Ukuran Partikel dan Diameter Pori-Pori Karbon Aktif Temperatur Karbonisasi (oC) Temperatur Aktifasi Fisika (oC) Ukuran Partikel (μM) Diameter Pori-pori (μM) 300 Drying 110 50-100 1,1-10 200 15-80 0,8-9,3 300 16-65 0,6-5 500 11-27 0,6-4 700 Drying 110 13-22 0,84-3,3 200 10-22 0,1-2,5 300 5-13 0,08-2 500 3-12,5 0,076-1,5 F. Hasil Pengujian XRD
Dari pola grafik hasil XRD gambar 5 dan 6 menunjukkan bahwa sampel karbon aktif memiliki struktur yang amorf karena pada pola grafik tidak terlihat puncak yang sangat tinggi serta terlihat seperti banyak noise. Puncak yang terdapat
pada grafik merupakan puncak dari Carbon (C) yang sudah membentuk kristal dengan struktur Orthorombic sesuai dengan kartu JCPDF 74-2330.
Gambar 5 Grafik XRD karbon aktif karbonisasi 300oC Pada hasil karbon aktif seharusnya yang terbentuk hanyalah karbon (C) namun pada pola grafik hasil XRD juga menunjukkan adanya puncak dari senyawa Potassium Carbonate (K2CO3) yang terbentuk pada sampel karbon aktif. Senyawa K2CO3 yang terbentuk memiliki struktur kristal Monoclinic sesuai dengan kartu JCPDF 87-0730. Senyawa Potassium Carbonate merupakan hasil dari adanya reaksi kimia antara aktifier dengan sampel karbon. Terbentunya senyawa ini juga dikarenakan reaksi antara aktifier dengan gas CO2 yang didapat selama aktifasi kimia. Reaksi
pembentukkan K2CO3 dapat dilihat pada persamaan 3 dan 4. Senyawa potassium carbonate merupakan senyawa yang tidak diharapkan untuk terbentuk dan seharusnya senyawa ini hilang saat dilakukan pencucian pada proses aktifasi kimia.
6 KOH + 2 C 2 K + 3H2 + 2 K2CO3 (3) 4 KOH + 2 CO2 2 K2CO3 + 2 H2O (4)
Gambar 6 Grafik XRD karbon aktif karbonisasi 700oC
G. Hasil Pengujian Iodine
Hasil uji iodine pada tabel 4 yang dilakukan sesuai Standart SNI 1995 menunjukkan adanya perbedaan daya serap antara karbon aktif yang dikarbonisasi pada temperatur 300OC dengan 700OC. Rata-rata daya serap iodine yang dikarbonisasi pada temperatur 300OC lebih tinggi dari pada daya serap karbon aktif yang dikarbonisasi pada temperatur 700OC. Serta pada temperatur aktifasi fisika yang lebih tinggi didapat hasil uji iodine yang semakin tinggi.
Tabel 4 Hasil Uji Iodine
Temperatur
Karbonisasi (oC) Temperatur Aktifasi Fisika (oC) Iodine (mg/g)Hasil Uji 300 Drying 110 1521,89 200 1570,46 300 1751,792 500 1787,411 rata-rata 1657,888 700 Drying 110 1340,558 200 1483,033 300 1528,366 500 1589,889 rata-rata 1485,462
Nilai bilangan iodine terkecil adalah 1340,558 mg/g yaitu pada karbon aktif yang dikarbonisasi pada temperatur 700OC dan dikeringkan pada temperatur 110OC. Sedangkan yang tertinggi adalah 1787,411 mg/g pada karbon aktif yang dikarbonisasi pada temperatur 300OC dan diaktifasi fisika pada temperatur 500OC. Sehingga semua sampel karbon aktif dari tempurung kluwak memenuhi standar karbon aktif SNI 06 – 3730-1995 yang mengharuskan nilai bilangan iodine dari karbon aktif minimal 750 mg/g.
H. Hasil Pengujian BET
Pada tabel 5 dapat dilihat bahwa luas permukaan spesifik tertinggi pada karbon aktif dengan karbonisasi 700OC dan
aktifasi fisika 500OC. Dari hasil uji BET hanya sampel karbon aktif dengan karbonisasi 700OC saja yang memiliki nilai luas permukaan spesifik. Sedangkan sampel karbon aktif dengan karbonisasi 300OC tidak memiliki nilai luas permukaan spesifik. Hal ini dikarenakan sampel karbon aktif yang dikarbonisasi 700OC memiliki kemampuan menyerap gas nitrogen, berbeda dengan sampel karbon aktif yang dikarbonisasi 300OC kemampuannya untuk menyerap gas nitrogen sangat lemah sehingga nilai uji BET nya tidak didapat.
