PENGARUH WAKTU AKTIVASI DAN DIAMETER

PARTIKEL PADA KARBON AKTIF DARI PELEPAH AREN

(Arenga Pinnata) DENGAN AKTIVATOR H3PO4

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1

Pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

ISNA MAULIDA LISTYANA

D500140150

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

PENGARUH WAKTU AKTIVASI DAN DIAMETER PARTIKEL PADA

KARBON AKTIF DARI PELEPAH AREN (Arenga Pinnata) DENGAN

AKTIVATOR H3PO4

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu aktivasi dan diameter

partikel dalam pembuatan karbon aktif. Bahan bakunya berupa lignoselulosa yaitu

pelepah aren. Pelepah aren kemudian dibersihkan dan dipotong-potong, kemudian

dipanaskan di dalam oven bersuhu 110oC selama 1 jam, baru kemudian di

impregnasi dalam aktivator H3PO4 1M dan waktu aktivasi 20, 22, dan 24 jam.

Setelah itu, pelepah aren dipisahkan dari larutannya dan dipirolisis di furnace

dengan suhu 500oC selama 1 jam. Karbon aktif yang dihasilkan dicuci dengan

aquades hingga netral, setelah itu dihitung rendemen arang, kadar air, dan

kemampuan penyerapan terhadap larutan iodin. Rendemen tertinggi diperoleh pada

karbon aktif dengan waktu aktivasi 20 jam dan diameter partikel -40 +60 mesh yaitu

sebesar 71,00%. Kadar air pada karbon aktif terbaik yaitu diperoleh pada karbon

aktif dengan waktu aktivasi 24 jam dan diameter partikel -10 +20 mesh yaitu

sebesar 11,71%. Karbon aktif yang memiliki bilangan penyerapan iodin terbesar

yaitu karbon aktif dengan waktu aktivasi 24 jam dan diameter partikel -20 +40 mesh

sebesar 8.464,31 mg iodin/g karbon aktif, nilai telah memenuhi SNI.

Kata kunci : aktivasi, daya jerap, kadar air, karbon aktif, rendemen arang.

Abstrak

This research aimed to determining the effect of activation time and particle size in

making activated carbon. The raw material used was kind of lignocellulose like

palm frond. The palm fronds were cleaned and chopped, then they were soaked in

each activator solution H3PO4 1 M each heating was conducted at three duration

time 20 hours, 22 hours, and 24 hours. After that, palm fronds were carbonized in

the furnace at a temperature of 500oC in 1 hour. Carbon was washed by aquadest

until netral, after that calculating the yield of charcoal, moisture content, and

adsorption ability of the iodin solution. The highest yield was obtained in the

activated carbon with activation time of 20 hours and particle size of -40 +60 mesh

which was 71,00%. The best water content of activated carbon was obtained in the

activated carbon with activation time of 24 hours and particle size of -10 +20 mesh

which was 11,71%. Activated carbon which has the largest number of iodine

adsorption is activated carbon with 22 hours activation time and -20 +40 mesh

particle size which is 8.464,31 mg/g of activated carbon, and the value is in

compliance.

Keywords : activated carbon, activation, charcoal yield, iodine adsorption,

moisture content.

1. PENDAHULUAN

Karbon aktif merupakan karbon amorf dengan luas permukaan sekitar 300-2000

m2/gr. Luas permukaan yang sangat besar ini karena mempunyai struktur pori-pori,

pori-pori inilah yang menyebabkan karbon aktif mempunyai kemampuan untuk

menyerap. Daya jerap karbon aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat

karbon aktif (Salamah, 2008).

Karbon aktif telah dipergunakan secara luas, terutama dalam bidang industri

sebagai bahan pemucat (penghilang zat warna), penyerap gas, penyerap logam dan

sebagainya (Rahayu, 2004). Bahan dari tumbuhan yang cukup bagus dijadikan

karbon aktif antara lain kulit singkong (Oghenejoboh et al., 2016), tempurung

kelapa (Joaquin et al., 2015) dan kulit jeruk (Ribeiro et al., 2017). Karbon aktif juga

dapat dibuat dari tanah gambut dan pelepah aren (Esterlita dan Herlina, 2015).

Permintaan karbon aktif dalam bidang industri akan terus meningkat sebesar 6%

per tahun sampai dengan 2020, mencapai 1,9 juta metrik ton (Sartova et al., 2018).

Sangat disayangkan pemenuhan kebutuhan karbon aktif masih dilakukan dengan

cara mengimpor. Padahal, jika meninjau sumber daya alam di Indonesia yang

melimpah, maka sangatlah mungkin kebutuhan karbon aktif dapat dipenuhi dengan

produksi dari dalam negeri yaitu dengan memanfaatkan sumber daya alam (SDA)

yang tersedia di Indonesia terutama yang mengandung unsur karbon seperti

misalnya tanaman aren (Arenga Pinnata).

