Karakterisasi Karbon aktif

4.5 Karakterisasi Karbon aktif

Beberapa spesifikasi karbon aktif dihasilkan dari penelitian ini. Perbedaan konsentrasi larutan NaCl dan aktivasi fisika memberikan karakteristik karbon aktif yang berbeda. Spesifikasi tersebut dapat diamati secara sederhana dengan kadar air, kadar abu, berat jenis dan bilangan iodin masing-masing karbon aktif.

4.5.1 Bilangan Iodin

Penentuan bilangan iodin pada penelitian ini menggunakan titrasi redoks. Istilah oksidasi mengacu pada setiap perubahan kimia dimana terjadi kenaikan bilangan oksidasi, sedangkan reduksi digunakan untuk setiap penurunan bilangan oksidasi. Berarti proses oksidasi disertai hilangnya elektron sedangkan reduksi Penentuan bilangan iodin pada penelitian ini menggunakan titrasi redoks. Istilah oksidasi mengacu pada setiap perubahan kimia dimana terjadi kenaikan bilangan oksidasi, sedangkan reduksi digunakan untuk setiap penurunan bilangan oksidasi. Berarti proses oksidasi disertai hilangnya elektron sedangkan reduksi

Iodin yang bebas dititrasi dengan natrium thiosulfat sampai warna kuning hampir hilang, selanjutnya ditambahkan indikator amilum sampai terbentuk warna biru dan dititrasi kembali dengan natrium thiosulfat sampai warna biru mulai hilang. Terbentuknya warna biru setelah penambahan amilum, dikarenakan struktur molekul amilum yang berbentuk spiral, sehingga akan mengikat molekul iodin maka terbentuklah warna biru (Winarno, 2002).

Daya serap karbon aktif terhadap larutan iodin mengindikasikan kemampuan karbon aktif untuk mengadsorpsi komponen dengan berat molekul rendah. Karbon aktif dengan kemampuan menyerap iodinnya tinggi berarti memiliki luas permukaan yang lebih besar dan memiliki struktur mikro dan mesoporous yang lebih besar (Jankowska, et all, 1991). Tabel dan Gambar 4.1 menunjukkan bilangan iodin, tanda (*) menunjukkan bahwa perlakuan memberikan perbedaan nyata (Lampiran 5).

Tabel 4.1 Bilangan iodin karbon aktif

Bilangan iodin (mg/g)* Konsentrasi Tanpa aktivasi

Dengan aktivasi

Grafik Bilangan Iodin

A Kadar abu tanpa

aktivasi fisika

Iod

Kadar abu dengan

gk

aktivasi fisika

Konsentrasi NaCl (%)

Gambar 4.1 Grafik angka iodin sebelum aktivasi fisika dan sesudah aktivasi

fisika

Tabel di atas menunjukkan bahwa terdapat pengaruh antara konsentrasi dengan bilangan iodin baik sebelum maupun sesudah aktivasi fisika. Bilangan iodin tertinggi terdapat pada karbon aktif yang direndam dalam larutan NaCl 30 % dengan aktivasi fisika, sedangkan bilangan iodin menurun pada konsentrasi NaCl

35 %. Tingginya konsentrasi NaCl menyebabkan banyak mineral yang teradsorpsi 35 %. Tingginya konsentrasi NaCl menyebabkan banyak mineral yang teradsorpsi

Karbon aktif yang terbentuk pada konsentrasi NaCl 30 % mempunyai pori-pori yang berkembang sempurna, sedangkan pada konsentrasi 15 % - 25 % pori yang terbentuk belum berkembang sempurna. Konsentrasi NaCl 35 % - 40 % menjadikan sebagian pori karbon aktif rusak sehingga daya serap karbon aktif terhadap iodin menurun.

