75
PEMANFAATAN BATUBARA PERINGKAT RENDAH SEBAGAI BAHAN BAKU KARBON AKTIF
DENGAN AKTIVATOR ZnCl
2
oleh: Suliestyah
dan Ariani Dwi Astuti Dosen Tetap, Prodi T. Pertambangan
Fakultas Teknologi Kebumian Energi, Usakti Gedung D, Lantai 3, Jl. Kyai Tapa No.1, Grogol, Jakarta 11440
Dosen Tetap, Prodi T.Lingkungan Arsitektur Lansekap Uinversitas Trisakti Gedung K, Jl. Kyai Tapa No.1, Grogol, Jakarta 11440
Abstrak
Telah dilakukan penelitian pembuatan karbon aktif dengan menggunakan bahan baku batubara jenis lignit yang berasal dari Bangko Sumatera Selatan. Pembuatan karbon aktif dilakukan menggunakan metoda aktivasi kimia, dengan
ZnCl
2
sebagai aktivator, dan proses karbonisasi berlangsung pada temperatur 500
o
C selama 2 jam. Karbonisasi dilakukan menggunakan kotak baja yang kedap udara untuk memperoleh kondisi non oksidasi. Aktivasi kimia dilakukan
menggunakan ZnCl
2
dengan kadar yang bervariasi antara 5 - 50, sedangkan karbonisasi dilakukan menggunakan aliran gas nitrogen untuk memaksimalkan proses aktivasi selama karbonisasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
komposisi aktivasi ZnCl
2
40 dan batubara 60 merupakan kondisi optimum untuk karbonisasi pada temperatur 500
o
C selama 2 jam, di mana karbon aktif yang dihasilkan mempunyai nilai Iodine paling tinggi yaitu 1170,3 mgg. Penggunaan
ZnCl
2
kualitas teknis 40 ternyata menghasilkan karbon aktif dengan daya serap lebih tinggi dengan nilai iodine 1288,8 mgg. Hasil ini lebih baik, jika dibandingkan karbon aktif pembanding, Charcoal yang mempunyai nilai iodine 961 mgg.
Produk karbon aktif hasil penelitian ini cukup efektif menyerap logam Cr dalam air dengan daya serap 60 pada konsentrasi awal Cr 350 ppm, namun kurang efektif menyerap logam Fe dan Cu. Daya serap terhadap Cr mulai menurun,
jika konsentrasi awal Cr lebih besar dari 350 ppm, sedangkan uji daya serap terhadap zat warna methilene blue menunjukkan penyerapan 97,4 pada konsentrasi awal 12,5, namun menunjukkan penurunan dengan kenaikan
konsentrasi awal methilene blue. Pengujian daya serap terhadap zat warna tekstil menunjukkan hasil bahwa produk karbon aktif ini kurang efektif.
I. Pendahuluan
Batubara di Indonesia, secara umum merupakan batubara berperingkat rendah, sekitar 60 batubara
Indonesia termasuk golongan batubara lignit, low rank coal,
yang dicirikan dengan nilai kalor rendah dan kandungan air tinggi. Kelebihan dari batubara
Indonesia adalah kandungan abu dan sulfur relatif rendah, kandungan abu dalam bahan bakar yang
rendah dapat mengurangi polusi, demikian juga dengan sulfur yang terkandung dalam batubara
dapat berubah menjadi gas SO
2
, yang menyebabkan terjadinya hujan asam. Dengan kondisi kualitas
seperti ini, batubara di Indonesia berperingkat rendah sulit diterima di pasaran. Namun seiring
dengan perkembangan teknologi, maka batubara berperingkat rendah mulai dapat dimanfaatkan,
selain untuk bahan bakar langsung, salah satu pemanfaatan batubara Indonesia adalah untuk
bahan baku pembuatan karbon aktif.
Pembuatan karbon
aktif dari
batubara, diharapkan dapat menghasilkan produk yang
berkualitas untuk mengurangi penggunaan bahan baku konvensional seperti: tempurung kelapa dan
arang kayu yang jumlahnya terbatas.Beberapa jenis percobaan pembuatan karbon aktif dengan bahan
baku batubara peringkat rendah: antara lain: pembuatan
Arang Aktif
dari batubara
Pari,2000,Pembuatan karbon aktif dari batubara subbituminus A. Nining dkk, 2000. Pada tahun
2001 Nining juga telah melakukan percobaan pembuatan bahan karbon aktif dengan bahan baku
batubara Arutmin berperingkat High volatile subbitiurium B, ternyata menghasilkan produk
karbon aktif yang cukup bagus dengan nilai iodin antara 527
– 689 mgg. Namun nilai iodin tersebut masih lebih rendah bila dibandingkan dengan nilai
karbon aktif pembanding, seperti norit yang mempunyai nilai iodin antara 860-990 mgg.