Dalam penelitian terdahulu tentang pembuatan karbon aktif belum ada yang

memanfaatkan pelepah aren sebagai bahan baku. Penelitian yang sudah ada dalam

pembuatan karbon aktif dari tanaman jenis palmae adalah pembuatan karbon aktif

dari pelepah kelapa menggunakan aktivator HCl, NaOH, dan NaCl, disertai dengan

variasi suhu aktivasi, konsentrasi aktivator, dan lama waktu aktivasi (Ramdja, A.F.,

M. Halim, 2008). Pada penelitian kali ini dibuat karbon aktif dari pelepah aren

(Arenga Pinnata) dengan aktivator asam fosfat (H3PO4). Karbon aktif yang

dihasilkan kemudian akan dianalisa kualitasnya dengan analisis kadar air, analisis

rendemen arang, dan analisis daya jerap terhadap iodin.

2. METODE

Penelitian ini mempelajari pengaruh waktu aktivasi dan diameter partikel terhadap

karakteristik karbon aktif. Suhu yang digunakan yaitu 500oC, waktu aktivasi

divariasi 20, 22, dan 24 jam dengan variasi diameter partikel -10 +20, -20 +40, dan

-40 +60 mesh.

2.1 Alat dan Bahan

Dalam pengambilan data, diperlukan seperangkat peralatan penelitian. Alat-alat

yang digunakan adalah ayakan, buret, cawan, corong, desikator, erlenmeyer,

furnace, gelas beker, gelas ukur, hot plate, karet penghisap, magnetic stirrer, oven,

pengaduk kaca, pH meter, pipet tetes, pipet ukur, pipet volume, dan termometer.

Semua peralatan tersedia di Laboratorium Teknik Kimia Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Bahan-bahan yang digunakan adalah amilum, aquades, larutan H3PO4,

larutan iodin, kertas saring, KI, larutan Na2S2O3, dan pelepah aren. Bahan baku

untuk keperluan ini diperoleh dari Desa Grabag, Magelang, untuk larutan kimia

tersedia di Laboratorium Teknik Kimia dan dari toko bahan kimia Agung Jaya.

2.2 Prosedur penelitian

Penelitian ini dilakukan melalui 3 tahapan proses, yaitu:

• Pembuatan karbon aktif dengan pembakaran di atas furnace pada temperature

500oC.

• Pengaktifan karbon menggunakan zat aktivator H3PO4, waktu aktivasi divariasi

20, 22, dan 24 jam dengan variasi diameter partikel -10 +20, -20 +40, dan -40

+60 mesh.

• Pengujian karbon aktif meliputi rendemen arang, kadar air, dan daya jerap

terhadap iodin.

2.3 Analisis

Karakteristik karbon aktif yang dihasilkan diukur dari beberapa parameter, yaitu

rendemen arang, kadar air, dan daya jerap terhadap iodin. Pengujian masing-masing

parameter dilakukan dengan cara sebagai berikut:

a. Uji rendemen arang

Bahan baku sebelum dikarbonisasi dan bahan baku yang telah jadi diukur

massanya masing-masing dan dihitung rendemennya dengan persamaan (1)

sebagai berikut:

Rendemen arang =Berat Arang

Berat Bahan Baku × 100% ................................... (1)

b. Uji kadar air

Karbon aktif ditimbang seberat 1 gram dan dimasukkan ke dalam cawan yang

telah dikeringkan. Setelah itu dimasukkan ke dalam oven pada suhu 105oC

selama 1 jam, kemudian karbon aktif didinginkan dalam desikator dan

ditimbang. Kadar air dapat dihitung dengan persamaan (2) sebagai berikut:

Kadar air = a - b

a × 100% ........................................................... (2)

c. Uji daya jerap terhadap iodin (I2)

Ditimbang 0,25 gram sampel karbon aktif. Lalu masukkan ke dalam

erlenmeyer. Ditambahkan 25 ml larutan iodin standar 0,1 N. Lalu campuran

diaduk selama 15 menit. Setelah itu, dilakukan penyaringan. Kemudian

sebanyak 10 ml filtrat dimasukkan ke dalam erlenmeyer lain. Filtrat dititrasi

dengan Na2S2O3 0,1 N hingga menjadi berwarna kuning pucat. Lalu

ditambahkan indikator amilum (1%) ke dalamnya dan teruskan titrasi hingga

filtrat menjadi bening. Kemudian dicatat jumlah peniter yang terpakai. Data

yang diperoleh dihitung dengan persamaan (3) sebagai berikut:

IAN = 10 - (

B ×C

D) ×12,693 ×2,5

(W) ........................................................... (3)

Dimana:

IAN = Bilangan Iodin (mg Iodin / g karbon aktif)

B = Volume Na2S2O3 yang terpakai saat titrasi karbon aktif)

C = Normalitas Na2S2O3

D = Normalitas Iodin

W = Massa karbon aktif (gram)

12,693 = Jumlah iodin yang sesuai dengan 1 ml larutan Na2S2O3 0,1 N

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Pengaruh Waktu Aktivasi dan Diameter Partikel Terhadap Rendemen

Arang

Penetapan rendemen bertujuan untuk mengetahui jumlah arang yang dihasilkan

setelah proses karbonisasi . Pengaruh waktu aktivasi dan diameter partikel

terhadap rendemen arang dari pelepah aren dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Pengaruh Waktu Aktivasi dan Diameter Partikel Terhadap Rendemen

Arang Serbuk Pelepah Aren

Dari hasil penelitian diperoleh karakterisasi arang aktif yang paling optimum

yaitu arang aktif dengan diameter partikel (-40 +60 mesh) dan waktu aktivasi 20

jam yaitu sebesar 71,00%. Hal ini disebabkan diameter partikel yang lebih kecil

memiliki luas penampang yang lebih besar sehingga transfer massa asam fosfat dari

larutan ke permukaan karbon aktif berlangsung lebih mudah. Sedangkan semakin

lama waktu aktivasinya maka rendemen yang dihasilkan semakin sedikit.

48.5 47.5 46.5

61.558

53

7167.5

64

0

10

20

30

40

50

60

70

80

20 22 24

Ren

dem

en A

rang (

%)

Waktu Aktivasi (Jam)

-10+20 mesh

-20+40 mesh

-40+60 mesh

3.2 Pengaruh Waktu Aktivasi dan Diameter Partikel Terhadap Kadar Air

Pengaruh waktu aktivasi dan diameter partikel terhadap kadar air dari pelepah

aren dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Pengaruh Waktu Aktivasi dan Diameter Partikel Terhadap Kadar Air

dari Pelepah Aren

Pada gambar 2 menunjukkan bahwa semakin lama waktu aktivasi, maka

kadar air cenderung semakin tinggi. Besarnya kadar air ini selain disebabkan

terjadinya peningkatan sifat higroskopis arang aktif terhadap uap air, juga

disebabkan terjadinya pengikatan molekul air oleh 6 atom karbon yang telah di

aktivasi. Sedangkan diameter partikel yang lebih besar memiliki kadar air yang

lebih tinggi. Hasil karbon aktif dalam penelitian ini memiliki kadar air sebesar

l0,17-11,71%. Kadar air ini telah memenuhi persyaratan karbon aktif menurut (SNI

No. 06-3730-1995). Dapat disimpulkan bahwa karakterisasi paling optimum yaitu

diameter partikel (-10 +20 mesh) dan waktu aktivasi 24 jam yaitu sebesar 11,71%.

10.36

11.15

11.71

10.17

10.64

10.98

10.3110.5 10.53

9

9.5

10

10.5

11

11.5

12

20 22 24

Kad

ar A

ir (

%)

Waktu Aktivasi (Jam)

-10+20 mesh

-20+40 mesh

-40+60 mesh

3.3 Pengaruh Waktu Aktivasi dan Diameter Partikel Terhadap Daya Jerap

Iodin (I2)

Daya jerap terhadap iodin karbon aktif dari pelepah aren dapat dilihat pada gambar

3.

Gambar 3. Pengaruh waktu aktivasi dan diameter partikel terhadap daya jerap

Iodin dari pelepah aren

Pada gambar 3 menunjukkan bahwa daya jerap karbon aktif terhadap iodin

bergerak ke nilai tinggi ketika waktu adsorbsi di tambah. Aktivasi selama 20 jam,

aktivator hanya mampu membuka pori-pori partikel karbon sedikit maka daya jerap

karbon aktifpun rendah. Maka makin lama waktu aktivasi maka makin banyak zat

inert di permukaan partikel karbon yang yang terlepas dari permukaan sehingga

pori-pori permukaan partikel karbon aktif makin banyak menyebabkan luas

permukaan semakin besar dan kemampuan daya jerappun meningkat.

Waktu aktivasi 24 jam menghasilkan karbon aktif dengan daya jerap

mencapai 8.464,31 mg iodin/g sehingga waktu aktivasi 24 jam adalah efektif untuk

menghasilkan karbon aktif yang memiliki daya jerap tinggi.

