4468
Review Potensi Biomassa Cangkang Kemiri (Aleurites moluccana) Sebagai Bahan Baku Karbon Aktif Penyerap Merkuri
Eka Marya Mistar1*, Rita Sunartaty2, Ikramullah Zein3, Maulinda4, Chairul Amni5
1Program Studi Teknik Kimia, Universitas Serambi Mekkah Banda Aceh Indonesia
2Program Studi Teknologi Pangan, Universitas Serambi Mekkah Banda Aceh Indonesia
3,4,5Program Studi Teknik Industri, Universitas Serambi Mekkah Banda Aceh Indonesia
*Koresponden email: eka.marya.mistar@serambimekkah.ac.id
Diterima: 17 November 2022 Disetujui: 30 November 2022
Abstract
Activated carbon derived from biomass as an adsorbent has attracted much interest due to its environmentally friendly nature, abundant and porous structure. This paper aims to summarize literature studies of activated carbon generated from candlenut shells (Aleurites moluccana) via a chemical was activation process. The availability of these raw materials is very abundant in Indonesia that requires serious attentions to reduce the accumulation of solid waste which cause the environmental problems. One possible solution is that the biomass can be converted to an adsorbent which can absorb the heavy metal that can damage the environment. The results of previous studies indicate that activated carbon produced from candlenut shells could effectively absorbs mercury.
Keywords : activated carbon, candlenut shell, biomass, adsorbent, mercury
Abstrak
Karbon aktif dari biomassa sebagai adsorben telah menarik banyak minat karena sifatnya yang ramah lingkungan, bahan baku yang melimpah dan strukturnya yang berpori. Dalam konteks ini, dilakukan studi literatur karbon aktif yang dibuat dari cangkang kemiri (Aleurites moluccana) melalui proses aktivasi dengan impregnasi aktivator kimia. Ketersediaan bahan baku tersebut sangat melimpah di Indonesia, sehingga memerlukan perhatian serius agar mengurangi penumpukan limbah padat yang akan menyebabkan masalah lingkungan. Salah satu solusi yaitu biomassa tersebut dapat diolah menjadi adsorben yang dapat menyerap limbah logam berat yang dapat mencemari lingkungan. Penelitian ini menggunakan metode tinjauan sistematis, yaitu pencarian literatur yang sistematis dan komprehensif. Berdasarkan studi literatur ini, limbah cangkang kemiri sangat banyak tersedia di Indonesia dan masih kurang dimanfaatkan.
Cangkang kemiri berpotensi menjadi bahan baku karbon aktif yang dapat menyerap logam berat seperti merkuri (Hg).
Kata kunci : karbon aktif, cangkang kemiri, biomassa, adsorben, merkuri
1. Latar Belakang
Kemiri (Aleurites moluccana) merupakan tanaman yang termasuk dalam famili Euphorbiaceae (jarak-jarakan) dan tumbuh subur di daerah beriklim tropis [1]. Tanaman kemiri merupakan tanaman industri karena produk yang dihasilkan dapat dimanfaatkan sebagai bahan industri [2]. Biji Kemiri maupun bagian tanaman lainnya dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri farmasi, kecantikan, cat, dan sebagainya. Selama ini hanya biji kemiri yang dimanfaatkan dari pada kulit bijinya. Perbandingan antara biji kemiri dan cangkangnya adalah 3:7.
Pencemaran lingkungan yang dipicu oleh ion logam berat beracun telah menjadi isu global dan pertimbangan mendasar banyak pemangku kepentingan dalam beberapa dekade terakhir. Merkuri (II) atau Hg2+, merupakan ancaman yang signifikan bagi kesehatan manusia, tumbuhan, dan kehidupan akuatik [3].
Pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh Hg2+ dalam suatu ekosistem melibatkan ketidakstabilan dan penyebaran cepat Hg2+ ke media lingkungan, seperti air, atmosfer, tanah, dan tanaman. Hg2+ dapat terakumulasi melalui sistem rantai makanan; banyak kasus keracunan Hg2+ yang dilaporkan disebabkan oleh konsumsi makanan yang terkontaminasi [4].
