PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI KULIT JERUK (CITRUS SINENSIS (L) OSBECK) DENGAN AKTIVASI KOH BERBANTUAN
GELOMBANG MIKRO
REPOSITORY
OLEH
GLADYS MAY GRACE SIREGAR NIM. 1603110055
PROGRAM STUDI S-1 FISIKA JURUSAN FISIKA
FALKUTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU
2020
1 Pembuatan Karbon Aktif dari Kulit Jeruk (Citrus Sinensis (L) Osbeck)
dengan Aktivasi KOH Berbantuan Gelombang Mikro Gladys May Grace Siregar*, Awitdrus
Jurusan Fisika
Falkutas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau Jl. H R. Soebrantas km 12.5 Simpang Baru, Pekanbaru 28293, Indonesia
*gladysgrace99@gmail.com ABSTRACT
Orange peel based activated carbon by microwave assisted potassium hydroxide chemical activation has succesfully been made. Pre-carbonized of activated carbon was conducted for 1 hour at temperature of 150˚C and followed by chemical activation using KOH with variation of molarity of 2 M, 3 M, and 4 M. The microwave pyrolisis was carried out using output power of 630 Watt for 15 minutes.
The molarity of KOH was influenced by of the physical properties of activated carbon. Higher of output of activator concentration shows bigger of carbon content produced. The data of energi dispersive X-ray show the activated carbon of KJ4M has the highest of carbon content of 66,55%.
Keywords : Orange peel, Potassium Hydroxide, Microwave Irradiation, Activated Carbon, Physical Properties.
ABSTRAK
Karbon aktif dari bahan biomassa kulit jeruk dengan aktivasi kimia menggunakan kalium hidroksida (KOH) yang dibantu iradiasi gelombang mikro telah berhasil dibuat. Pembuatan karbon aktif dimulai dengan proses pra-karbonisasi selama 1 jam dan diaktivasi kimia dengan variasi konsentrasi 2 M, 3 M dan 4 M. Pengaktifan dibantu gelombang dengan daya mikro 630 Watt selama 15 menit. Aktivasi kimia dan iradiasi gelombang mikro berpengaruh terhadap sifat-sifat karbon aktif. Hasil karbon aktif setelah diaktivasi menggunakan KOH menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi aktivator maka semakin besar kandungan karbon yang dihasilkan. Karakterisasi energi dispersif sinar-X menunjukkan karbon aktif KJ4M memiliki kandungan karbon tertinggi sebesar 66,55%.
Kata Kunci : Kulit Jeruk, Kalium Hidroksida, Iradiasi Gelombang Mikro, Karbon Aktif, Sifat Fisika.
PENDAHULUAN
Limbah cair industri merupakan buangan yang dihasilkan dari
berbagai proses produksi industri.
Limbah cair mengandung polutan yang menyebabkan air tersebut menjadi berwarna. Perlu adanya
3 pengolahan limbah sebelum dibuang
ke lingkungan agar tidak merusak ekosistem dan tidak menjadi racun bagi organisme air. Pengolahan limbah dengan teknik adsorpsi masih merupakan metode yang paling menguntungkan karena efektifitas dan kapasitas adsorpsinya yang tinggi serta biaya operasional nya yang rendah (Mizwar, 2012).
Karbon aktif merupakan suatu padatan, berpori dan material karbon bewarna hitam. Karbon aktif adalah adsorben yang biasa digunakan untuk menghilangkan kontaminan organik dari udara karena memiliki pori-pori yang banyak dan luas permukaan yang besar. Beberapa dekade terakhir, berbagai macam karbon aktif dibuat dari berbagai limbah pertanian dan digunakan sebagai adsorben dengan harga yang murah untuk menghilang kan jenis polutan yang berbeda dari limbah cair (Khaled et al, 2009).
Salah satu dari limbah pertanian yang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben adalah limbah kulit jeruk.
Menurut Liang et al (2009), kulit jeruk memiliki kandungan berupa selulosa, hemiselulosa, lignin dan pektin yang membuat kulit jeruk sebagai biomaterial yang berpotensi untuk dijadikan adsorben alternatif.
Komponen dalam kulit jeruk memiliki gugus fungsi yang berbeda, seperti golongan karboksil dan hidroksil yang membuat kulit jeruk berpotensi sebagai adsorben untuk menjerap ion logam dari larutan berair (Doulati et al.,2007). Pada penelitian ini kulit jeruk dijadikan bahan dasar dalam pembuatan karbon aktif yang diproduksi dengan aktivasi kimia berbantuan gelombang mikro.
