PENGARUH WAKTU AKTIVASI MENGGUNAKAN H3PO4 TERHADAP STRUKTUR DAN UKURAN PORI KARBON BERBASIS ARANG TEMPURUNG KEMIRI (Aleurites moluccana).
PENGARUH WAKTU AKTIVASI MENGGUNAKAN H3PO4 TERHADAP
STRUKTUR DAN UKURAN PORI KARBON BERBASIS ARANG
TEMPURUNG KEMIRI (Aleurites moluccana)
SKRIPSI
ANGGUN PRADILLA SANDI
0910442055
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
PENGARUH WAKTU AKTIVASI MENGGUNAKAN H3PO4 TERHADAP
STRUKTUR DAN UKURAN PORI KARBON BERBASIS ARANG
TEMPURUNG KEMIRI (Aleurites moluccana)
ABSTRAK
Telah disintesis karbon aktif berbasis tempurung kemiri menggunakan aktivator
H3PO4 2,5% pada suhu 400 0C selama 30 menit. Waktu aktivasi divariasikan yaitu
: 5 jam, 10 jam, 15 jam, 20 jam, dan 24 jam. Pengaruh waktu aktivasi dilakukan
dengan karakterisasi SEM, XRD, LCR Meter dan Cylic Voltametry. Waktu aktivasi
memberikan pengaruh terhadap struktur dan ukuran pori karbon serta terhadap nilai
resistansi, konduktivitas dan kapasitansi. Secara umum, hasil XRD menunjukkan
struktur atom karbon berbentuk struktur amorf. Pori karbon aktif terbanyak dan
terkecil diperoleh pada waktu aktivasi 20 jam yaitu sebesar 0,57 µm sedangkan nilai
resistansi terkecil diperoleh pada waktu aktivasi 15 jam yaitu sebesar 22,075 x 106
ohm dan nilai konduktivitas terbesar diperoleh pada waktu aktivasi 15 jam yaitu
sebesar 3,2 x 10-6 Sm-1 serta nilai kapasitansi terbesar diperoleh pada waktu aktivasi
5 jam yaitu sebesar 0,0639 µF.
Kata kunci: waktu aktivasi, resistansi, konduktivitas dan kapasitansi.
EFFECT OF ACTIVATION TIME USING H3PO4 ON THE STRUCTURE
AND PORE SIZE BASED ON CARBON SHELL OF THE CHARCOAL
HAZELNUT (Aleurites moluccana)
ABSTRACT
Synthesized of the activated carbon based of the charcoal hazelnut by using the
activator of H3PO4 2,5% at temperature of 400 0C for 30 minutes has been done.
Activation times were varied as 5 hours, 10 hours, 15 hours, 20 hours, and 24 hours.
The effects of the activation time were characterized by SEM, XRD, LCR Meter
and cyclic Voltametry. Activation time give effect on the structure and pore size of
the carbon as well as the value of resistance, conductivity and capacitance.
Generally, XRD patterns show amorphous carbon atomic structure. The most and
smallest of the activated carbon pore at 20 hour activation time is 0,57 µm while
the smallest resistance value at the time of activation 15 hours of
22,075 x 106
ohms and the largest conductivity values at 15 hours of activation time of 3,2 x 106
Sm-1 as well as the largest capacitance value at the time of activation of 5 hours at
0,063λ F.
Keywords: activation time , resistance , conductivity and capacitance.
BAB I
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Arang disebut juga material karbon berpori yang merupakan hasil pirolisis
bahan yang mengandung (85 - 95)% karbon dan memiliki luas permukaan internal
spesifik. Pemanfaatan arang sebagai bahan bakar, juga dapat dijadikan sebagai
adsorben (penyerap) dalam proses pemisahan gas, penyerapan kontaminan dalam
air, recovery solvent, katalis dan penyangga katalis. Daya serap arang ditentukan
oleh luas permukaan partikel. Kemampuan serap dapat menjadi lebih tinggi jika
arang diaktivasi dengan bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada
temperatur tinggi. Arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia
yang biasa disebut arang aktif (Meilita dan Tuti, 2003).
Arang aktif merupakan senyawa karbon amorf yang dapat dihasilkan dari
bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan
cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan arang
aktif berkisar antara (300 – 3500) m2/g. Daya serap arang aktif sangat besar yaitu
(25 - 1000) % terhadap berat arang aktif (Meilita dan Tuti, 2003).
