BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Karbon aktif (activated carbon) berdasarkan pada pola strukturnya adalah suatu bahan yang berupa karbon amorf yang sebagian besar terdiri dari karbon bebas serta memiliki permukaan dalam, sehingga memiliki daya serap yang tinggi. Pada proses industri, karbon aktif digunakan sebagai bahan pembantu dan
dalam
kehidupan
modern
ini,
karbon
aktif
semakin
meningkat
kebutuhannya baik didalam maupun luar negeri. (Girun Alfathoni, 2002) Industri pembuatan karbon aktif di Indonesia telah mengalami kemajuan yang cukup pesat. Hal ini disebabkan oleh semakin meningkatnya permintaan pasar, baik di dalam negeri maupun untuk diekspor ke luar negeri. Karbon aktif dapat dipergunakan untuk berbagai industri, antara lain yaitu industri obatobatan, makanan, minuman, pengolahan air (penjernihan air), dan lain-lain. Bahan baku yang dapat dibuat menjadi karbon aktif adalah semua bahan yang mengandung karbon, baik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang ataupun barang tambang. Bahan-bahan tersebut adalah berbagai jenis kayu, sekam padi, tulang binatang, batu bara, tempurung kelapa, kulit biji kopi. Bila bahan-bahan tersebut dibandingkan, tempurung kelapa merupakan bahan terbaik yang dapat dibuat menjadi karbon aktif karena karbon aktif yang terbuat dari tempurung kelapa memiliki mikropori yang banyak, kadar abu yang rendah, kelarutan dalam air yang tinggi dan reaktivitas yang tinggi.
1.2.
Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang akan dibahas dalam makalah ini adalah : 1. Apa yang dimaksud karbon aktif 2. Apa saja jenis-jenis karbon aktif 3. Apa saja tipe karbon aktif 1
4. Bagaimana sifat-sifat karbon aktif 5. Bagaimana proses pembuatan karbon aktif 6. Apa kegunaan karbon aktif 7. Bagaimana reduksi biji besi 8. Bagaimana teori biji besi 9. Apa itu batubara 10. Apa syarat batubara sebagai reduktor
1.3.
Tujuan
Tujuan utama dari penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Pemanfaatan Batubara yang selanjutnya akan digunakan dalam proses belajar mengajar.Selain itu penulisan makalah ini juga dimaksudkan untuk memberikan informasi secara komprehensif kepada pembaca mengenai karbon aktif dan reduktor.
2
BAB II PEMBAHASAN
2.1.
KARBON AKTIF
2.1.1. Pengertian Karbon Aktif
Karbon aktif adalah senyawa karbon yang telah ditingkatkan daya adsorpsinya dengan melakukan proses karbonisasi dan aktifasi. Pada proses tersebut terjadi penghilangan hidrogen, gas-gas dan air dari permukaan karbon sehingga terjadi perubahan fisik pada permukaannya. Aktifasi ini terjadi karena terbentuknya gugus aktif akibat adanya interaksi radikal bebas pada permukaan karbon dengan atom-atom seperti oksigen dan nitrogen . Karbon aktif merupakan senyawa amorf yang dihasilkan dari bahan bahan yang mengandung karbon atau arang yang diperlakukan secara khusus untuk mendapatkan daya adsorpsi yang tinggi. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25- 1000% terhadap berat karbon aktif. (Darmawan, A.D. 2008). Karbon aktif terdiri dari 87 - 97 % karbon dan sisanya berupa hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen serta senyawa-senyawa lain yang terbentuk dari proses pembuatan. Volume pori-pori karbon aktif biasanya lebih besar dari 0,2 cm3/gram. Sedangkan luas permukaan internal karbon aktif yang telah diteliti umumnya lebih besar dari 400 m2/gr dan bahkan bisa mencapai di atas 1000 m2/gr (Sudibandriyo, 2003). Menurut Yang dkk, (2003) luas permukaan karbon aktif yang dikarakterisasi dengan metode BET berkisar antar a 300 – 4000 m 2/gr. ada dasarnya karbon aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon baik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang maupun barang tambang seperti berbagai jenis kayu, sekam padi, tulang binatang, batu 3
bara, kulit biji kopi, tempurung kelapa, tempurung kelapa sawit dan lain-lain (Manocha dan Satish, 2003). Bahan-bahan alami tersebut dipreparasi dengan cara karbonisasi dan aktivasi sehingga menghasilkan karbon aktif. Karbon aktif digunakan pada berbagai bidang aplikasi sesuai dengan jenisnya. Pada abad XV, diketahui bahwa karbon aktif dapat dihasilkan melalui komposisi kayu dan dapat digunakan sebagai adsorben warna dan larutan. Aplikasi komersial, baru dikembangkan pada tahun 1974 yaitu pada industri gula sebagai adsorben gas, dan menjadi sangat terkenal karena kemampuannya menyerap uap gas beracun yang digunakan pada perang dunia 1.