Sedangkan pengaruh diameter partikel terhadap daya jerap karbon aktif

terdapat kecenderungan terjadi peningkatan daya jerap dari mesh partikel kecil ke

diameter partikel yang lebih besar. Pada mesh kecil berarti jumlah partikel sedikit

7448.87

8337.388464.31

7702.73

7956.59

8464.31

7068.08

8083.52 8083.52

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

20 22 24

Day

a Je

rap

(m

g/g

)

Waktu Aktivasi (Jam)

-10+20 mesh

-20+40 mesh

-40+60 mesh

maka luas permukaan penyerapan kecil sedangkan makin besar diameter partikel

jumlah partikel semakin besar maka luas permukaan penyerapan juga semakin

besar sehingga kemampuan daya jerap juga makin besar.

Namun sampai pada diameter partikel -20 +60 mesh daya jerap karbon aktif

maksimum kemudian mengalami penurunan daya jerap. Karbon aktif dengan

diameter partikel -20 +40 mesh mampu menyerap iodin sebesar 8.464,31 mg

iodin/g. Di atas diameter partikel -20 +40 mesh kemampuan daya jerap menurun

sehingga diameter partikel -20 +40 mesh merupakan diameter partikel yang efektif.

Sedangkan apabila diameter partikel di atas -20 +40 mesh tidak menghasilkan

karbon aktif yang signifikan.

Hal ini dimungkinkan partikel mesh besar atau diameter partikel lebih kecil

akan memiliki daya jerap menurun dari mesh -20 +40 mesh. Karena tingkat

kepadatannya tinggi sehingga masing-masing partikel saling menutupi satu sama

lain dan akhirnya adsorben tidak teradsorbsi dengan baik.

4. PENUTUP

Dari penelitian yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan yaitu sebagai berikut:

a. Pelepah aren pada waktu aktivasi 20 jam dan diameter partikel -40 +60 mesh

didapatkan karakteristik optimum yaitu rendemen arang sebesar 71,00%.

b. Pelepah aren pada waktu aktivasi 24 jam dan diameter partikel -10 +20 mesh

didapatkan kadar air tertinggi sebesar 11,71%.

c. Waktu aktivasi 24 jam dan diameter partikel -20 +40 mesh dapat menghasilkan

karbon aktif yang memiliki daya jerap terhadap sampel sebesar

8.464,31 mg iodin/g.

DAFTAR PUSTAKA

Esterlita, M. O. and Herlina, N. (2015). Pengaruh Penambahan Aktivator ZnCl2,

KOH, dan H3PO4 dalam Pembuatan Karbon Aktif dari Pelepah Aren (Arenga

Pinnata). Jurnal Teknik Kimia USU, 4 (1), 47-52.

Joaquin, A., Said H.A.A.H., and Rakesh N. (2015).Water Analysis using Activated

Carbon from Coconut Shell. Int. J. Lat. Res. Sci. Technol, 4 (5), 1-3.

Oghenejoboh, K.M., Smith O.O., and Evuensiri O.O. (2016). Applicaton of

Cassava Peels Activated Carbon in The Treatment of Oil Refinery

Wastewater – A Comparative Analysis. J. Eco. Eng, 17 (2), 52-58.

Rahayu, T. (2004). Karakteristik Air Sumur Dangkal di Wilayah Kartasura dan

Upaya Penjernihannya. JPST, 5 (2), 1-5.

Ramdja, A.F., M. Halim, J. H. (2008). Pembuatan Karbon Aktif dari Pelepah

Kelapa (Cocus nucifera). Jurnal Teknik Kimia Universitas Sriwijaya. Vol. 15

No. 2.

Ribeiro, L.A.D.S., Liana A.R., and Gilmar P.T. (2017). Preparation of Activated

Carbon from Orange Peel and Its Application for Phenol Removal. IJOER, 3

(3), 122-129.

Sartova, K., Omurzak, E., Kambarova, G., Dzhumaev, I., Borkoev, B. and

Abdullaeva, Z. (2018). Activated Carbon Obtained From The Cotton

Processing Wastes Kulumkam. Diamond & Related Materials 91, 90-97.

DOI:10.1016/j.diamond.2018.11.011.

Siti Salamah. (2008). Pembuatan Karbon Aktif dari Kulit Buah Mahoni dengan

Perlakuan Perendaman dalam Larutan KOH. Prosiding Seminar Nasional

Teknoin 2008 Bidang Teknik Kimia dan Tekstil, 2008.

SNI 06-3730-1995. Arang Aktif Teknis. Badan Standarisasi Nasional