4.3 Karakteristik Karbon Aktif dari Limbah Padat Agar-agar
Pembuatan karbon aktif meliputi dua tahapan utama, yaitu karbonisasi dan aktivasi.  Karbonisasi  adalah  proses  penguraian  selulosa  organik  menjadi  unsur
karbon  dan  pengeluaran  unsur  non  karbon  yang  berlangsung  pada  suhu  sekitar 600-700
o
C Djatmiko et al. 1985. Proses karbonisasi pada penelitian dilakukan dengan  cara  memanaskan  sampel  limbah  agar  di  atas  kompor  listrik  hingga
sampel berwarna kehitaman seperti arang. Tahapan selanjutnya dalam pembuatan arang aktif adalah aktivasi. Proses
aktivasi bertujuan untuk membersihkan pori-pori arang yang dapat meningkatkan luas  permukaannya  Djatmiko  et  al.  1985.  Aktivasi  yang  dilakukan  pada
penelitian ini adalah aktivasi kimia dengan menggunakan larutan aktivator H
3
PO
4
, ZnCl
2
dan  KOH.  Larutan  aktivator  ini  memiliki  efek  dehydrating  agent  yang dapat  memperbaiki  pengembangan  pori di  dalam  struktur  karbon  Suhendra  dan
Gunawan 2010.  Karbon aktif hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 6.
a b
c a aktivator H
3
PO
4
, b aktivator ZnCl
2
, c aktivator KOH Gambar 6 Karbon aktif hasil penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui jenis aktivator yang terbaik dalam proses  pembuatan  karbon  aktif  dari  limbah  padat  agar.  Karbon  aktif  hasil
penelitian  juga  dikarakterisasi  untuk  mengetahui  kualitas  karbon  aktif  yang dihasilkan. Karakterisasi ini meliputi kadar air, kadar abu, kadar zat yang mudah
menguap, kadar karbon aktif murni dan daya serap terhadap iod. Rendemen karbon aktif adalah parameter yang digunakan untuk mengetahui
persentase  bobot  karbon aktif  yang  dihasilkan  dari  bahan  baku awal.  Rendemen ini  biasanya  menjadi  parameter  yang  diperhatikan  untuk  sisi  ekonomis  suatu
bahan. Menurut Pari et al. 2008, rendemen karbon aktif dipengaruhi oleh waktu aktivasi, suhu aktivasi dan adanya penambahan larutan aktivator.
Peningkatan  suhu  dan  waktu  aktivasi  mampu  mengakibatkan  terjadinya reaksi  antara  karbon  dengan  uap  air.  Reaksi  ini  cenderung  meningkat  dengan
semakin  tingginya  suhu  dan  lamanya  waktu  aktivasi  sehingga  karbon  yang bereaksi  menjadi  CO
2
dan  H
2
dalam  satuan  waktu  menjadi  banyak,  sebaliknya karbon  yang  dihasilkan  semakin  sedikit  Djatmiko  et  al.  1985.  Hasil  penelitian
Nilai rendemen karbon aktif hasil penelitian disajikan pada Gambar 7.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata p  0,05 terhadap rendemen
Gambar 7 Nilai rendemen karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Rendemen karbon aktif dengan aktivator H
3
PO
4
, ZnCl
2
, dan KOH berturut- turut adalah 77,60, 87,19, dan 74,32. Nilai rendemen hasil penelitian sesuai
dengan  hasil  penelitian  Pari  dan  Hendra  2006,  dimana  rendemen  karbon  aktif
20 40
60 80
100 120
Re n
d em
en
Jenis Aktivator
77,60 ± 17,12
a
H
3
PO
4
ZnCl
2
KOH
74,32 ± 12,44
a
87,19 ± 11,92
a
dari  kayu  mangium  dengan  aktivasi  kimia  berkisar  antara  67,40-99,40. Berdasarkan  hasil  analisis  ragam  rendemen  Lampiran  5  pada  tingkat
kepercayaan  95  menunjukkan  bahwa  jenis  aktivator  yang  digunakan  tidak mempengaruhi rendemen karbon aktif yang dihasilkan.
Aktivator  yang  ditambahkan  bertujuan  untuk  membuka  pori-pori  arang. Sirait dan Sisillia 2008 menyatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi aktivator
maka  akan  semakin  banyak  pori-pori  yang  terbuka  melalui  proses  erosi  pada permukaan  karbon  aktif  sehingga  rendemen  karbon  aktif  yang  dihasilkan  lebih
rendah.  Wijayanti  2009  juga  menyatakan  bahwa  semakin  tinggi  konsentrasi aktivator  maka  akan  menurunkan  rendemen  karbon  aktif.  Hal  ini  karena  bahan
kimia  yang  ditambahkan  dapat  memperlambat  laju  reaksi  pada  proses  oksidasi. Secara  keseluruhan,  bahan  aktivator  merupakan  oksidator  lemah  sehingga
rendemen karbon aktif yang dihasilkan lebih rendah. Karakteristik  lain  yang  menentukan  kualitas  karbon  aktif  adalah  kadar air.