Batubara dari Tanjung Enim PT. Bukit Asam jenis subbituminus
juga telah
digunakan dalam
percobaan pembuatan karbon aktif Hasanudin, 2002.
Bilangan iodine menunjukan kuantitas daya serap karbon aktif terhadap partikulat pengotor
dalam fase cair. Jika karbon aktif mempunyai nilai iodin makin tinggi maka kualitasnya makin baik.
Nilai iodin yang terkandung dalam karbon aktif di pasaran berkisar antara 700-1200 mgg.
Mengingat cadangan batubara peringkat rendah jenis lignit jauh lebih besar dibandingkan dengan
sub-bituminus, maka
dilakukan percobaan
pembuatan karbon aktif dengan bahan baku batubara Bangko, Sumatera Selatan, jenis lignit
Suliestyah, 2003. Dalam penelitian tersebut digunakan aktivasi fisik menggunakan uap air
dengan karbonisasi suhu tinggi 900
C yang menghasilkan karbon aktif dengan nilai iodin 1274
mgg. Dalam penelitian ini dilakukan percobaan pembuatan karbon aktif dengan bahan baku
batubara Bangko jenis lignit, dengan proses aktivisasi kimia menggunakan ZnCl
2
sebagai
Suliestyah dan Ariani Dwi Astuti
76 aktivator. Pembuatan karbon aktif dari batubara
diharapkan dapat menghasilkan produk yang berkualitas tinggi memenuhi kebutuhan domestik,
karena hingga saat ini kebutuhan karbon aktif untuk keperluan dalam negeri sebagian masih
dipenuhi dari import yang mencapai sekitar 25 ton per tahun. Berdasarkan data dari Biro Pusat
Statistik tahun 1997, sekitar 42 karbon aktif diimport dari Amerika Serikat.
Perumusan Masalah
Sejalan dengan pertumbuhan industri di Indonesia dan meningkatnya kesadaran masyarakat
akan pentingnya menjaga kelestarian lingkungan, maka permintaan karbon aktif untuk pengolahan
limbah industri semakin meningkat. Berdasarkan hal tersebut, perlu kiranya dilakukan pengkajian
pembuatan karbon aktif dalam skala yang lebih besar dengan menggunakan bahan baku batubara
berperingkat rendah atau lignit. Seperti diketahui bahwa cadangan batubara di Indonesia 60-nya
adalah lignit. Pengkajian karbon aktif ini dilakukan berdasarkan hasil penelitian pembuatan karbon
aktif berbahan baku lignit yang dilakukan dalam skala laboratorium.
Berdasarkan pengalaman
beberapa hasil
penelitian pembuatan karbon aktif dengan aktivasi fisik memerlukan karbonisasi suhu tinggi sekitar
900
C Suliestyah.2003, maka dalam rangka penghematan energi, perlu dilakukan pengkajian
pembuatan karbon aktif dengan aktivasi kimia yang memerlukan proses karbonisasi pada suhu
lebih rendah sekitar 500
C.
Kerangka Pemikiran
Cadangan batubara peringkat rendah lignit di Indonesia cukup banyak. Lignit dapat dimanfaat-
kan sebagai bahan baku karbon aktif. Batubara peringkat rendah lignit Indonesia yang belum
dimanfaatkan dapat dijadikan sebagai bahan baku karbon aktif untuk menggantikanmengurangi
penggunaan bahan baku konvensional, seperti tempurung kelapa dan arang kayu yang jumlahnya
terbatas, sehingga dapat mengurangi impor karbon aktif.
Identifikasi Masalah
Pada penelitian ini akan digunakan batubara jenis lignit. Zat aktivator yang biasa digunakan
dalam aktivasi kimia adalah: ZnCl
2
, H
3
PO
3
, KOH, CaCl
2
, MgCl
2
dan MnCL
2
Terry, 1998. Pada penelitian ini akan digunakan ZnCl
2
sebagai aktivator, karena ZnCl
2
mempunyai sifat dehy- drating agent
yang akan memacu proses dekom- posisi selama karbonisasi dan menghambat
pembentukan tar yang kemungkinan akan menu- tupi pori atom karbon aktif. Dengan penambahan
ZnCl
2
diharapkan dapat menghasilkan karbon aktif dengan daya serap yang tinggi. Dalam penelitian
ini tidak memperhitungkan nilai ekonomis dari semua kegiatannya. Berdasarkan uraian di atas,
maka pada penelitian ini dilakukan pembuatan karbon aktif dari batubara lignit dengan aktivator
ZnCl
2
. Variabel yang diteliti, yaitu karbon aktif dari batubara lignit pada karbonisasi 500
C, dengan penambahan ZnCl
2
yang bervariasi, Berapa perbandingan antara aktivator dan batubara yang
optimum yang dapat menghasilkan produk berdaya serap tinggi dibandingkan dengan karbon aktif yang
beredar di pasaran carcoal .
