PEMANFAATAN JERAMI PADI UNTUK PRODUKSI KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI KIMIA MENGGUNAKAN KALIUM KARBONAT Muhammad Ikhsan Asy’ari 1 dan Mahmud Sudibandriyo 2 1 Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia 2 Riset Grup Energi Berkelanjutan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia Email: [email protected]ABSTRAK Pada penelitian ini dilakukan produksi karbon aktif berbahan baku jerami padi dengan karbonisasi dan dilanjutkan dengan aktivasi kimia menggunakan K2CO3. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh lama waktu dan suhu aktivasi pada tahap aktivasi kimia terhadap luas permukaan karbon aktif. Proses aktivasi dilakukan pada variasi suhu 700°C, 800°C, 900°C dan lama waktu aktivasi divariasikan selama 60 menit, 90 menit, dan 120 menit. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa peningkatan suhu dan lama waktu aktivasi menyebabkan luas permukaan terus mengalami peningkatan hingga suhu aktivasi 900 o C dan lama waktu selama 90 menit. Luas permukaan karbon aktif tertinggi sebesar 1.003 m 2 /g diperoleh dengan aktivasi pada suhu 900 o C dan lama waktu selama 90 menit. ABSTRACT Utilization of Rice Straw Waste to Produce Activated Carbon with Chemical Activation using Potassium Carbonate. Activated carbon from rice straw waste is produced in this research with carbonization and followed by chemical activation using potassium carbonate. This research aims to analyze the effect of duration and temperature in activation process. The activation process is held in 700°C, 800°C, 900°C of temperature and 60, 90 and 120 minutes of duration. It shows that surface area is increased by the increasing of activation temperature and duration except the activated carbon with 900°C of activation temperature and 120 minutes of activation duration. Highest surface area is 1,003 m2/g from activated carbon with 900°C of activation temperature and 90 minutes of activation duration Keywords: Activated carbon , Adsorption, Rice straw and Potassium carbonate. 1. Pendahuluan Karbon aktif adalah karbon yang diaktivasi pada suhu tinggi sehingga pori-porinya terbuka dan dapat digunakan sebagai bahan penyerap atau adsorben. Karbon aktif memiliki daya serap yang sangat besar yaitu sekitar 25% hingga 1000% dari berat karbon aktif tersebut (S. Meilita & S.Tuti.2003). Karbon aktif dapat digunakan dalam berbagai proses industri sebagai molekul penyaring, pemurnian cairan dan gas, pemurnian dan penjernihan air, proses pembuatan makanan, katalis, penghilangan sulfur dan nitrogen, serta pemurnian emas. Hingga saat ini telah dilakukan pengembangan pembuatan karbon aktif dengan menggunakan Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PEMANFAATAN JERAMI PADI UNTUK PRODUKSI KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI KIMIA MENGGUNAKAN
KALIUM KARBONAT
Muhammad Ikhsan Asy’ari1 dan Mahmud Sudibandriyo2
1Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia 2Riset Grup Energi Berkelanjutan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
ABSTRAK Pada penelitian ini dilakukan produksi karbon aktif berbahan baku jerami padi dengan karbonisasi dan
dilanjutkan dengan aktivasi kimia menggunakan K2CO3. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh lama waktu dan suhu aktivasi pada tahap aktivasi kimia terhadap luas permukaan karbon aktif. Proses aktivasi dilakukan pada variasi suhu 700°C, 800°C, 900°C dan lama waktu aktivasi divariasikan selama 60 menit, 90 menit, dan 120 menit. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa peningkatan suhu dan lama waktu aktivasi menyebabkan luas permukaan terus mengalami peningkatan hingga suhu aktivasi 900oC dan lama waktu selama 90 menit. Luas permukaan karbon aktif tertinggi sebesar 1.003 m2/g diperoleh dengan aktivasi pada suhu 900oC dan lama waktu selama 90 menit.
ABSTRACT
Utilization of Rice Straw Waste to Produce Activated Carbon with Chemical Activation using Potassium Carbonate. Activated carbon from rice straw waste is produced in this research with carbonization and followed by chemical activation using potassium carbonate. This research aims to analyze the effect of duration and temperature in activation process. The activation process is held in 700°C, 800°C, 900°C of temperature and 60, 90 and 120 minutes of duration. It shows that surface area is increased by the increasing of activation temperature and duration except the activated carbon with 900°C of activation temperature and 120 minutes of activation duration. Highest surface area is 1,003 m2/g from activated carbon with 900°C of activation temperature and 90 minutes of activation duration
Keywords: Activated carbon , Adsorption, Rice straw and Potassium carbonate.
1. Pendahuluan
Karbon aktif adalah karbon yang diaktivasi pada suhu tinggi sehingga pori-porinya terbuka
dan dapat digunakan sebagai bahan penyerap atau adsorben. Karbon aktif memiliki daya serap
yang sangat besar yaitu sekitar 25% hingga 1000% dari berat karbon aktif tersebut (S. Meilita &
S.Tuti.2003). Karbon aktif dapat digunakan dalam berbagai proses industri sebagai molekul
penyaring, pemurnian cairan dan gas, pemurnian dan penjernihan air, proses pembuatan makanan,
katalis, penghilangan sulfur dan nitrogen, serta pemurnian emas.