Ion berbahaya ini dapat diserap ke dalam aliran darah dan menyebar ke seluruh jaringan, sehingga menyebabkan berbagai kondisi akut, termasuk penurunan fungsi sistem saraf pusat, neurotoksisitas kuat,
4469
penyakit paru, kerusakan nefritik, nyeri dada, penurunan kesuburan, cacat lahir, dan kemacetan pembuluh darah [5]. Berbagai teknologi telah dibuat untuk menghilangkan Hg2+ dari media berair, misalnya, koagulasi, pengendapan kimia, ekstraksi pelarut, ultrafiltrasi, foto katalisis, pertukaran ion, osmosis balik, adsorpsi [6].
Adsorpsi menggunakan karbon aktif khususnya, telah diteliti sebagai teknik yang efektif untuk menghilangkan ion logam berat dari air limbah industri. Karbon aktif merupakan karbon yang diaktivasi sehingga kapasitas adsorpsinya meningkat. Karbon aktif merupakan bahan yang banyak digunakan dalam industri kimia [7]. Karakteristik unggul yang dimiliki karbon aktif seperti luas permukaan yang tinggi, stabil secara fisik dan kimia membuat karbon aktif digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari pemurnian air, elektroda super kapasitor, filter gas, pendukung katalis dan penanganan limbah [8][9][10][11].
Produksi karbon aktif modifikasi untuk banyak aplikasi tetap menjadi topik penelitian untuk pengembangan lebih lanjut. Karbon aktif menawarkan kapasitas dan laju adsorpsi yang tinggi, efisiensi penyisihan yang tinggi, kemampuan penghilangan selektif, kelayakan ekonomi, kemudahan pengoperasian, biaya rendah, dan berbagai prekursor yang tersedia [12]. Tujuan dari artikel ini untuk mengkaji potensi biomassa pemanfaatan limbah cangkang kemiri menjadi karbon aktif sehingga bermanfaat bagi lingkungan dan bernilai jual tinggi.
2. Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode tinjauan sistematis, yaitu pencarian literatur yang sistematis dan komprehensif dilakukan di database jurnal. Antara lain SINTA, Research Gate, Science Direct, dan Google Scholar, yang diterbitkan antara tahun 2010 dan 2022. Selanjutnya dilakukan analisa terhadap data data yang telah diperoleh untuk dirangkum.
3. Hasil dan pembahasan 3.1 Limbah Cangkang Kemiri
Karakteristik karbon aktif dari cangkang kemiri ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakteristik karbon aktif cangkang kemiri
Parameter Unit Value
Luas permukaan Volume m2/g 1183 pori total Diameter pori cm3/g 0.67
rata-rata Å 2.32
Sumber [16]
Gambar 1 merupakan hasil SEM karbon aktif yang menunjukkan sifat berpori dengan sejumlah lubang dan kerutan, dan area permukaan spesifik yang tinggi.
Gambar 1. Struktur morfologi karbon aktif berbahan baku cangkang kemiri Sumber: Dokumentasi pribadi (2022)
4470
Suhu pirolisis dan rasio berat karbon terhadap aktivator kimia mempengaruhi kualitas karbon aktif.
Penurunan sifat fisik dapat disebabkan oleh kerusakan karbon akibat proses pemanasan selama aktivasi.
Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa suhu pirolisis yang tinggi dapat mempengaruhi diameter pori rata-rata. Peningkatan ukuran diameter pori terjadi dalam beberapa tahap, dimulai dengan pembukaan pori- pori yang sebelumnya tertutup, pembentukan pori-pori baru, dan pembesaran pori-pori yang terbentuk.
Peningkatan diameter pori juga berpotensi menurunkan luas permukaan [17].
Beberapa penelitian yang melaporkan kapasitas adsorpsi yang baik dari karbon aktif yang berbasis biomassa. Tabel 2 merupakan perkembangan adsorpsi merkuri oleh karbon aktif berbahan baku biomassa.
Produksi karbon aktif cangkang kemiri dari limbah pertanian merupakan adsorben yang berpotensi untuk menyerap merkuri dalam air limbah.