Sebagian masalah yang diidentifikasi di atas telah diteliti oleh peneliti di PPTM Bandung, oleh
karena itu, pada penelitian ini tidak dikaji lagi variabel-variabel mengenai peringkat batubara,
jenis zat aktivator, kondisi karbonisasi dan aktivasi, karena variabel di atas telah diuji dan menghasilkan
suatu produk karbon aktif yang baik, sehingga menjadi acuan pada percobaan selanjutnya.
Sebelumnya telah dilakukan percobaan pemakaian zat aktivator ZnCl
2
pada karbonisasi dan aktivasi karbon aktif dari bahan baku batubara sub-
bituminus asal Tanjung Enim, dilakukan dengan metode aktivasi fisika dan zat kimia Hasanudin
dkk, 2002.
Hipotesis
Zinkkhlorida dapat dijadikan zat aktivaror pada pembuatan karbon aktif dari bahan baku batubara
berperingkat rendah dengan mekanisme fisika yang menyebabkan porsitas dari karbon aktif akan
bertambah banyak besar , sehingga meningkatkan daya serap karbon aktif tersebut.
Tujuan Penelitian
Tujuan kegiatan penelitian ini adalah melaku- kan percobaan dan penelitian pembuatan karbon
aktif dalam sekala laboratorium dengan bahan baku batubara Bangko, Sumatera Selatan. Pembuatan
karbon aktif dalam penelitian ini menggunakan metode aktivasi kimia dengan ZnCl
2
sebagai zat aktivator,
dan menentukan
berat optimum
aktivator, agar produk karbon aktif yang dihasilkan menghasilkan nilai iodine yang tertinggi di antara
beberapa variasi yang dibuat. Dalam penelitian ini dibuat 10 variasi berat aktivator dengan kondisi
proses yang sama. Diharapkan penelitian ini akan menjadi bahan acuan atau rujukan bagi peneliti-
peneliti tentang karbon aktif dari bahan baku batubara peringkat rendah lignit. 60 dari
cadangan batubara Indonesia adalah lignit, hal ini merupakan peluang untuk dapat dimanfaatkan
sebagai bahan baku karbon aktif.
Karbon Aktif
Karbon aktif adalah suatu bentuk umum untuk senyawa berbahan dasar karbon yang diolah,
sehingga menghasilkan derajat porositas yang tinggi dan luas permukaan yang besar. Kedua sifat ini
membuat bentuk karbon sebagai suatu bentuk adsorban yang efektif untuk berbagai macam
senyawa organik pada pengolahan air rumah
77 tangga maupun air limbah. Karbon aktif dapat
dibuat dari berbagai macam bahan baku. Bahan baku utama karbon aktif adalah senyawa
bahan organik yang memiliki kandungan karbon yang tinggi seperti batubara, kayu, gambut, dan
tempurung kelapa. Menurut Beker dkk., 1997, luas permukaan, dimensi dan distribusi dari karbon
aktif tergantung dari bahan baku, kondisi karbonisasi, dan proses aktivasi. Karbon aktif
mempunyai sifat yang selektif dalam adsorbsi.
Pembuatan Karbon Aktif
Karbon aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon, seperti: kayu, serbuk
gergajian kayu, sekam padi, gambut, batubara, tempurung kelapa bagase, resin dan serat
akrilonotril Maniatis Nurmala 1988; Pari, 1995; Katyal dkk., 2003; Yue dkk., 2003 dan Carrot dkk.,
2004 dalam desertasi Gustan Pari 2004. Perbedaan bahan baku dapat menyebabkan sifat
dan mutu karbon aktif yang berbeda pula Actech, 2002.
Pada prinsipnya karbon aktif dapat dibuat dengan dua cara, yaitu cara kimia dan cara fisika.
Pada pembuatan karbon aktif, mutu yang dihasilkan sangat tergantung dari bahan baku yang
digunakan, aktivator, suhu dan cara pengaktifannya Hartoyo dkk., 1990. Salah satu cara untuk
meningkatkan daya serap karbon adalah dengan menggunakan bahan kimia seperti ZnCl
2,
CaCl
2,
NaCl, H
2
SO4, a
2
SO4, H
3
PO
4
, asam sitrat dan garam mineral lainnya, untuk aktivasi cara fisika
dapat menggunakan H
2
O, N
2
,danO
2
Simsek Cerny, 1970; Puente dkk.,1988; Bandosz, 1999 dan
Chen dkk., 2003. Karbonisasi pada batubara adalah meningkat-
kan kadar karbon dalam batubara dengan cara pemanasan pada temperatur tinggi, sehingga unsur
unsur lain seperti; zat terbang dan kadar air akan terbebaskan, jadi yang tinggal hanya karbon dalam
bentuk jumlah rantai karbon yang panjang.