METODE PENELITIAN
Pembuatan karbon aktif dimulai dengan melakukan preparasi bahan dasar karbon aktif. Kulit jeruk dijemur dibawah sinar matahari hingga massanya konstan, kulit jeruk yang sudah kering dipotong dengan ukuran ± 5mm. Kulit jeruk yang telah melalui proses dehidrasi, dikarbonisasi dalam oven listrik selama 1 jam dengan suhu 150˚C.
Setelah proses karbonisasi karbon dihaluskan dan diayak dengan ukuran 100 Mesh sehingga dihasilkan serbuk yang homogen.
Proses selanjutnya adalah aktivasi kimia menggunakan agen pengaktif kalium hidroksida (KOH) dengan variasi konsentrasi 2 M, 3 M dan 4 M. Aktivasi kimia dilakukan dengan mencampurkan 200 ml aquades dan 25 gr serbuk karbon lalu diaduk menggunakan hot plate dan magnetic stirrer pada suhu kamar selama 20 jam dan suhu 60˚C selama 2 jam.
Karbon yang telah diaktivasi dimasukan kedalam oven gelombang mikro dan diiradiasi masing-masing selama 15 menit dengan daya 630 Watt yang dialiri gas Nitrogen (N2).
Proses iradiasi gelombang mikro dilakukan untuk membuka pori karbon aktif menjadi lebih terbuka lagi sehingga memiliki luas permukaan yang tinggi. Tahap terakhir dilakukan pencucian secara berulang-ulang untuk menetralkan karbon sampai pH campuran ~ 7.
Karbon aktif yang sudah netral dikeringkan dalam oven listrik dengan suhu 105˚C selama 9 jam.
4 Diagram alir penelitian
ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses pra-karbonisasi menyebab kan terjadinya penyusutan massa dan perubahan warna pada kulit jeruk.
Gambar 2 memperlihatkan bahwa sebelum dilakukan pra-karbonisasi,
kulit jeruk berwarna jingga, setelah dilakukan proses pra-karbonisasi, kulit jeruk berubah warna menjadi coklat kehitaman. Proses pra- karbonisasi bertujuan untuk menghilangkan zat-zat yang mudah menguap (volatile matter) yang terkandung pada bahan baku (Marsh dan Fransisco, 2006) dan mengubah material organik menjadi karbon.
Gambar 2. Kulit jeruk a) sebelum pra-karbonisasi b) setelah pra-karbonisasi.
Pada tahap ini kulit jeruk yang sudah kering dimasukkan ke dalam oven listrik dengan suhu 150˚C selama 1 jam. Proses pra-karbonisasi menyebabkan penyusutan massa kulit jeruk akibat hilangnya senyawa hidrokarbon dan berkurangnya kadar air, sebelum proses pra-karbonisasi Kulit Jeruk
Karbon
Karbonisasi t=1 jam.
T=150˚C
Penghalusan
Aktivasi Kimia KOH + Air Suling M= 2 M, 3 M, 4 M,
Diaduk dalam air suling 200 ml; t=22 jam
Iradiasi
P = 630 W ; t = 15 menit
Cuci dengan air suling (pH ~ 7) Granul (100 Mesh)
Pengayakan
Dikeringkan T = 105 ˚C; t = 9 jam
Karbon Aktif
a
b
5 setiap sampel yang akan di pra-
karbonisasi mempunyai massa 30 gr, setelah dilakukan proses pra- karbonisasi terjadi penyusutan massa.
Persentase penyusutan massa kulit jeruk dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Persentase penyusutan kulit jeruk
Pra- karbonisa si
Setelah Pra- karbonis asi (gr)
Penyusutan massa (%)
1 16,60 44,66
2 16,78 44,06
3 16,98 43,37
4 17,56 41,45
5 17,71 40,94
6 18,12 39,60
7 18,23 39,21
8 18,55 38,16
9 18,79 37,34
10 19,56 34,77
Rata- rata
40,35 Setelah proses pra-karbonisasi, terlihat bahwa rata-rata persentase penyusutan massa kulit jeruk sebesar 40,35% dari massa awal sampel.