Pengujian  kadar  air  bertujuan  untuk  mengetahui  tingkat  higroskopisitas  arang. Diagram batang karakteristik kadar air karbon aktif disajikan pada Gambar 8.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata p  0,05 terhadap kadar air
Gambar 8 Nilai kadar air karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Kadar air karbon aktif dengan aktivator H
3
PO
4
,  ZnCl
2
, dan KOH berturut- turut adalah 2,97; 3,31; dan 3,15. Kadar air yang dihasilkan dari penelitian
ini  telah  memenuhi  standar  SNI-06-3730-1995  mengenai  mutu  karbon  aktif.
0.5 1
1.5 2
2.5 3
3.5
4
K ad
ar Air
Jenis Aktivator
H
3
PO
4
2,97 ± 0,48
a
3,31 ± 0,27
a
3,15 ± 0,29
a
ZnCl
2
KOH
Standar  SNI  untuk  kadar  air  karbon  aktif  serbuk  adalah  tidak  melebihi  15, sedangkan untuk karbon aktif butiran adalah maksimal 4,4. Nilai kadar air hasil
penelitian sesuai dengan hasil penelitian Budiono  et al. 2009, dimana kadar air karbon aktif dari tempurung kelapa dengan aktivator H
3
PO
4
yaitu 3,35. Berdasarkan analisis ragam kadar air Lampiran 6 pada selang kepercayaan
95 menunjukkan bahwa perbedaan larutan aktivator tidak memberikan pengaruh terhadap  karakteristik  kadar  air  karbon  aktif.  Kadar  air  pada  karbon  aktif
dipengaruhi oleh kandungan air sampel sebelum aktivasi. Kadar air yang rendah diduga karena kandungan air yang terikat pada bahan telah menguap ketika proses
karbonisasi.  Wijayanti  2009  menyatakan  bahwa  kadar  air  rendah  dapat  juga disebabkan adanya reaksi antara H
2
O yang terdapat pada karbon aktif dengan CO sehingga menghasilkan gas CO
2
dan H
2
O selama proses pemanasan. Parameter uji selanjutnya yaitu kadar abu. Pengujian kadar abu ini penting
dilakukan karena abu merupakan salah satu pengotor pada karbon aktif sehingga dapat  mempengaruhi  kualitasnya.  Nilai  kadar  abu  karbon  aktif  hasil  penelitian
dsajikan pada Gambar 9.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata p  0,05 terhadap kadar abu
Gambar 9 Nilai kadar abu karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Gambar  9  menunjukkan  bahwa  kadar  abu  karbon  aktif  dengan  aktivator H
3
PO
4
,  ZnCl
2
,  dan  KOH  berturut-turut  adalah  66,62;  68,21;  dan  89,72. Berdasarkan SNI-06-3730-1995, nilai ini melebihi standar yang telah ditetapkan.
20 40
60 80
100
K ad
ar ab
u
Jenis Aktivator
66,62  2,19
a
H
3
PO
4
ZnCl
2
KOH
68,21 ± 1,19
a
89,72 ± 2,35
b
Karbon  aktif  yang  baik  memiliki  kadar  abu  maksimal  10  untuk  karbon  aktif serbuk  dan  2,5  untuk  karbon  aktif  butiran.  Nilai  kadar  abu  ini  lebih  besar
dibandingkan  hasil  penelitian  Budiono  et  al.  2009  yang  membuat  karbon  aktif dari  tempurung  kelapa  dengan  nilai  kadar  abu  0,62.  Hasil  analisis  ragam
Lampiran  7  menunjukkan  pada  selang  kepercayaan  95  menunjukkan  bahwa perbedaan  aktivator  memberikan  pengaruh  terhadap  karakteristik  kadar  abu
karbon aktif. Gambar  9  menunjukkan  bahwa  karbon  aktif  dengan  aktivator  KOH
memiliki  kadar  abu  yang  berbeda  nyata  dengan  perlakuan  lainnya.  Hal  ini disebabkan H
3
PO
4
dan ZnCl
2
merupakan asam organik dan garam yang memiliki kemampuan  lebih  baik  dalam  mengikat  zat  pengotor  dalam  pori-pori  arang,
meskipun  kadar  abu  yang  dihasilkan  tidak  memenuhi  standar  karbon  aktif. Irawaty  et  al.  2010  menyatakan  bahwa  KOH  mempunyai  kemampuan  yang
lebih lemah untuk membuka pori-pori arang jika dibandingkan ZnCl
2
dan H
3
PO
4
sehingga  hanya  menghasilkan  karbon  aktif  dengan  mikropori.  Hal  ini  berarti masih banyak abu dan zat pengotor yang tidak hilang selama pencucian sehingga
nilai kadar abunya tinggi. Kadar  abu  yang  tinggi  juga  dipengaruhi  oleh  bahan  baku  yang  digunakan.
