1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mereduksi bahan pencemar di udara adalah pemanfaatan limbah tempurung kelapa sebagai adsorben (media penyerap) yang sebelumnya telah diubah menjadi arang aktif [1]. Arang aktif tempurung kelapa mampu menurunkan konsentrasi berbagai polutan di udara termasuk CO, NO, dan NOx karena memiliki daya adsorpsi dan luas permukaan yang baik [1]. Tempurung kelapa kebanyakan hanya dianggap sebagai limbah industry pengolahan kelapa, ketersediaannya yang melimpah dianggap masalah lingkungan, namun renewable, dan murah [2]. Padahal arang tempurung kelapa ini masih dapat diolah lagi menjadi produk yang mempunyai nilai ekonomis tinggi yaitu sebagai karbon aktif atau arang aktif [3].
Pembuatan karbon aktif ini merupakan proses gabungan antara kimia dan fisika dengan perendaman aktivator dan pemanasan dengan injeksi nitrogen pada suhu tinggi yang bertujuan memperbanyak pori dan membuat porositas baru sehingga karbon aktif mempunyai daya serap tinggi [4]. Karbon aktif adalah arang yang diproses sedemikian rupa sehingga mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi terhadap bahan yang berbentuk larutan atau uap. Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon baik organik atau anorganik, tetapi yang biasa beredar di pasaran berasal dari tempurung kelapa, kayu dan batubara. Pada umumnya arang aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan penjernih [5].
Pada proses adsorpsi, ion atau senyawa yang diserap tertahan pada permukaan partikel penyerap sedangkan proses pengikatan berlangsung sampai di dalam partikel penyerap disebut sebagai proses absorpsi. Daya serap yang terjadi dalam arang aktif terdapat tiga tahap yaitu: zat terserap pada arang aktif bagian luar, kemudian menuju pori-pori arang, dan terjerap pada dinding bagian dalam arang aktif. Menurut IUPAC, karbon aktif diklasifikasikan berdasarkan ukuran porinya menjadi mikropori (diameter <2 nm), mesopori (diameter 2−50 nm), dan makropori (diameter >50 nm) [6].
2
Salah satu proses yang digunakan untuk pembuatan karbon aktif adalah menggunakan proses pirolisis. Pirolisis yaitu pemanasan pada kondisi bebas oksigen. Dalam proses pirolisis umumnya adalah mendegradasi suatu senyawa yang terdapat dalam suatu material untuk memecahnya menjadi senyawa-senyawa parsial [7]. Pada proses pirolisis menghasilkan arang atau karbon dan gas, secara umum gas yang terbentuk antara lain H2, CO, H2O, dan CH4. Biomaterial mengandung senyawa
selulosa. Reaksi pirolisis pada selulosa yaitu : (C6H10O5)n 6nC + 5(H2O).
Sehingga dihasilkan arang atau karbon [8]. Pemanas yang digunakan dalam proses pirolisis ialah pemanas konvensional, dan pemanas menggunakan microwave.
Menurut Menendez, dkk. dalam Abbas (2014), Pemanasan microwave adalah alternatif yang muncul untuk menggantikan pemanas konvensional pada suhu tinggi dalam penyusunan karbon aktif. Dalam pemanasan microwave, energi ditransfer menjadi panas dengan perlakuan di dalam microwave, yaitu, pemanasan dari interior material melalui dipolreorientasi dan mekanisme kerugian konduktif, sehingga tidak ada kontak antara material dan sumber pemanas diperlukan [9]
Banyak penelitian mengenai pembuatan karbon aktif dengan menggunakan pemanas microwave, diantaranya yaitu: Bouchelta, dkk (2012), menggunakan sampel dari limbah industri petrokimia dan aktivasi NaOH menggunakan daya
microwave 400W dan waktu 10 menit, [10], Abdul, dkk (2013), hasil terbaik yang di peroleh menggunakan sampel kelapa sawit dengan aktivasi H3PO4 konsentrasi 60%.
Memanaskan sampel selama 10 menit di dalam microwave .[11], Hayyan Mao, dkk (2015), menggunakan sampel kayu pinus dan jerami gandum dengan pengaktivasi KOH [12].
Pembuatan karbon aktif dari tempurung kelapa menggunakan microwave telah dilakukan oleh Li, dkk (2009) dan Yang, dkk (2010). Tetapi mereka menggunakan proses aktivasi fisika dimana dilakukan variasi agen pengaktivasi dan waktu radiasi [13]. Iqbaldin, dkk (2013), membuat karbon aktif menggunakan tempurung kelapa dan microwave dan menggunakan KOH pengaktivasi dan diaplikasikan sebagai elektroda super kapasitas [14]
Penelitian memanfaatkan tempurung kelapa dengan menggunakan microwave
dan pengaktivator kimia asam fosfat (H3PO4). Digunakan pemanas microwave
3
karena hasil yang diperoleh lebih baik, hemat energi dan waktu. Sehingga dapat diharapkan adsorben yang dihasilkan memiliki kualitas yang lebih baik dari sebelumnya.
1.2 Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini yang menjadi masalah adalah :
1. Bagaimana pengaruh waktu pirolisis terhadap yield karbon aktif yang dihasilkan dengan aktifator asam fosfat (H3PO4) menggunakan
microwave.
2. Bagaimana bilangan iodine dan luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan dengan aktifator asam fosfat (H3PO4) menggunakan
microwave.
3. Bagaimana karakteristik karbon aktif yang dihasilkan.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini secara umum bertujuan untuk mengkaji pembuatan karbon aktif dari tempurung kelapa dengan menggunakan aktivator H3PO4 dengan pemanas
microwave. Sedangkan secara khusus penelitian ini menentukan kondisi terbaik dengan variable bebas yakni waktu pirolisis, konsentrasi H3PO4 dan daya microwave.
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Memberikan informasi terutama dalam bidang penelitian dalam pembuatan karbon aktif menggunakan proses pirolisis dengan pengaruh variasi daya
microwave dan waktu reaksi terbaik terhadap yield karbon aktif sehingga dihasilkan yield karbon aktif yang terbaik.
2. Salah satu alternatif untuk pemanfaatan limbah lingkungan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif.
3. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan lanjutan limbah tempurung kelapa.
4
1.5 Ruang Lingkup
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan baku yang digunakan pada penelitian ini tempurung kelapa sebagai bahan baku. Variabel yang digunakan adalah :
1. Variasi daya proses pirolisis adalah 600 W,800 W dan 1000 W 2. Variasi waktu pirolisis adalah 10,20,30,40,50 dan 60 menit. 3. Variasi konsentrasi H3PO4 adalah 40, 50 dan 60%
Uji-uji yang akan dilakukan dalam penelitian ini adalah :
1. Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) di Laboratorium
Scanning Electron Microscope (SEM), Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung.
2. Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR) di Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara.
3. Analisis Bilangan Iodine di Laboratorium Penelitian, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