Penyusutan massa terjadi karena hilangnya kandungan air pada sampel dan terurainya material organik seperti hemiselulosa, selulosa dan lignin menjadi unsur karbon (Bangun dkk., 2016.
Yield Karbon Aktif
Yield karbon aktif yaitu persentase perolehan karbon aktif yang didapat setelah melalui proses aktivasi dan iradiasi gelombang mikro, sehingga diketahui jumlah bahan baku yang hilang pada saat proses berlangsung. Proses pencucian dan pengeringan juga menyebabkan pengurangan massa, hal ini
dikarenakan hilangnya senyawa sisa- sisa –OH dan zat-zat hasil reaksinya.
Yield karbon aktif merupakan perbandingan massa karbon aktif setelah pengaktifan terhadap massa karbon mula-mula. Persentase yield dapat dihitung dengan persamaan
%𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 =𝑚𝑎
𝑚𝑏𝑥100%, dengan ma
adalah massa karbon aktif setelah proses iradiasi gelombang mikro dan mb adalah massa karbon aktif sebelum iradiasi gelombang mikro (Awitdrus, 2016).
Gambar 2 menunjukkan bahwa hasil karbon aktif pada masing- masing sampel berbeda. Persentase yield karbon aktif setelah proses iradiasi rata-rata mencapai 22, 38%.
Hasil yield karbon aktif yang rendah disebabkan pada saat proses pencucian banyak sampel yang terbuang sehingga karbon aktif yang dihasilkan sedikit.
Proses aktivasi bertujuan untuk mengaktifkan karbon dengan mengangkat kotoran-kotoran yang menutupi karbon sehingga dapat dihasilkan luas permukaan yan besar.
Kalium Hidroksida sebagai larutan agen pengaktif yang berperan penting dalam hasil nilai yield karbon aktif.
Kehadiran KOH selama aktivasi menghasilkan degradasi material yang akan membentuk pori.
Massa karbon aktif sebelum aktivasi adalah lebih besar daripada sesudah aktivasi, hal ini dikarenakan pada proses aktivasi kotoran-kotoran yang menutupi pori-pori karbon ikut terlepas (teruapkan) seiring pertambahan suhu aktivasi. Melalui proses aktivasi ini karbon akan memiliki daya serap yang semakin meningkat (Apriani dkk., 2013).
6 Gambar 3. Yield karbon aktif
Komponen Karbon Aktif
Kandungan unsur yang terdapat dalam karbon dikarakterisasi dengan Energi Dispersif Sinar-X (EDX). Tabel 2 menunjukkan karbon aktif memiliki kandungan unsur karbon (C), oksigen (O), kalium (K) dan kalsium (Ca). Persentase ketiga sampel 2 M, 3 M dan 4 M memiliki perbandingan kandungan karbon masing-masing 69.71 %, 50.51% dan 66.55 %. Rendahnya kandungan karbon pada karbon aktif ini disebabkan pemanasan yang tidak mencukupi untuk mengubah selulosa, hemiselulosa dan lignin menjadi karbon.
Kandungan karbon terbesar terdapat pada karbon 2 M dengan kandungan karbon 69,71%. Jumlah karbon terbesar kedua yaitu karbon 4 M dengan jumlah karbon 66,55%
dimana terkarbonisasi lebih banyak sehingga kadar abu, zat terbang semakin meningkat sehingga karbon yang dihasilkan semakin sedikit.
Jumlah karbon paling sedikit yaitu karbon 3 M dengan jumlah karbon 50,51% dimana proses karbonisasi tidak maksimal, zat-zat organik yang
terdapat dalam kulit jeruk belum terurai secara merata sehingga karbon yang dihasilkan sedikit. Kandungan karbon yang relatif rendah ini disebabkan suhu karbonisasi yang rendah, menyebabkan pembakaran yang tidak sempurna sehingga hidrogen dan oksigen yang terurai dan teruapkan hanya sedikit (Fitriani dkk., 2015).
Jumlah oksigen dan kalium semakin berkurang karena setelah diiradiasi dengan gelombang mikro, jumlah oksigen dan kalium yang terdapat pada karbon aktif menguap.
Karbon aktif mengandung unsur selain karbon yang terikat secara kimia yaitu oksigen (O2) yang disebabkan adanya bahan baku yang tertinggal akibat tidak sempurnanya karbonisasi dan dapat juga terjadi ikatan pada proses aktivasi (Jankowski dkk., 1991). Kandungan unsur kalium disebabkan oleh proses pencucian yang tidak sempurna karena kalium masih tersisa pada saat penetralan karbon yang diaktivasi.