Hasil karakterisasi limbah padat agar-agar menunjukkan kadar abu sampel adalah 42,15. Kadar abu yang tinggi juga dipengaruhi oleh proses pengarangan. Proses
pengarangan saat penelitian dilakukan di ruangan terbuka sehingga terjadi kontak udara  yang  mengakibatkan  proses  pembentukan  arang  menjadi  tidak  sempurna
dan kemungkinan terbentuknya abu juga semakin besar Wijayanti 2009. Parameter  uji  selanjutnya  adalah  kadar  zat  yang  mudah  menguap  yang
bertujuan  untuk  mengetahui  kandungan  senyawa  yang  belum  menguap  pada proses karbonisasi dan aktivasi tetapi menguap pada suhu 950
o
C. Diagram batang karakteristik zat mudah menguap disajikan pada Gambar 10.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata p  0,05 terhadap kadar zat mudah menguap
Gambar 10 Nilai kadar zat mudah menguap karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Gambar  10  menunjukkan  bahwa  kadar  zat  mudah  menguap  karbon  aktif dengan  aktivator  H
3
PO
4
,  ZnCl
2
,  dan  KOH  berturut-turut  adalah  5,99;  7,33; dan  5,33.  Nilai  ini  telah  memenuhi  standar  SNI-06-3730-1995  karena  kurang
dari  25.  Kadar  zat  mudah  menguap  hasil  penelitian  lebih  rendah  jika dibandingkan  hasil  penelitian  Pari  dan  Hendra  2006,  dimana  karbon  aktif  dari
kayu mangium memiliki kadar zat mudah menguap sekitar 6,08-11,70. Berdasarkan  hasil  analisis  ragam  Lampiran  9  pada  selang  kepercayaan
95 menunjukkan bahwa perbedaan larutan aktivator tidak memberikan pengaruh terhadap  nilai  zat  mudah  menguap  karbon  aktif.  Pari  et  al.  2008  menyatakan
bahwa kadar zat mudah menguap dipengaruhi oleh suhu aktivasi. Semakin tinggi suhu  aktivasi  maka  cenderung  menurunkan  zat  mudah  menguap.  Hal  ini  karena
pada  suhu tinggi  penguraian  senyawa  nonkarbon  berlangsung  dengan  sempurna. Besarnya kadar zat mudah menguap menunjukkan bahwa permukaan karbon aktif
masih ditutupi oleh senyawa bukan karbon. Karbon  aktif  merupakan  suatu  padatan  yang  mengandung  unsur  karbon.
Kadar karbon aktif murni atau kadar karbon terikat adalah suatu parameter untuk mengetahui kandungan karbon setelah karbonisasi. Diagram batang kadar karbon
aktif murni disajikan pada Gambar 11.
1 2
3 4
5 6
7 8
9
K ad
ar z
at m
u d
ah m
en gu
ap
Jenis Aktivator
5,99  2,02
a
H
3
PO
4
ZnCl
2
KOH
7,33 ± 1,15
a
5,33 ± 0,58
a
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata p  0,05 terhadap kadar karbon aktif murni
Gambar 11 Nilai kadar karbon aktif murni dengan tiga jenis aktivator berbeda; tanda bar menunjukkan standar deviasi
Hasil penelitian menunjukkan kadar karbon aktif murni perlakuan aktivator H
3
PO
4
, ZnCl
2
, dan KOH berturut-turut adalah 27,4; 24,45; dan 4,95. Nilai- nilai ini  lebih  rendah  jika  dibandingkan  hasil  penelitian  Pari  dan  Hendra  2006
yang  menghasilkan  karbon  aktif  dari  kayu  mangium  dengan  kadar  karbon  aktif murni sekitar 54,60-79,70. Berdasarkan hasil analisis ragam Lampiran 10 pada
selang  kepercayaan  95  menunjukkan  bahwa  perbedaan  aktivator  memberikan pengaruh terhadap karakteristik kadar karbon aktif murni.