Gambar 4.1 menunjukkan bahwa bilangan iodin mengalami peningkatan oleh adanya proses aktivasi. Hal ini disebabkan karena proses aktivasi secara nyata mampu mengembangkan struktur pori melalui pembentukan pori baru maupun melalui terbukanya materi penyumbat pori-pori oleh adanya pemanasan dan fluidasi gas nitrogen. Aliran gas nitrogen selain membatasi oksidasi juga membantu membuka pori yang tertutup oleh tar yang terbentuk pada saat karbonisasi sehingga dengan demikian struktur pori lebih berkembang dan luas permukaan semakin besar, sebagaimana ditunjukkan oleh nilai bilangan iodin yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa aktivasi dengan aliran gas Gambar 4.1 menunjukkan bahwa bilangan iodin mengalami peningkatan oleh adanya proses aktivasi. Hal ini disebabkan karena proses aktivasi secara nyata mampu mengembangkan struktur pori melalui pembentukan pori baru maupun melalui terbukanya materi penyumbat pori-pori oleh adanya pemanasan dan fluidasi gas nitrogen. Aliran gas nitrogen selain membatasi oksidasi juga membantu membuka pori yang tertutup oleh tar yang terbentuk pada saat karbonisasi sehingga dengan demikian struktur pori lebih berkembang dan luas permukaan semakin besar, sebagaimana ditunjukkan oleh nilai bilangan iodin yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa aktivasi dengan aliran gas

Bilangan iodin terbaik diperoleh pada karbon aktif dengan konsentrasi NaCl 30 % melalui proses aktivasi fisika sebesar 646 mg/g. Hal ini didukung uji

statistika menggunakan uji F pada taraf nyata 0,01 diketahui bahwa nilai F hitung >

F tabel dan dilanjutkan dengan uji BNT memberikan kesimpulan bahwa terjadinya beda yang nyata terhadap setiap konsentrasi NaCl. Namun bilangan iodin belum mencapai Standar Industri Indonesia (SII) yakni sebesar 750 mg/g.

4.5.2 Berat Jenis

Berat jenis yang kecil menunjukkan berkembangnya struktur pori dari karbon aktif yang menandakan luas permukaan yang lebih besar. Jadi semakin berkembang struktur pori karbon aktif maka semakin kecil berat jenis yang diperoleh. Selain mengindikasikan berkembangnya struktur pori, berat jenis juga mengindikasikan volume pori, semakin kecil berat jenis yang dihasilkan maka semakin besar volume pori internal yang diperoleh. Selain dipengaruhi konsentrasi NaCl, volume pori juga dipengaruhi oleh difusi gas aktivator pada butiran karbon sehingga meningkatkan luas permukaannya.

Perendaman karbon aktif dengan larutan NaCl sesudah aktivasi fisika dapat memperbesar luas permukaan karena proses aktivasi mampu mengembangkan struktur pori dengan cara membuka pori yang tertutup tar maupun karbon amorf dan juga membentuk pori baru oleh adanya dekomposisi thermal, sehingga secara tidak langsung berpengaruh pada berat jenis yang dihasilkan. Luas permukaan ini menunjukkan berkembangnya struktur pori dari karbon aktif sehingga menghasilkan berat jenis yang terkecil. Berat jenis sesudah dan sebelum aktivasi ditunjukkan pada Tabel dan Gambar 4.2, tanda (*) menunjukkan bahwa perlakuan memberikan perbedaan nyata (Lampiran 5).

Tabel 4.2 Berat jenis karbon aktif Berat Jenis (g/mL)*

Konsentrasi Tanpa aktivasi Dengan aktivasi

1.0589 c 1.0249 c

b 20% c 1.014 0.9890

ab 25% b 0.9647 0.9485

a 30% a 0.9140 0.8917

c 35% d 1.0884 1.0719

d 40% e 1.1910 1.1462

Grafik Berat Jenis

m g/

is .

en Berat jenis tanpa

aktivasi fisika

at .

er

Berat jenis dengan

aktivasi fisika

Konsentrasi NaCl (%)

Gambar 4.2 Grafik berat jenis sebelum aktivasi fisika dan sesudah aktivasi fisika

Selain mengindikasikan berkembangnya struktur pori, Berat Jenis juga mengindikasikan volume pori, semakin kecil berat jenis yang dihasilkan maka semakin besar pula volume pori internal yang diperoleh untuk karbon aktif dengan berat tertentu. Selain dipengaruhi oleh konsentrasi NaCl, besarnya volume pori karbon aktif juga difasilitasi oleh difusi gas aktivator pada butiran sehingga meningkatnya luas permukaan karbon aktif.