Tabel 5 Hasil Uji BET Karbon Aktif Karbonisasi
(OC) fisika (aktifasi OC) (mSBET2/g) (CmVBET 3/g)
700 Drying 110 303,26 106,6051685 200 284,048 99,5669467 300 298,39 103,8278 500 311,24 108,131977 Rata-Rata 299,235 300 Drying 110 -200 -300 -500 -Rata-Rata
-Lemahnya kemampuan menyerap gas pada semua sampel karbon aktif yang dikarbonisasi 300OC sangat berhubungan dengan mekanisme penyerapan yang terjadi pada karbon aktif. Mekanisme penyerapan pada karbon aktif merupakan penyerapan secara fisik dan tidak terjadi ikatan secara kimia. Sehingga morfologi karbon aktif sangat berperan dalam mempengaruhi kemampuan menyerap pada karbon aktif. Diketahui pada pengujian SEM bahwa pada sampel karbon aktif yang dikarbonisasi 300OC memiliki pori-pori yang lebih besar dari pada yang dikarbonisasi 700OC. Jadi bisa dipastikan bahwa pada karbon aktif yang dikarbonisasi 300OC sulit menyerap gas nitrogen yang memiliki jari-jari sangat kecil yang membuat gas nitrogen akan dengan mudah melewati pori-pori yang berukuran besar. Dengan keadaan yang seperti ini maka karbon aktif yang dikarbonisasi 300OC sulit dihitung luas permukaannya dengan pengujian BET.
Dari hasil pengujian Iodine dan BET didapat hasil yang berbeda. Sehingga dapat dikatakan bahwa karbon aktif dengan banyak makropori lebih optimal penyerapannya terhadap zat cair dan lebih cocok untuk decolorizing. Sedangkan karbon
aktif dengan mikropori dan mesopori yang banyak lebih optimal penyerapannya terhadap gas.
I. Pengujian TGA/DTA
Pada gambar grafik 7 terlihat bahwa terdapat pengurangan massa pada temperatur 50OC hingga temperatur 110OC pada titik endotherm 1. pengurangan massa tersebut adalah akibat dari hilangnya air yang disebut dengan dehidrasi, pengurangan massa akibat dehidrasi tercatat sebanyak 4,2651%. Dari hasil DTA/TGA pengurangan massa paling tinggi dimulai pada temperatur 200OC hingga 700OC yaitu sebanyak 64,9893%. Pada temperatur 200OC merupakan titik endotherem 2 y aitu temperatur awal terjadinya dekomposisi bahan-bahan selain karbon seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Dekomposisi
terus terjadi hingga temperatur 360OC dan pengurangan massa maksimum terjadi pada titik endotherem 3 ditemperatur 450OC.
Gambar 7 Grafik TGA/DTA
J. Analysis Cyclic Voltametri
Hasil pengujian Potensiostat dapat dilihat pada tabel 5 dimana karbon aktif hasil karbonisasi 300OC tidak didapatkan nilai kapasitifnya karena merupakan sampel isolator. Sifat isolator pada sampel tersebut dikarenakan kurang sempurnanya proses dekomposisi seperti yang dijelaskan pada hasil uji DTA/TGA sehingga masih banyak bahan-bahan pengotor. Serta dari pengujian XRD juga diketahui bahwa sampel yang dikarbonisasi pada 300OC memiliki kandungan K2CO3 yang relatif tinggi.
Tabel 5 Hasil pengujian potensiostat
Karbonisasi
(OC) Fisika (Aktifasi OC) Capasitance (mF/g) Hambtan (KΩ) 300 Drying 110 - Isolator 200 - Isolator 300 - Isolator 500 - Isolator 700 Drying 110 9,913246431 0,38 200 - 0,82 300 3,362950042 0,62 500 5,073903187 0,46
Terlihat bahwa nilai kapasitif tertinggi adalah 9 mF/gr pada sampel karbon aktif yang dikarbonisasi pada temperatur 700OC dengan tanpa aktifasi fisika. Hal ini terjadi karena sampel tersebut memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi. Walaupun dari pengujian BET luas permukaan spesifiknya masih dibawah sampel karbon aktif yang dikarbonisasi pada temperatur 700OC dan diaktifasi fisika pada temperatur 500OC tetapi sampel tersebut memiliki kandungan K2CO3 yang lebih rendah seperti yang terlihat pada hasil pengujian XRD. Senyawa K2CO3 merupakan garam sehingga dapat bereaksi dengan larutan elektrolit H2SO4 sehingga mengganggu kinerja elektrode kerja.
IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Tempurung kluwak dapat dijadikan karbon aktif yang dapat dimanfaatkan sebagai EDLC dengan proses karbonisasi yang dilanjutkan dengan proses aktifasi kimia menggunakan aktifier KOH dan aktifasi fisika menggunakan metode
hidrothermal. Dari pengujian proximate didapatkan bahwa tempurung kluwak sangat berpotensi untuk dijadikan bahan karbon aktif karena nilai fixed carbon yang tinggi hingga
92,15%. Pada pengujian XRD diketahui bahwa karbon aktif dari tempurung kluwa memiliki struktur Orthorombic. Partikel Karbon aktif dari tempurung kluwak berbentuk sponge dengan
banyak pori-pori dan ukuran partikelnya akan semakin mengecil jika temperatur karbonisasi dan aktifasi fisikanya semakin tinggi juga. Begitu juga dengan diameter pori-pori akan semakin mengecil jika temperatur karbonisasi dan aktifasi fisikanya ditingkatkan. Karbon aktif dari tempurung kluwak memiliki luas permukaan spesifik yang semakin meningkat jika temperatur aktifasi fisikanya meningkat. Luas Permukaan spesifik tertinggi adalah 311, 24 pada sampel yang dikarbonisasi 700OC dan diaktifasi fisika 500OC. Karbon aktif dari tempurung kluwak juga memiliki bilangan iodine yang semakin tinggi jika temperatur aktifasi fisikanya meningkat namun bilangan iodinenya semakin rendah jika karbon aktif dikarbonisasi pada temperatur yang rendah. Nilai bilangan iodine tertinggi adalah 1787,411 mg/g pada sampel yang dikarbonisasi 300OC dan diaktifasi fisika 500OC. Dari pengujian kapasitif didapatkan nilai kapasitif tertinggi yaitu 9,91 mF/gr pada sampel yang dikarbonisasi 700OC dan didrying pada temperatur 110OC. Dengan begitu karbon aktif dari tempurung kluwak dengan perlakuan karbonisasi pada 700OC dan didrying pada temperatur 110OC sangat berpotensi dijadikan EDLC karena nilai kapasitifnya yang lebih tinggi dari kapasitor konvensional.
UCAPANTERIMAKASIH
Penulis R.L. mengucapkan terima kasih kepada PT ANGKASA PURA II atas bantuan biaya kuliah berupa beasiswa selama penulis menjalani waktu studi.
DAFTARPUSTAKA
[1] Takeuchi, Yahsito. 2006. Pengantar Kimia. Iwanami Publishing Company. Tokyo
[2] Wijaja, tri, dkk. 2009. Studi proses hybrid: adsorpsi pada karbon aktif/membran bioreaktor untuk pengolahan limbah cair industri.
Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[3] Cameron Carbon Incorporated. 2006. Activated Carbon manufacture, structure and properties, Amerika
[4] Salamah, S. 2001. “Pembuatan Karbon Aktif dari Tempurung Kelapa dengan Perlakuan Karbonat”. Prosiding Seminar Nasional “Kejuangan”
TeknikKimia, Yogyakarta; Yogyakarta.
[5] Conway. 1999. Electrochemical Supercapasitor-Scientific Fundamentals and Technological Applications. Ottawa : University
of Ottawa.
[6] Suhariyono. 2012. Pengaruh variasi temperatur karbonisasi dan temperatur aktifasi fisika terhadap luas permukaan karbon aktif eceng gondok (eichhornia crassipes) dengan actifier koh (kalium hidroksida). Skripsi S1. Dibimbing oleh Diah susanti dan Hariyati. Surabaya :jurusan teknik material dan metalurgi.Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[7] Busana, Abu. 2012. Pengaruh Temperatur Karbonisasi Dan Konsentrasi Zink Klorida (ZnCl2) Terhadap Luas Permukaan
Karbon Aktif Eceng Gondok. Skripsi S1. Dibimbing oleh Diah susanti dan Hariyati. Surabaya :jurusan teknik material dan metalurgi.Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