Arang aktif dapat dibuat dari bahan karbon berpori yang dapat diperoleh
dari bahan buangan padat pertanian seperti sekam padi, tempurung kelapa dan
tempurung kelapa sawit dan bahan buangan padat perkotaan seperti plastik, kertas
dan karton dalam jumlah banyak. Salah satu bahan buangan padat pertanian yang
masih sedikit pemanfaatannya adalah tempurung kemiri.
Kemiri (Aleurites
moluccana) merupakan hasil hutan bukan kayu potensial dengan beragam
kegunaan diantaranya adalah tempurung kemiri.
Pada umumnya masyarakat
menjadikan tempurung kemiri sebagai limbah, pengeras jalan dan lantai rumah.
Namun tempurung kemiri juga mempunyai prospek sebagai bahan baku pada
pembuatan arang aktif.
Sifat arang aktif dipengaruhi oleh bahan baku, luas permukaan,
penyebaran pori dan sifat kimia permukaan arang aktif, tetapi juga dipengaruhi oleh
cara aktivasi yang digunakan (Austin, 1984). Sebelum diaktivasi, arang dapat
direndam menggunakan bahan pengaktif. Bahan pengaktif yang digunakan adalah
larutan H3PO4 (asam fosfat). Girgis dkk. (2002) mengemukakan bahwa H3PO4
sebagai agen aktivasi akan memberikan hasil terbaik jika dibandingkan dengan
ZnCl2 dan KOH. Bahan-bahan pengaktif tersebut bersifat sebagai dehidrator yang
dapat mereduksi OH dan CO yang masih tersisa dari karbon hasil karbonisasi.
Penelitian-penelitian tentang pembuatan karbon berpori telah banyak
dilakukan. Lim dkk. (2009) mensintesis karbon berpori sebagai sistem desalinasi.
Pada penelitian tersebut diperoleh ukuran pori karbon kurang dari 100 nm dan
kapasitansinya yaitu 2,18 F/cm2 – 4,77 F/cm2. Darmawan dkk. (2009) melakukan
penelitian tentang optimasi suhu dan lama aktivasi dengan asam phosfat dalam
produksi arang aktif tempurung kemiri. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh
bahwa aktivasi arang dengan uap panas berpengaruh dalam menciptakan dan
memperluas pori arang aktif tempurung kemiri dengan kondisi optimum pembuatan
arang aktif pada suhu 800 0C selama 90 menit yang menghasilkan rendemen
80,50% dan daya serap yodium 678,34 mg/g. Park dkk. (2011) mensintesis
elektroda komposit polivinil alkohol/karbon. Pada penelitian tersebut diperoleh
nilai kapasitansi spesifik karbon sebesar 96,4 F/gcarbon – 109,8 F/gcarbon. Sedangkan
penelitian yang dilakukan adalah pengaruh waktu aktivasi terhadap struktur dan
ukuran pori karbon berbasis arang tempurung kemiri, serta melihat pengaruh waktu
aktivasi terhadap nilai resistansi, konduktivitas dan kapasitansi.
1.2
Ruang Lingkup dan Batasan Penelitian
Pada penelitian ini
dilakukan pembuatan karbon aktif berbasis arang
tempurung kemiri yang diaktivasi dengan aktivator H3PO4 2,5% pada suhu 4000 C
selama 30 menit dengan variasi waktu aktivasi 5 jam, 10 jam, 15 jam, 20 jam, dan
24 jam. Selanjutnya dilakukan uji karakterisasi sebagai berikut :
1. Karakterisasi SEM untuk melihat morfologi dan ukuran pori.
2. Karakterisasi XRD untuk melihat struktur dan ukuran kristal.
3. Karakterisasi LCR Meter untuk mendapatkan nilai resistansi dan menghitung
nilai konduktivitas.
4. Pengambilan grafik Cyclic Voltametry untuk menggambarkan proses aktivasi
pada karbon dan menghitung nilai kapasitansi.
1.3
Tujuan Dan Manfaat Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh waktu aktivasi terhadap
struktur karbon dan ukuran pori karbon serta melihat pengaruh waktu aktivasi
terhadap nilai kapasitansi, resistansi dan konduktivitas. Hasil penelitian ini
diharapkan dapat bermanfaat untuk perkembangan ilmu pengetahuan dalam bidang
nanomaterial terutama dalam proses adsorpsi.