Tabel 2. Kapasitas adsorpsi berbagai karbon aktif dari biomassa
Penelitian Biomassa Hasil penelitian
Properties and adsorptive performance of candlenut shell and its porous charcoals for aqueous mercury (II) removal [16]
Cangkang kemiri 214,36 mg/g
Evaluation of mercury (Hg2+) adsorption capacity using exhausted coffee waste [18]
Cangkang kopi 31,75 mg/g
Sorption of mercury (II) and atrazine by biochar, modified biochars and biochar based activated carbon in aqueous solution [19]
Jerami Jagung 92.23 mg/g
Palm shell activated carbon impregnated with task-specific ionic-liquids as a novel adsorbent for the removal of mercury from contaminated water [20]
Cangkang sawit 83.33 mg/g
Elimination of mercury by adsorption onto activated carbon prepared from the biomass material [21]
Cangkang kacang pistachio
147.1 mg/g
A comparative study on the sorption characteristics of Pb(II) and Hg(II) onto activated [22]
Tempurung kelapa 38.60 mg/g
Tabel 2 menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi karbon aktif berbahan cangkang kemiri lebih tinggi bila dibandingkan dengan karbon aktif dari bahan baku lainnya, oleh karena itu, cangkang kemiri sangat berpotensi bila diproduksi menjadi karbon aktif yang selanjutnya akan digunakan sebagai salah satu cara penanganan pencemaran lingkungan. Pemanfaatan limbah cangkang kemiri untuk teknologi adsorpsi juga dapat bermanfaat bagi petani kemiri. Adsorben dari cangkang kemiri akan menghasilkan keuntungan bagi petani serta mengurangi tekanan terhadap lingkungan. Transformasi kulit kemiri menjadi bahan yang bermanfaat seperti bioadsorben akan memberikan pendapatan yang lebih tinggi, mengurangi jumlah limbah pertanian secara signifikan, dan mempromosikan pelestarian lingkungan dengan mempertahankan sumber karbon sebagai struktur yang kokoh.
3.2 Potensi penghasil kemiri di Indonesia
Produksi kemiri di Indonesia mencapai 100.700 metrik ton per Tahun [23]. Mengacu pada statistik FAO tentang produksi kemiri, produksi kemiri dunia pada tahun 2020 adalah 554.490 metrik ton [24].
Provinsi penghasil kemiri terbesar di Indonesia yaitu Nusa Tenggara Timur, Nanggroe Aceh Darussalam,
4471
Sumatera Utara, Sumatera Barat dan Sulawesi Selatan [1]. Cangkang kemiri merupakan limbah agroindustri yang dihasilkan dari pengolahan buah kemiri yang merupakan produk pertanian. Karena produk agroindustri ini mengandung sekitar 66,1% cangkang, limbah padat, sekitar 366.518 metrik ton limbah dihasilkan dari produksi kemiri setiap tahun [24]. Salah satu daerah penghasil kemiri yang terbesar adalah di Provinsi Nusa Tenggara Timur [25], dimana produksi per tahun kemiri ditampilkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Produksi kemiri di Provinsi Nusa Tenggara Timur Sumber : bps.go.id
Provinsi Aceh juga merupakan salah satu daerah penghasil kemiri terbesar di Indonesia. Luas perkebunan kemiri di Provinsi Aceh ditampilkan pada Gambar 3 [25].
Gambar 3. Luas perkebunan kemiri di Provinsi Aceh Sumber : bps.go.id
Pada tahun 2019, Kabupaten Aceh Besar telah menjadi salah satu kabupaten yang dapat memproduksi kemiri 100ton/bulan. Kecamatan Seulimum dan kecamatan lembah Seulawah merupakan daerah yang telah lama dikenal sebagai pusat penghasil kemiri [26]. Bagi masyarakat Aceh, keberadaan kemiri sangat dekat dengan kehidupan sehari hari, diantaranya sebagai rempah pelengkap bumbu masakan dan sumber minyak, sehingga kebutuhan akan kemiri terus meningkat.