2.1.2. Jenis Karbon Aktif
Menurut Suzuki (1990) karbon aktif dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis sebagai berikut: 1. Karbon aktif granul Jenis ini berbentuk butiran atau pelet. Biasanya digunakan untuk proses pada fluida fase gas yang berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut, pemisahan dan pemurnian gas. Karbon aktif granul diperoleh dari bahan baku yang memiliki struktur keras seperti tempurung kelapa, tulang dan batubara. Ukuran partikel dari granul karbon aktif berbeda-beda tergantung pada aplikasinya. Untuk aplikasi adsorpsi fase gas ukuran granul yang sering digunakan adalah 4x8 mesh sampai 10x20 mesh dan untuk bentuk pelet memiliki ukuran partikel 4 mm – 6 mm.
4
2. Karbon aktif powder Karbon aktif powder umumnya diproduksi dari bahan kayu dalam bentuk serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan struktur yang lemah. Jenis ini memiliki ukuran rata-rata 15 – 25 µm. ndustri besar menggunakan karbon aktif powder untuk penghilangan warna pada proses pembuatan makanan. Belakangan karbon aktif powder digunakan padawater treatment untuk air minum dan air limbah. Biasanya karbon aktif powder digunakan dalam fase cair yang berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan.
3. Karbon aktif molecular sieves Aplikasi utama dari karbon aktif moleculer sieve adalah pemisahan nitrogen dan oksigen dalam udara. Karbon aktif molecular sieve merupakan suatu material yang menarik sebagai model karbon aktif sejak memiliki ukuran mikropori yang seragam dan kecil.
4. Karbon aktif fiber Karbon aktif fiber memiliki ukuran yang lebih kecil dari karbon aktif powder. Sebagian besar karbon aktif fiber memiliki diameter antara 7 – 15 µm. Aplikasi karbon aktif fiber dapat ditemukan dalam bidang perlakuan udara seperti penangkapan larutan.
5
2.1.3.
Tipe Karbon Aktif
Karbon aktif dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu: 1. Karbon aktif sebagai pemucat Biasanya berbentuk powder yang halus dengan diameter pori 1000 oA, digunakan dalam fase cair dan berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu.
2. Karbon aktif sebagai penyerap uap Biasanya berbentuk granular atau pelet yang sangat keras, diameter porinya 10-200
o
A, umumnya digunakan pada fase gas, berfungsi untuk
pengembalian pelarut, katalis, dan pemurnian gas. (Ruthven, D. M. 1984)
2.1.4.
Sifat Karbon Aktif
Sifat
adsorpsi
karbon
aktif
sangat
tergantung
pada
porositas
permukaannya, namun dibidang industri, karakterisasi karbon aktif lebih difokuskan pada sifat adsorpsi dari pada struktur porinya. Bentuk pori bervariasi yaitu berupa: silinder, empat persegi panjang, dan bentuk lain yang tidak teratur. Berdasarkan ukurannya, pori-pori dibedakan atas 3 jenis, yaitu: 1. Makropori • Jari-jari : 25 nm • Volume pori : 0,2 – 0,5 cm3/ g • Luas permukaan : 0,5 – 2 m3/ g • Fungsi : sebagai pintu masuk ke karbon aktif
2. Mesopori • Jari-jari : 1 - 25 nm • Volume pori : 0,02 – 0,05 cm3/ g • Luas permukaan : 1 – 100 m3/ g • Fungsi : sebagai sarana transportasi
3. Mikropori 6
• Jari-jari : < 1 nm • Volume pori : 0,15 – 0,5 cm3/ g • Luas permukaan : 100 – 1000 m3/ g • Fungsi : sebagai adsorpsi (Smisek and Cerny, 1970).