STRUKTUR DAN UKURAN PORI KARBON BERBASIS ARANG
TEMPURUNG KEMIRI (Aleurites moluccana)
SKRIPSI
ANGGUN PRADILLA SANDI
0910442055
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
PENGARUH WAKTU AKTIVASI MENGGUNAKAN H3PO4 TERHADAP
STRUKTUR DAN UKURAN PORI KARBON BERBASIS ARANG
TEMPURUNG KEMIRI (Aleurites moluccana)
ABSTRAK
Telah disintesis karbon aktif berbasis tempurung kemiri menggunakan aktivator
H3PO4 2,5% pada suhu 400 0C selama 30 menit. Waktu aktivasi divariasikan yaitu
: 5 jam, 10 jam, 15 jam, 20 jam, dan 24 jam. Pengaruh waktu aktivasi dilakukan
dengan karakterisasi SEM, XRD, LCR Meter dan Cylic Voltametry. Waktu aktivasi
memberikan pengaruh terhadap struktur dan ukuran pori karbon serta terhadap nilai
resistansi, konduktivitas dan kapasitansi. Secara umum, hasil XRD menunjukkan
struktur atom karbon berbentuk struktur amorf. Pori karbon aktif terbanyak dan
terkecil diperoleh pada waktu aktivasi 20 jam yaitu sebesar 0,57 µm sedangkan nilai
resistansi terkecil diperoleh pada waktu aktivasi 15 jam yaitu sebesar 22,075 x 106
ohm dan nilai konduktivitas terbesar diperoleh pada waktu aktivasi 15 jam yaitu
sebesar 3,2 x 10-6 Sm-1 serta nilai kapasitansi terbesar diperoleh pada waktu aktivasi
5 jam yaitu sebesar 0,0639 µF.
Kata kunci: waktu aktivasi, resistansi, konduktivitas dan kapasitansi.
EFFECT OF ACTIVATION TIME USING H3PO4 ON THE STRUCTURE
AND PORE SIZE BASED ON CARBON SHELL OF THE CHARCOAL
HAZELNUT (Aleurites moluccana)
ABSTRACT
Synthesized of the activated carbon based of the charcoal hazelnut by using the
activator of H3PO4 2,5% at temperature of 400 0C for 30 minutes has been done.
Activation times were varied as 5 hours, 10 hours, 15 hours, 20 hours, and 24 hours.
The effects of the activation time were characterized by SEM, XRD, LCR Meter
and cyclic Voltametry. Activation time give effect on the structure and pore size of
the carbon as well as the value of resistance, conductivity and capacitance.
Generally, XRD patterns show amorphous carbon atomic structure. The most and
smallest of the activated carbon pore at 20 hour activation time is 0,57 µm while
the smallest resistance value at the time of activation 15 hours of
22,075 x 106
ohms and the largest conductivity values at 15 hours of activation time of 3,2 x 106
Sm-1 as well as the largest capacitance value at the time of activation of 5 hours at
0,063λ F.
Keywords: activation time , resistance , conductivity and capacitance.
BAB I
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Arang disebut juga material karbon berpori yang merupakan hasil pirolisis
bahan yang mengandung (85 - 95)% karbon dan memiliki luas permukaan internal
spesifik. Pemanfaatan arang sebagai bahan bakar, juga dapat dijadikan sebagai
adsorben (penyerap) dalam proses pemisahan gas, penyerapan kontaminan dalam
air, recovery solvent, katalis dan penyangga katalis. Daya serap arang ditentukan
oleh luas permukaan partikel. Kemampuan serap dapat menjadi lebih tinggi jika
arang diaktivasi dengan bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada
temperatur tinggi. Arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia
yang biasa disebut arang aktif (Meilita dan Tuti, 2003).
Arang aktif merupakan senyawa karbon amorf yang dapat dihasilkan dari
bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan
cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan arang
aktif berkisar antara (300 – 3500) m2/g. Daya serap arang aktif sangat besar yaitu
(25 - 1000) % terhadap berat arang aktif (Meilita dan Tuti, 2003).