23500 24000 24500 25000 25500 26000 26500 27000 27500 28000
2014 2015 2016
Ton
Tahun
Kemiri
0 5000 10000 15000 20000 25000
2012 2013 2014 2015 2016 2017
Hektar
Tahun
4472
4. Kesimpulan
Perkebunan kemiri di Indonesia tersebar di beberapa provinsi di Indonesia, diantaranya adalah provinsi Nusa Tenggara Timur yang menghasilkan 27.577 ton kemiri pada tahun 2016. Produksi dan kebutuhan kemiri yang meningkat setiap tahunnya juga akan menyebabkan peningkatan limbah cangkang kemiri, sehingga diperlukan solusi untuk menangani limbah tersebut dan salah satunya adalah sebagai bahan baku karbon aktif. Karbon aktif adalah produk dari proses pirolisis yang dimanfaatkan untuk tujuan lingkungan sebagai penyerap polutan anorganik dan organik dengan biaya murah. Hasil kajian literatur diperoleh limbah cangkang kemiri berpotensi menjadi bahan baku karbon aktif dengan kapasitas adsorpsi Hg2+ sebesar 214,36 mg/g. Dari segi lingkungan khususnya pengolahan air limbah, bahan berbasis biomassa yang paling cocok digunakan sebagai sorben adalah biomassa padat. Limbah cangkang kemiri yang dimanfaatkan dengan baik akan menghasilkan produk yang bernilai jual tinggi dan juga dapat menjadi sumber ekonomi bagi petani kemiri.
5. Daftar Pustaka
[1] N. M. Aruan, I. P. Manalu, A. Prihartanty, A. M. Samosir, H. M. Siahaan, A. Dodo, D.
Simangunsong. 2021. Peningkatan usaha pengolahan kemiri di Kecamatan Laguboti. Prosiding Seminar Nasional Hasil Penelitian dan Abdimas ISBN: 978-602-53557-7-6.
[2] D. Lumbantoruan, A. Rohanah, A. Rindang. 2014. Uji pengaruh suhu pemanasan biji kemiri dengan menggunakan oil press tipe ulir terhadap rendemen dan mutu minyak yang dihasilkan (The Effect Oil Press Candlenut Heating Temperature On The Yield and Quality of Candlenut Oil. J.Rekayasa Pangan dan Pert., Vol.2 No. 3.
[3] A. I. Casasus, A. M. H. Rogers, R. Rodriguez, D. W. Mazyc. 2020. Novel photo-activated method for removal of mercury from industrial wastewater, J. Water Process Eng. 38, 101667.
[4] S. Mashhadi, R. Sohrabi, H. Javadian, M. Ghasemi, I. Tyagi, S. Agarwal, V.K. Gupta. 2016. Rapid removal of Hg (II) from aqueous solution by rice straw activated carbon prepared by microwave- assisted H2SO4 activation: kinetic, isotherm and thermodynamic studies, J. Mol. Liq. 215, 144–
153.
[5] F. Kazemi, H. Younesi, A. Ghoreyshi, N. Bahramifar, A. Heidari. 2016. Thiol-incorporated activated carbon derived from fir wood sawdust as an efficient adsorbent for the removal of mercury ion:
batch and fixed-bed column studies, Process. Saf. Environ. Prot. 100, 22–35.
[6] F. E. A. Arias, A. Beneduci, F. Chidichimo, E. Furia, S. Straface. 2017. Study of the adsorption of mercury (II) on lignocellulosic materials under static and dynamic conditions, Chemosphere. 180, 11–23.
[7] A. F. Nicholas, M. Z. Hussein, Z. Zainal, T. Khadiran. 2019. Chapter 12 - activated carbon for shape-stabilized phase change material, in: Synthesis, Technology and Applications of Carbon Nanomaterials, Elsevier ; pp. 279–308.
[8] B. Neethu, G. D. Bhowmick, M. M. Ghangrekar. 2019. A novel proton exchange membrane developed from clay and activated carbon derived from coconut shell for application in microbial fuel cell, Biochem. Eng. J. 148 ; 170–177.
[9] V. K. Gupta, I. Ali. 2013. Chapter 3—water treatment for organic pollutants by adsorption technology. In: Gupta VK, Ali IBT-EW (eds) Elsevier, pp 93–116.