Proses aktivasi bertujuan untuk menambah atau mengembangkan volume pori dan memperbesar
jari-jari pori yang telah terbentuk pada proses karbonisasi, serta untuk menghasilkan beberapa
porositas baru. Adanya interaksi antara zat pengaktivasi dengan struktur atom-atom karbon
hasil karbonisasi adalah mekanisme dari proses aktivasi. Secara umum proses aktivasi dapat
dilakukan dengan dua cara, yaitu aktivasi secara fisik dan aktivasi secara kimiawi.
Aktivasi fisik, melibatkan proses gasifikasi yang akan
memperbesar volume
porositas dan
membersihkan rongga pori, sedangkan proses aktivisasi
kimiawi pada
pengerjaan awal
melibatkan proses reaksi kimia yang dapat memperbesar
volume porositas
pada hasil
karbonisasi. Proses aktivasi karbon aktif terbagi menjadi dua, yaitu aktivasi gas dan proses aktuvasi
kimia Kienle 1986 .
Sifat dan Struktur Karbon Aktif
Secara fisik karbon aktif berbentuk padatan, berwarna hitam, tidak berbau, tidak berasa, bersifat
higroskopis, tidak larut dalam air, basa, asam dan pelarut organik serta tidak rusak, karena perubahan
pH maupun suhu. Susunan atom karbon dalam karbon aktif, seperti telah disebutkan di atas mirip
dengan susunan atom karbon dalam grafit yang terdiri dari pelat-pelat datar dimana atom
karbonnya terusun dan terikat secara kovalen di dalam suatu kisi heksagonal secara paralel Simsek
Cerney, 1970: Hirose dkk., 2002 . Daya Serap Karbon Aktif
Adsorbsi adalah peristiwa terjadinya perubahan kepekatan dari molekul, ion, atau atom antar muka
dalam dua fase. Hal ini terjadi bila dua fase saling bertemu, sehingga diantara kedua fase tersebut
terbentuk daerah antar muka yang sifatnya berbeda dengan fase ruah kedua fase tersebut. Proses yang
terjadi ketika molekul adsorbat tidak tetap pada permukaan adsorban, tetapi masuik diantara kristal
atom disebut absorbsi. Dalam beberapa kasus adsorbsi dapat bersamaan dengan absorbs, karena
fase padat terlibat reaksi kimia Adamson, 1982. Pada umumnya adsorbsi yang terjadi pada karbon
aktif adalah adsorbsi secara fisik, hal ini dikarena- kan karbon aktif sangat berpori dan diameter
permukaannya sangat luas.
Kegunaan Karbon Aktif
Lebih dari 70 produk dari kartbon aktif digunakan di sektor industri, antara lain: industri
gula sirop, minyak air, farmasi dan kimia. Selain itu, karbon aktif digunakan juga untuk keperluan
rumah tangga.
Dalam penjernihan air, karbon aktif selain mengadsorbsi logam-logam, seperti: besi, tembaga,
juga dapat menghilangkan bau, warna dan rasa yang terdapat dalam larutan atau buangan air,
karena karbon aktif lebih bersifat non polar, maka komponen non-polar dengan berat molekul tinggi
4 sampai 20 atom karbon yang terdapat dalam air buangan pabrik dapat diadsorbsi oleh karbon aktif
Beukens dkk.,1985; Novicio dkk.,1998.
Karbon aktif yang telah dipergunakan dapat diaktifkan kembali dengan memanaskannya pada
suhu 800 –900
O
C, sehingga sebagian karbon teroksidasi dan karbon aktif akan berpori kembali.
Bahan kimia seperti NaOH, HCl, dan H
2
SO
4
dapat digunakan untuk mengaktifkan kembali karbon aktif yang telah dipakai, bahan kimia
tersebut berfungsi untuk melarutkan kotoran yang diserap oleh karbon aktif Kim Shin, 2001.
Menurut Mantell 1995, karbon aktif yang diguna- kan sebagai adsorben dikelompokkan berda-sarkan
struktur fisik, sifat, dan penggunaannya menjadi empat kelas yaitu adsorbsi warna, adsorbsi gas,
adsorbsi logam dan untuk keperluan bahan obat- obatan.
Suliestyah dan Ariani Dwi Astuti
78
II. Metodologi