Gambar 4.2 menginformasikan bahwa berat jenis karbon aktif sesudah diaktivasi lebih kecil dari pada setelah aktivasi karena proses aktivasi merupakan proses yang mampu mengembangkan struktur pori berupa membukanya pori yang masih tertutup oleh tar maupun karbon amorf dan juga pembentukan pori baru oleh adanya dekomposisi thermal, sehingga secara tidak langsung berpengaruh terhadap kecilnya berat jenis karbon yang dihasilkan.

Karbon aktif yang terbentuk pada konsentrasi NaCl 30 % mempunyai pori-pori yang berkembang sempurna, sedangkan pada konsentrasi 15 % - 25 % pori yang terbentuk belum berkembang sempurna. Konsentrasi NaCl 35 % - 40 % menjadikan sebagian pori karbon aktif rusak sehingga berat jenis karbon aktif semakin besar.

Berat jenis terbaik diperoleh pada karbon aktif dengan konsentrasi NaCl

30 % melalui proses aktivasi fisika sebesar 0.8917 g/mL Hal ini didukung dengan besarnya bilangan iodin yang menunjukkan berkembangnya struktur pori dari

karbon aktif yang menandakan luas permukaan yang lebih besar. Uji statistika menggunakan uji F pada taraf nyata 0,01 diketahui bahwa nilai F hitung >F tabel dan dilanjutkan dengan uji BNT memberikan kesimpulan bahwa terjadinya beda yang nyata terhadap setiap konsentrasi NaCl. Namun Berat Jenis belum mencapai Standar Industri Indonesia yakni sebesar 0,3-0,35 g/mL. Hal ini mungkin disebabkan penggunaan metode dan alat yang berbeda dengan metode dan alat yang digunakan pada penentuan berat jenis Standart Industri Indonesia. Penggunaan bantuan air pada penentuan berat jenis karbon aktif menerapkan hukum Archimedes yang berbunyi benda yang dimasukkan sebagian atau seluruhnya kedalam suatu cairan akan mendapatkan gaya ke atas sebesar zat cair yang didesak oleh benda yang dicelupkan atau dimasukkan tadi (Lowell, 2004).

4.5.3 Kadar Air

Metode yang digunakan pada penentuan kadar air karbon aktif adalah metode gravimetri yakni analisis kimia berdasarkan penimbangan perbedaan Metode yang digunakan pada penentuan kadar air karbon aktif adalah metode gravimetri yakni analisis kimia berdasarkan penimbangan perbedaan

Kadar air diasumsikan bahwa hanya air yang merupakan senyawa volatil, karena dimungkinkan masih adanya air yang terjebak dalam rongga dan menutupi pori karbon aktif. Semakin rendah kadar air menunjukkan sedikitnya air yang tertinggal dan menutupi pori karbon aktif. Jika kadar air rendah maka banyak tempat di dalam pori yang dapat ditempati oleh molekul iodium. Karbon aktif yang dihasilkan terdapat kandungan air seperti dalam Tabel dan Gambar 4.3, tanda (*) menunjukkan bahwa perlakuan memberikan perbedaan nyata (Lampiran 5).