Arang aktif dapat dibuat dari bahan karbon berpori yang dapat diperoleh
dari bahan buangan padat pertanian seperti sekam padi, tempurung kelapa dan
tempurung kelapa sawit dan bahan buangan padat perkotaan seperti plastik, kertas
dan karton dalam jumlah banyak. Salah satu bahan buangan padat pertanian yang
masih sedikit pemanfaatannya adalah tempurung kemiri.
Kemiri (Aleurites
moluccana) merupakan hasil hutan bukan kayu potensial dengan beragam
kegunaan diantaranya adalah tempurung kemiri.
Pada umumnya masyarakat
menjadikan tempurung kemiri sebagai limbah, pengeras jalan dan lantai rumah.
Namun tempurung kemiri juga mempunyai prospek sebagai bahan baku pada
pembuatan arang aktif.
Sifat arang aktif dipengaruhi oleh bahan baku, luas permukaan,
penyebaran pori dan sifat kimia permukaan arang aktif, tetapi juga dipengaruhi oleh
cara aktivasi yang digunakan (Austin, 1984). Sebelum diaktivasi, arang dapat
direndam menggunakan bahan pengaktif. Bahan pengaktif yang digunakan adalah
larutan H3PO4 (asam fosfat). Girgis dkk. (2002) mengemukakan bahwa H3PO4
sebagai agen aktivasi akan memberikan hasil terbaik jika dibandingkan dengan
ZnCl2 dan KOH. Bahan-bahan pengaktif tersebut bersifat sebagai dehidrator yang
dapat mereduksi OH dan CO yang masih tersisa dari karbon hasil karbonisasi.
Penelitian-penelitian tentang pembuatan karbon berpori telah banyak
dilakukan. Lim dkk. (2009) mensintesis karbon berpori sebagai sistem desalinasi.
Pada penelitian tersebut diperoleh ukuran pori karbon kurang dari 100 nm dan
kapasitansinya yaitu 2,18 F/cm2 – 4,77 F/cm2. Darmawan dkk. (2009) melakukan
penelitian tentang optimasi suhu dan lama aktivasi dengan asam phosfat dalam
produksi arang aktif tempurung kemiri. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh
bahwa aktivasi arang dengan uap panas berpengaruh dalam menciptakan dan
memperluas pori arang aktif tempurung kemiri dengan kondisi optimum pembuatan
arang aktif pada suhu 800 0C selama 90 menit yang menghasilkan rendemen
80,50% dan daya serap yodium 678,34 mg/g. Park dkk. (2011) mensintesis
elektroda komposit polivinil alkohol/karbon. Pada penelitian tersebut diperoleh
nilai kapasitansi spesifik karbon sebesar 96,4 F/gcarbon – 109,8 F/gcarbon. Sedangkan
penelitian yang dilakukan adalah pengaruh waktu aktivasi terhadap struktur dan
ukuran pori karbon berbasis arang tempurung kemiri, serta melihat pengaruh waktu
aktivasi terhadap nilai resistansi, konduktivitas dan kapasitansi.
1.2
Ruang Lingkup dan Batasan Penelitian
Pada penelitian ini
dilakukan pembuatan karbon aktif berbasis arang
tempurung kemiri yang diaktivasi dengan aktivator H3PO4 2,5% pada suhu 4000 C
selama 30 menit dengan variasi waktu aktivasi 5 jam, 10 jam, 15 jam, 20 jam, dan
24 jam. Selanjutnya dilakukan uji karakterisasi sebagai berikut :
1. Karakterisasi SEM untuk melihat morfologi dan ukuran pori.
2. Karakterisasi XRD untuk melihat struktur dan ukuran kristal.
3. Karakterisasi LCR Meter untuk mendapatkan nilai resistansi dan menghitung
nilai konduktivitas.
4. Pengambilan grafik Cyclic Voltametry untuk menggambarkan proses aktivasi
pada karbon dan menghitung nilai kapasitansi.
1.3
Tujuan Dan Manfaat Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh waktu aktivasi terhadap
struktur karbon dan ukuran pori karbon serta melihat pengaruh waktu aktivasi
terhadap nilai kapasitansi, resistansi dan konduktivitas. Hasil penelitian ini
diharapkan dapat bermanfaat untuk perkembangan ilmu pengetahuan dalam bidang
nanomaterial terutama dalam proses adsorpsi.