Sedangkan adanya unsur kalsium ini disebabkan terdapat pada bahan baku kulit jeruk.
19,68
23,84 23,44
0 5 10 15 20 25 30
KJ 2M KJ 3M KJ 4M
Yield Karbon Aktif (%)
7 Tabel 2. Persentase kandungan unsur karbon aktif kulit jeruk
No. Unsur Sampel (%)
KJ2M KJ3M KJ4M
1. C 69,71 50,51 66,55
2. O 26,48 19,12 29,95
3. K 3,81 2,96 2,22
4. Ca - 27,41 -
Total 100 100 100
KESIMPULAN
Kesimpulan yang di dapat dari hasil penelitian dan pembahasan adalah karbon aktif dari kulit jeruk telah berhasil dilakukan dengan aktivasi KOH berbantuan iradiasi gelombang mikro. Hasil Yield karbon aktif kulit jeruk KJ3M menunjukkan persentase terbesar yaitu 23,84%.
Hasil Energi dispersi sinar-X menunjukkan karbon aktif kulit jeruk KJ2M memiliki kandungan unsur karbon terbanyak pada karbon aktif KJ2M sebesar 69,71%.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karuniaNya saya telah melakukan penelitian dan menulis karya ilmiah ini. Saya juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak Dr.
Awitdrus, M.Si yang telah membimbing saya dalam melakukan penelitian, rekan tim penelitian laboran Fisika Material, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
DAFTAR PUSTAKA
Apriani, R., Faryuni, D.I., Wahyuni, D. 2013. Pengaruh Konsentrasi Aktivator Kalium Hidroksida (KOH) terhadap Kualitas Karbon Aktif Kulit Durian sebagai Adsorben Logam Fe pada Air Gambut. Prima Fisika 1(2).
Awitdrus, Rukmana, D.V., Farma, R., Iwantono. 2016. Pengaruh Waktu Perendaman dalam Pembuatan Karbon Aktif Cangkang Buah Ketapang dengan Pengaktifan Kimia Berbantuan Iradiasi Gelombang Mikro. Jurnal
Komunikasi Fisika Indonesia (KFI), Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau, ISSN : 1412 – 2960.
Bangun, T.A., Zaharah, T.A., dan Shofiyani A. 2016. Pembuatan Arang Aktif dari Cangkang Buah Karet untuk Adsorpsi Ion Besi (II) dalam Larutan. JKK UNTAN.
5(3): 18-24.
Doulati A.F., Badi, K.H., Yousefi L.N., Mahmoodi, N.M., Arami, M., Shafaei, S. Z., Mirhabila, A.R. 2007. Numerical Modelling and Laboratory Studies on the
8 Removel of Direct Red 23 and
Direct Red 80 Dyes from Textile Efluents Using Orange Peel a Low-Cost Adsorbent. Dyes and Pigments 73(2): 178-185.
Fitriani. 2015. Studi Awal Pengaktifan Karbon dari Kayu Eucalyptus Sebagai Bahan Penyerap Menggunakan Iradiasi Gelombang Mikro. Skripsi.
Pekanbaru: Universitas Riau.
Jankowski, H., Swiatkowski, A., Choma, J. 1991. Active Carbon 1st edition. London: Ellis Horwood.
Khaled, A.O., Abdelwahab, A., El- Sikaily., El Nemr, A. 2009.
Treatment of Artificial Textile Dye Effluent Containing Direct Yellow 12 by Orange Peel
Carbon. International Conference on Aquatic Resources.
Liang, S., Guo, X.Y., Feng, N.C., Tian,Q.H. 2009. Isoterms, Kinetic and Thermodinamic Studies of Adsorption of Cu2+and Cd2+ from Aquos Solutions by Mg2+/K+/Type Orange Peel Adsorbents.
Journal of hazardous material.174 (1): 756-762.
Marsh, H., Fransisco. R.R. 2006.
Activated Carbon. Elsevier Science & Technology Books.
Mizwar, A. 2013. Penyisihan Warna pada Limbah Cair Sasirangan dengan Adsorpsi Zeolit. Info Teknik 15(1): 11-16.
