Tabel 2.4 Komponen Penyusun Kimiawi Karbon Aktif Tempurung Kelapa Komponen
Persentase
C 74,3
O 21,9
Si 0,2
K 1,4
S 0,5
P 1,7
Sumber : Bledzki,A.K.,dkk 2010
Secara umum arang aktif dibuat dari arang tempurung dengan pemanasan pada suhu 600-2000
o
C pada tekanan tinggi. Pada kondisi ini akan terbentuk rekahan
– rekahan rongga halus dengan jumlah yang sangat banyak, sehingga luas permukaan arang tersebut menjadi besar. Karakteristik secara
umum dari tempurung kelapa dapat dilihat pada Tabel 2.5.Herling D.T, 2009.
Tabel 2.5 Karakteristik secara umum tempurung kelapa Parameter
Persentase
Kadar air
moisture content
Kadar abu
ash content
Kadar material mudah menguap
volatile matter
Karbon
fixed carbon
7,8 0,4
18,8 80,8
Sumber:httpwww.pdii.lipi.go.id
2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif
1. Metode Tradisional
Pembuatan karbon aktif dengan metode tradisional sangat sederhana yaitu dengan menggunakan drum atau lubang bawah tanah dengan cara pengolahan
sederhana. Bahan yang hendak dibakar dimasukkan ke dalam drum yang terbuat dari pelat besi atau lubang yang yang telah disiapkan, kemudian dinyalakan sehingga
terbakar.
Universitas Sumatera Utara
Pada saat pembakaran drum atau lubang ditutup sehingga hanya ventilasi yang dibiarkan terbuka, untuk sebagai jalan keluarnya asap, ketika asap yang keluar sudah
berwarna kebiru-biruan, ventilasi ditutup dan dibiarkan selama lebih kurang 12 jam. Setelah itu dengan hati-hati tutup drum dibuka dan dicek apakah masih ada bara
yang menyala jika masih ada tutup derum ditutup kembali, tidak dibenarkan menggunakan air untuk mematikan bara yang sedang menyala karena dapat
menurunkan kualitas karbon yang dihasilkan Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, 1994.
Pembuatan karbon aktif dengan metode ini biasanya menghasilkan keaktifan yang rendah bahkan dibawah keaktifan menurut standar industri Indonesia SII, hal ini
disebabkan proses pembentukan karbon aktif tidak memungkinkan terbentuknya pori- pori dengan baik.
Pada saat pembakaran, residu-residu yang ada pada bahan dasar berupa senyawa-senyawa hidrokarbon ikut terbakar tetapi masih ada tersisa dan tetap masih
melekat pada karbon tersebut, residu yang terbakar ini menutupi pori-pori karbon sehingga menurunkan kualitasnya Sudrajat, 1993.
2. Metode yang diperbaharui
Metode pembuatan karbon aktif yang diperbaharui dilakukan dengan dua tahap yaitu tahap pengarangan karbonisasi dan tahap pengaktifan aktivasi, dalam metode
ini bahan baku dipanaskan dengan jumlah udara seminimal mungkin agar rendemen yang dihasilkan cukup besar. Hasil yang diperoleh dengan metode ini berupa karbon
yang memberi keaktifan dan rendemen yang cukup besar. Sembiring 2003 mengemukakan secara umum dan sederhana proses
pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap, yaitu : 1.
Dehidrasi yaitu proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 ºC.
2. Karbonisasi yaitu pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu di atas
170 ºC akan menghasilkan CO, CO2. Hasil dari proses karbonisasi biasanya masih memiliki luas permukaan aktif yang kecil karena masih banyak
volatile
dan
tar
Universitas Sumatera Utara
yang terperangkap dalam karbon sehingga menutupi karbon aktif dan membatasi daya
adsorpsi
dari karbon tersebut karena masih berikatan dengan
volatile
dan
tar
3. Aktivasi yaitu dekomposisi
ter
dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO dan asam asetat. Pada suhu 275 ºC, dekomposisi menghasilkan
ter
, methanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur
400-600 ºC sebagai aktivator.
Proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang
yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami
perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorbsi.
Singgih H dan Ratnawati 2010 mengemukakan metode aktivasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah :
1. Aktivasi kimia
Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Aktifator yang digunakan adalah bahan-
bahan kimia seperti hidroksida logam alkali, garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl
2
, asam-asam anorganik seperti H
2
SO
4
dan H
3
PO
4
. 2.
Aktivasi Fisika Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik
dengan bantuan panas, uap dan CO
2
. Umumnya arang dipanaskan di dalam tanur pada temperatur 800-900 ºC. Oksidasi dengan udara pada temperatur rendah
merupakan reaksi isotherm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Sedangkan pemanasan dengan uap atau CO
2
pada temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm sehingga lebih mudah dikontrol dan paling umum digunakan.
Universitas Sumatera Utara
Sifat karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya
adsorpsi
Sembiring, 2003., yaitu : 1. Sifat Adsorben
Karbon aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berkaitan secara kovalen.
Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur
pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif mengakibatkan semakin besar luas permukaannya. Dengan demikian kecepatan
adsorbsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorbsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Jumlah atau dosis arang aktif yang
digunakan juga harus diperhatikan. 2. Sifat Serapan
Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing-masing senyawa. Adsorbsi akan bertambah
besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari struktur yang sama, seperti deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus
fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan. 3. Temperatur
Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur pada saat berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsorbsi
adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun
dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa
volatile
, adsorbsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur
yang lebih rendah. 4. pH Derajat Keasaman
Untuk asam-asam organik, adsorbsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam
mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam
Universitas Sumatera Utara
organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorbsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.
5. Waktu Kontak Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai
kesetimbangan. Pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberikan kesempatan pada partikel arang aktif untuk
bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama Sembiring, 2003.
Semakin lama waktu kontak dapat memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Konsentrasi zat-zat organik dan logam dalam
air akan turun apabila kontaknya cukup. Waktu kontak biasanya sekitar 10-15 menit.
2.2.3 Standar Kualitas Karbon Aktif