Gambar  11  menunjukkan  bahwa  karbon  aktif  dengan  aktivator  KOH memiliki  kadar  karbon  aktif  murni  yang  paling  rendah  dan  juga  berbeda  nyata
dengan  karbon  aktif  lainnya.  Larutan  KOH  memiliki  kemampuan  untuk membersihkan  pori-pori  yang  lebih  lemah  dibandingkan  aktivator  lainnya
sehingga menghasilkan kadar abu yang tinggi dan kadar zat menguap yang cukup rendah Irawaty et al. 2010. Semakin besar kadar zat mudah menguap dan kadar
abu maka kadar karbon terikat akan semakin rendah Pari et al. 1996. Parameter lainnya yang diujikan adalah daya serap iodin. Daya serap iodin
ditunjukkan  dengan  besarnya  bilangan  iod  iodine  number  yaitu  angka  yang menunjukkan seberapa besar adsorben dapat mengadsorpsi iod. Daya serap iodin
berkorelasi dengan luas permukaan arang aktif karena semakin besar daya serap iod  maka  semakin  besar  dalam  kemampuan  dalam  mengadsorpsi  larutan  atau
5 10
15 20
25 30
35
K ad
ar k
ar b
on ak
tif m
u rn
i
Jenis Aktivator
H
3
PO
4
ZnCl
2
KOH
27,40 ± 3,46
b
24,45 ± 2,20
b
4,95 ± 1,79
a
substrat tersebut Budiono et al. 2007. Nilai daya serap iod karbon aktif disajikan padan Gambar 12.
angka yang diikuti oleh huruf berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda nyata p  0,05 terhadap daya serap iod
Gambar 12 Nilai daya serap iod karbon aktif dengan tiga jenis aktivator berbeda Gambar  12  menunjukkan  daya  serap  iodin  karbon  aktif  dengan  aktivator
H
3
PO
4
,  ZnCl
2
dan  KOH  berturut-turut  adalah  143,67  mgg;  186,89  mgg;  dan 111,66 mgg. Nilai ini masih belum memenuhi standar SNI-06-3730-1995 karena
nilainya  masih  dibawah  750  mgg.  Nilai  yang  didapat  juga  lebih  rendah dibandingkan  hasil  penelitian  Budiono  et  al.  2009  yang  membuat  karbon  aktif
dari tempurung kelapa dengan daya serap iod sebesar 1275,3 mgg. Hasil  analisis  ragam  Lampiran  12  menunjukkan  bahwa  pada  selang
kepercayaan  95  perbedaan  jenis  larutan  aktivator  tidak  memberikan  pengaruh yang berbeda nyata terhadap kemampuan daya serap iodin. Besarnya daya serap
iodin berkaitan dengan terbentuknya pori pada karbon aktif yang semakin banyak seiring dengan bertambahnya waktu aktivasi. Daya serap iodin juga berhubungan
dengan  pola  struktur  mikropori  yang  terbentuk  dan  mengindikasikan  besarnya diameter  pori-pori  karbon  aktif  tersebut  yang  hanya  mampu  dimasuki  oleh
molekul dengan diameter kurang dari 10 Å Pari 2002. Berdasarkan  hasil  karakterisasi  dapat  ditentukan  bahwa  karbon  aktif
terbaik  adalah  karbon  aktif  dengan  aktivator  H
3
PO
4
.  Hal  ini  terlihat  dari  kadar karbon  aktif  murni  yang  tertinggi.  Karbon  aktif  dengan  aktivator  H
3
PO
4
juga memiliki  daya  serap  iod  yang  tinggi  dan  tidak  berbeda  nyata  dengan  perlakuan
50 100
150 200
250
Daya se
rap iod
m gg
Jenis Aktivator
H
3
PO
4
ZnCl
2
KOH
143,67 ± 67,10
a
186,89 ± 23,68
a
111,66 ± 11,94
a
lainnya.  Pari  et  al.  2008  menyatakan  aktivator  H
3
PO
4
memiliki  keunggulan dibandingkan  dengan  ZnCl
2
.  Hal  ini  karena  ZnCl
2
bersifat  korosif  dan  dapat mengeluarkan gas khlor, meskipun rendemen dan daya serap iodnya tidak berbeda
nyata. Hasil penelitian Budiono et al. 2007 juga menunjukkan bahwa aktivator H
3
PO
4
menghasilkan  karakteristik  karbon  aktif  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan aktivator H
2
SO
4
. Aktivator H
2
SO
4
diduga dapat merusak dinding struktur dari arang sehingga karakteristik karbon aktif yang dihasilkan kurang optimal.
4.4 Aplikasi Karbon Aktif sebagai Adsorben Limbah Industri Tekstil