Hingga saat ini telah dilakukan pengembangan pembuatan karbon aktif dengan menggunakan
Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
berbagai bahan dengan kandungan karbon yang tinggi, seperti tempurung kelapa, bagas tebu, batu
bara dan sebagainya. Salah satu material yang juga dapat digunakan adalah jerami padi. Jerami
padi memiliki kandungan unsur karbon sebanyak 40-43% massa (Makarim, et al. 2007). Jerami
padi yang banyak mengandung unsur karbon ini dapat menjadi salah satu alternatif sebagai bahan
baku untuk peningkatan produksi karbon aktif.
Ketersediaan jerami padi di Indonesia cukup melimpah karena Indonesia merupakan negara
agraris Menurut data BPS tahun 2013, luas sawah di Indonesia adalah 13,7 juta ha dengan
kapasitas produksi padi sebesar 70,87 juta ton sehingga potensi jerami padi yang dimiliki Indonesia
adalah sekitar 99,22 juta ton (Kim & Dale. 2003). Namun, jerami padi masih belum dapat
digunakan secara optimal bahkan menjadi limbah pertanian yang selama ini menjadi masalah
daerah persawahan. Saat ini sebagian jerami padi dijadikan sebagai pakan ternak dan sisanya
dibakar sehingga dapat merusak lingkungan dan keseimbangan hayati..
Cara yang dapat dilakukan untuk menghasilkan karbon yang berpori adalah dengan
dekomposisi termal material organik yang melalui tiga tahapan, yaitu dehidrasi, karbonisasi, dan
aktivasi. Pengembangan penelitian pembuatan karbon aktif telah banyak dilakukan untuk
mendapatkan luas permukaan yang optimal. Saat ini, pembuatan karbon aktif dari jerami padi telah
dilakukan dengan menggunakan aktivasi kimia, yaitu jerami padi dicampur dengan larutan KOH
lalu dipanaskan di dalam reaktor hingga suhu 800oC serta dialiri dengan gas nitrogen mampu
menghasilkan luas permukaan karbon aktif sebesar 900 m2/gram (Oh & Park 2001). Selain itu
jerami padi juga dicampurkan dengan H3PO4 lalu dipanaskan hingga suhu 500oC mampu
menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan 786 m2/gram (Fierro, et al. 2001).
Pada penelitian ini metode aktivasi yang dilakukan adalah aktivasi kimia karena aktivasi kimia
dapat menghasilkan luas permukaan karbon aktif per satuan massa yang lebih besar daripada
menggunakan aktivasi fisika (Stals, et al. 2013). Aktivasi kimia dilakukan dengan menggunakan
K2CO3 sebagai activating agent karena dari penelitian sebelumnya dengan bahan baku yang lain,
penggunaan activating agent K2CO3 dapat menghasilkan luar permukaan karbon aktif per satuan
massa yang lebih besar daripada activating agent lainnya seperti ZnCl2 atau H3PO4 (Chen, et al.
2012). Dengan penelitian menggunakan jerami padi yang memiliki kandungan karbon yang cukup
tinggi, yakni sekitar 40-43%, dan metode aktivasi kimia dengan K2CO3 diharapkan dapat
menghasilkan karbon aktif dengan luas permukaan yang tinggi.
Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
2. Tinjauan Teoritis
2.1 Karbon aktif
Karbon aktif adalah karbon amorf berwujud padat yang terbentuk dari proses karbonisasi dan
aktivasi sehingga memiliki pori atau rongga dan luas permukaan internal yang tinggi. Hal ini
meyebabkan karbon aktif memiliki daya serap yang besar terhadap gas, uap dan zat yang berada
dalam larutan. Karbon aktif mempunyai luas permukaan hingga lebih dari 3.000 m2/g (Robau-
Sanchez et al., 2005).
Karbon aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon. Bahan-bahan
diantaranya berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang maupun bahan tambang seperti berbagai jenis
Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
3. Metode Penelitian
3.1. Alat dan bahan penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1. Alat yang Digunakan dalam Penelitian dan Kegunaannya
Alat Kegunaan Oven Alat untuk memanaskan bahan Penyaring Mesh no.100 dan 120 Alat untuk mengecilkan dan menyamakan ukuran
karbon aktif Reaktor Alat untuk proses aktivasi kimia dengan suhu tinggi Hot plate Alat untuk memanaskan bahan dan pengadukan
larutan Pengaduk (magnetic stirrer) Alat untuk mengaduk larutan Beaker Glass Wadah untuk membuat larutan Timbangan Labu Erlenmeyer
Alat untuk mengukur massa bahan Alat untuk membuat larutan dan proses titrasi
Cawan Petri Wadah untuk menimbang Ejektor Alat untuk proses pemisahan karbon aktif dan air
distilasi Spatula Alat untuk mengaduk larutan Kertas Saring Alat untuk memisahkan karbon aktif dan air distilasi Pipet Alat untuk memindahkan larutan Labu Ukur Alat untuk membuat dan menyimpan larutan
ini.
Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada tabel 2 di bawah
Tabel 2. Bahan yang Digunakan dalam Penelitian dan Kegunaannya
Bahan Fungsi Jerami Padi Sebagai bahan baku yang akan diproses untuk
menghasilkan karbon aktif Larutan K2CO3 Sebagai activating agent pada proses aktivasi kimia
untuk membentuk pori-pori pada permukaan arang. Air distilasi Sebagai bahan untuk membuat larutan dan untuk
proses pencucian karbon aktif yang telah diaktivasi HCl 5N Sebagai bahan untuk menghilangkan zat pengotor
yang mampu menutupi pori-pori pada permukaan karbon aktif sebelum proses pencucian
Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
Bahan Fungsi HCl 5% Sebagai bahan untuk menghilangkan zat pengotor
yang mampu menutupi pori-pori pada permukaan karbon aktif sebelum proses titrasi
Gas N2 Sebagai gas inert untuk menghilangkan kandungan oksigen di dalam reaktor
Padatan KI Sebagai bahan baku larutan penguji untuk pengukuran bilangan iod
Padatan I2 Sebagai bahan baku larutan penguji untuk pengukuran bilangan iod
Padatan Natrium Tio-Sulfat Padatan KIO3
Sebagai bahan baku larutan penguji untuk pengukuran bilangan iod Sebagai bahan baku larutan penguji untuk standarisasi larutan iodin
Kanji Sebagai bahan baku larutan indikator untuk proses titrasi pada pengukuran bilangan iod
3.2 Rangkuman kegiatan penelitian
Pada bab metode penelitian ini akan dibahas mengenai peralatan dan bahan yang akan
digunakan, variabel penelitian, diagram alir proses penelitian, dan prosedur penelitian. Tahapan-
tahapan yang dilakukan secara rinci dapat dilihat pada diagram alir penelitian keseluruhan (Gambar
3).
Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
Persiapan alat dan bahan baku
Pencampuran bahan baku dan
Activating Agent pada suhu 200oC
Karbonisasi pada Suhu 400oC
Gas inert N2 dengan laju alir =150 mL/menit
Aktivasi di dalam reaktor pada suhu 700oC, 800oC dan 900oC dan durasi
selama 60 menit, 90 menit dan 120 menit.
Pencucian dengan HCl 5N dan air distilasi
Pengeringan
Karakterisasi luas permukaan
3.3 Variabel Penelitian
Gambar 3. Rangkuman kegiatan penelitian
Berikut adalah variabel yang terkait pada penelitian ini :
• Variabel Bebas
1. Suhu aktivasi kimia
Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
2. Lama waktu aktivasi • Variabel Kontrol
1. Jenis activating agent
2. Rasio massa activating agent/massa jerami padi
3. Laju alir gas nitrogen • Variabel Terikat
Luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan
4. Hasil Penelitian
4.1 Yield karbonisasi
Data yield arang yang diperoleh dari proses karbonisasi jerami padi dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3. Yield Arang jerami padi
Massa jerami
padi (gram)
Massa arang
(gram)
Massa arang dari
jerami padi (gram)
Yield
(%)
25 46,85 9,35 37,40
25 49,92 12,42 49,68
25 46,85 9,35 37,40
25 50,31 12,81 51,24
25 48,61 11,11 44,44
25 48,70 11,20 44,80
25 47,92 10,42 41,68
25 46,11 8,61 34,44
25 45,63 8,13 32,52
4.2 Yield aktivasi
Data yield karbon yang diperoleh dari proses aktivasi kimia dapat dilihat pada tabel 4.
Pemanfaatan Jerami..., Muhammad Ikhsan Asy'ari, FT UI, 2014
Tabel 4. Yield karbon aktif hasil aktivasi
Sampel Suhu aktivasi Lama waktu
aktivasi Yield perolehan karbon aktif
1
700 oC
60 menit 85,36%
2 90 menit 82,59%
3 120 menit 82,34%
4
800 oC
60 menit 81,36%
5 90 menit 79,82%
6 120 menit 78,52%
7
900 oC
60 menit 78,49%
8 90 menit 77,90%
9 120 menit 76,11% 4.3 Burn off
Burn off adalah persentase pengurangan massa bahan baku jerami padi selama proses aktivasi
dan pencucian hingga didapat produk karbon aktif. Nilai persentase burn off ini dapat dijadikan
sebagai pendekatan secara makro untuk mengkarakterisasi hasil pembuatan karbon aktif, dimana
nilai burn off yang tinggi menunjukkan bahwa volume pori akan bertambah. Perhitungan untuk
mendapatkan persentasi burn off dapat dilakukan dengan persamaan (6) dan hasil perhitungan burn