Tabel 4.3 Kadar air karbon aktif Kadar air (%)*

Konsentrasi Tanpa aktivasi Dengan aktivasi

fisika

fisika

c 15% d 3,2 2,9

b 20% b 2,7 2,0

ab 25% b 2,1 1,8

a 30% a 1,5 1,0

cd 35% d 3,5 3,1

e 40% e 3,7 3,5

Grafik Kadar Air

ai

Kadar air tanpa

ar .

aktivasi fisika

ad K

kadar air dengan .

aktivasi fisika

Konsentrasi NaCl (%)

Gambar 4.3 Grafik kadar air sebelum aktivasi fisika dan sesudah aktivasi fisika

Gambar 4.3 menunjukkan bahwa kadar air karbon aktif dari biji kelor berkisar antara 1 % - 3,5 %. Kandungan air dalam karbon aktif dipengaruhi oleh konsentrasi NaCl dan adanya aktivasi fisika. Semakin tinggi konsentrasi NaCl serta adanya aktivasi fisika mengakibatkan kandungan air dalam karbon aktif semakin rendah. Proses aktivasi dengan aliran gas nitrogen pada temperatur tinggi akan membantu mendorong bahan pengaktif yang sebelumnya terjebak dalam rongga karbon aktif. Proses aktivasi kimia karbon aktif dapat menyebabkan bahan pengaktif terjebak dalam rongga karbon aktif, pada konsentrasi NaCl lebih dari 30 % uap air yang masuk pada karbon aktif tinggi jika dibandingkan dengan karbo aktif dengan konsentrasi 30 %, hal itu disebabkan karena dimungkinkan masih terdapat NaCl di luar pori karbon sehingga meningkatkan kadar air karbon aktif tersebut karena NaCl bersifat higroskopis. Kadar air yang diizinkan dalam Standart Industri Indonesia maksimal l5 %, dengan demikian, perolehan kadar air Gambar 4.3 menunjukkan bahwa kadar air karbon aktif dari biji kelor berkisar antara 1 % - 3,5 %. Kandungan air dalam karbon aktif dipengaruhi oleh konsentrasi NaCl dan adanya aktivasi fisika. Semakin tinggi konsentrasi NaCl serta adanya aktivasi fisika mengakibatkan kandungan air dalam karbon aktif semakin rendah. Proses aktivasi dengan aliran gas nitrogen pada temperatur tinggi akan membantu mendorong bahan pengaktif yang sebelumnya terjebak dalam rongga karbon aktif. Proses aktivasi kimia karbon aktif dapat menyebabkan bahan pengaktif terjebak dalam rongga karbon aktif, pada konsentrasi NaCl lebih dari 30 % uap air yang masuk pada karbon aktif tinggi jika dibandingkan dengan karbo aktif dengan konsentrasi 30 %, hal itu disebabkan karena dimungkinkan masih terdapat NaCl di luar pori karbon sehingga meningkatkan kadar air karbon aktif tersebut karena NaCl bersifat higroskopis. Kadar air yang diizinkan dalam Standart Industri Indonesia maksimal l5 %, dengan demikian, perolehan kadar air

4.5.4 Kadar Abu

Metode yang digunakan pada penentuan kadar abu karbon aktif adalah metode gravimetri yakni analisis kimia berdasarkan penimbangan perbedaan

bobot abu yang diperoleh dari pembakaran karbon aktif dengan berat karbon aktif sebelum dibakar. Kadar abu diasumsikan sebagai sisa mineral yang tertinggal pada saat dibakar, karena bahan alam sebagai bahan dasar pembuatan karbon aktif tidak hanya mengandung senyawa karbon tetapi juga mengandung beberapa mineral, dimana sebagian dari mineral ini telah hilang pada saat karbonisasi dan aktivasi, sebagian lagi diperkirakan masih tertinggal dalam karbon aktif.

Kandungan abu sangat berpengaruh pada kualitas karbon aktif. Keberadaan abu yang berlebihan dapat menyebabkan terjadinya penyumbatan pori-pori sehingga luas pemukaan karbon aktif menjadi berkurang. Selain itu juga, menyebabkan korosi dimana karbon aktif yang telah terbentuk menjadi rusak. Kadar abu yang terbentuk dari karbon aktif yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel dan Gambar 4.4, tanda (*) menunjukkan bahwa perlakuan memberikan perbedaan nyata (Lampiran 5).

Tabel 4.4 Kadar abu karbon aktif Kadar abu (%)*

Konsen sentrasi

Tanpa aktivasi

Dengan aktivasi