[10] I. I. G. Inal, Z. Aktas. 2020. Enhancing the performance of activated carbon based scalable supercapacitors by heat treatment. Applied Surface Science 514 ;145895.
[11] G. G. Pradeep, K. P. Sukumaran, G. George, F. Muhammad, Dr. N. Mathew. 2016. Production and characterization of activated carbon and its application in water purification. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Volume: 03 Issue: 08.
[12] P. Aliprandini, M. M. Veiga, B. G. Marshall, T. Scarazzato, D. C. R. Espinosa. 2020. Investigation of mercury cyanide adsorption from synthetic wastewater aqueous solution on granular activated carbon, J. Water Process Eng. 34, 101154.
[13] M. Danish, T. Ahmad, R. Hashim, N. Said, M. N. Akhtar, J. Mohamad-Saleh, O. Sulaiman. 2018.
Comparison of surface properties of wood biomass activated carbons and their application against rhodamine B and methylene blue dye, Surf. Interfaces 11.
[14] A. H. Wazir, I. ul. Haq, A. Manan, A. Khan. 2020. Preparation and characterization of activated carbon from coal by chemical activation with KOH. Int. J. Coal Prep. Util., pp. 1–12.
4473
[15] A. R. 0. Adeleke, A. A. Abdul Latiff, Z. Daud, N. F. Mat Daud, M. K. Aliyu. 2017. Heavy Metal Removal from Wastewater of Palm Oil Mill Using Developed Activated Carbon from Coconut Shell and Cow Bones. Key Eng. Mater., vol. 737, pp. 428–432.
[16] M. Mariana, E. M. Mistar, M. Syabriyana, A. S. Zulkipli, D. Aswita, T. Alfatah. 2022. Properties and adsorptive performance of candlenut shell and its porous charcoals for aqueous mercury(II) removal. Bioresource Technology Reports, 19; 101182.
[17] E. M. Mistar, S. Ahmad, A. Muslim, T. Alfatah, M. D. Supardan. 2018. Preparation and characterization of a high surface area of activated carbon from Bambusa vulgaris-Effect of NaOH activation and pyrolysis temperature. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 334: 012051.
[18] N.M.M. Alvarez, J. M. Pastrana, Y. Lagos, J. J. Lozada. 2018. Evaluation of mercury (Hg2+) adsorption capacity using exhausted coffee waste. Sustainable Chemistry and Pharmacy 10: 60- 70.
[19] G. Tan, W. Sun, Y. Xu, H. Wang, N. Xu. 2016. Sorption of mercury (II) and atrazine by biochar, modified biochars and biochar based activated carbon in aqueous solution. Bioresour. Technol. 211, 727–735.
[20] A. A. Ismaiel, M. K. Aroua, & R. Yusoff. 2013. Palm shell activated carbon impregnated with task- specific ionic-liquids as a novel adsorbent for the removal of mercury from contaminated water.
Chemical Engineering Journal 225: 306-314.
[21] N. Asasian, T. Kaghazchi, & M. Soleimani. 2012. Elimination of mercury by adsorption onto activated carbon prepared from the biomass material. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 18(1): 283-289.
[22] N. M. Andal, & V. Sakthi. 2010. A comparative study on the sorption characteristics of Pb(II) and Hg(II) onto activated carbon. E-Journal of Chemistry 7(3): 967-974.
[23] D. Patabang, J. T. Siang, Basri, 2021. Co-combustion characteristics of low-rank coal mixed with candlenut shell by using thermogravimetry analysis - differential thermal analysis. IOP Conf. Ser.
Mater. Sci. Eng. 1034, 012046.
[24] C. Martín, A. Moure, G. Martín, E. Carrillo, H. Domínguez, J. C. Paraj´o. 2010. Fractional characterization of jatropha, neem, moringa, trisperma, castor and candlenut seeds as potential feedstocks for biodiesel production in Cuba. Biomass Bioenergy 34, 533–538.
https://doi.org/10.1016/J.BIOMBIOE.2009.12.019.
[25] https://www.bps.go.id/ diakses bulan Oktober dan November 2022
[26] https://infoaceh.net/ekonomi/aceh-besar-hasilkan-200-ton-kemiri-per-bulan/