Gugus fungsi dapat terbentuk pada karbon aktif ketika dilakukan aktivasi, yang disebabkan terjadinya interaksi radikal bebas pada permukaan karbon dengan atom-atom seperti oksigen dan nitrogen, yang berasal dari proses pengolahan ataupun atmosfer. Gugus fungsi ini menyebabkan permukaan karbon aktif menjadi reaktif secara kimiawi dan mempengaruhi sifat adsorpsinya. Oksidasi permukaan dalam produksi karbon aktif, akan menghasilkan gugus hidroksil, karbonil, dan karboksilat yang memberikan sifat amfoter pada karbon, sehingga karbon aktif dapar bersifat sebagai asam maupun basa. (Sudirjo, E. 2006).
2.1.5. Proses Pembuatan Karbon Aktif
Secara umum proses pembuatan arang aktif dapat dibagi dua yaitu: 1. Proses Kimia. Bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu, kemudian dibuat padat. Selanjutnya padatan tersebut dibentuk menjadi batangan dan dikeringkan serta dipotong-potong. Aktifasi dilakukan pada temperatur 100 °C. Arang aktif yang dihasilkan, dicuci dengan air selanjutnya dikeringkan pada temperatur 300 °C. Dengan proses kimia, bahan baku dapat dikarbonisasi terlebih dahulu, kemudian dicampur dengan bahan-bahan kimia. 2. Proses Fisika Bahan baku terlebih dahulu dibuat arang. Selanjutnya arang tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktifasi dengan cara pemanasan pada temperatur 1000 °C yang disertai pengaliran uap. Proses fisika banyak digunakan dalam aktifasi arang antara lain : a. Proses Briket: bahan baku atau arang terlebih dahulu dibuat briket, dengan cara mencampurkan bahan baku atau arang halus dengan “ter”. Kemudian, 7
briket yang dihasilkan dikeringkan pada 550 °C untuk selanjutnya diaktifasi dengan uap. b. Destilasi kering: merupakan suatu proses penguraian suatu bahan akibat adanya pemanasan pada temperatur tinggi dalam keadaan sedikit maupun tanpa udara. Hasil yang diperoleh berupa residu yaitu arang dan destilat yang terdiri dari campuran metanol dan asam asetat. Residu yang dihasilkan bukan merupakan karbon murni, tetapi masih mengandung abu dan “ter”. Hasil yang diperoleh seperti metanol, asam asetat dan arang tergantung pada bahan baku yang digunakan dan metoda destilasi. Diharapkan daya serap arang aktif yang dihasilkan dapat menyerupai atau lebih baik dari pada daya serap arang aktif yang diaktifkan dengan menyertakan bahan-bahan kimia. Juga dengan cara ini, pencemaran lingkungan sebagai akibat adanya penguraian senyawa-lenyawa kimia dari bahan-bahan pada saat proses pengarangan dapat diihindari. Selain itu, dapat dihasilkan asap cair sebagai hasil pengembunan uap hasil penguraian senyawa-senyawa organik dari bahan baku.
Namun secara sederhana proses pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap yaitu: 1. Dehidrasi : proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 °C. 2. Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas 170°C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada suhu 275°C, dekomposisi menghasilkan “tar”, metanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 – 600 0C 3. Aktivasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktifator. Proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul – molekul permukaan sehingga arang mengalami
8
perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi.
Metoda aktifasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah: 1. Aktifasi Kimia. Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakian bahan-bahan kimia. Aktifator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti: hidroksida logam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl 2, asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H3PO4. 2. Aktifasi Fisika. Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO 2. Umumnya arang dipanaskan didalam tanur pada temperatur 800-900°C. Oksidasi dengan udara pada temperatur
rendah
merupakan
reaksi
eksoterm
sehingga
sulit
untuk
mengontrolnya. Sedangkan pemanasan dengan uap atau CO 2 pada temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm, sehingga lebih mudah dikontrol dan paling umum digunakan.
2.1.6. Kegunaan Karbon Aktif
1. Karbon aktif berguna sebagai filter untuk menjernihkan air, contoh sederhananya pada depot air isi ulang, karbon aktif di letakkan pada tabung filternya,supaya airnya jernih, tidak ada bau dan layak di konsumsi. 2. Karbon aktif berguna sebagai pemurnian gas, contohnya tabung gas yang di pakai di rumah untuk memasak itu di olah dengan karbon aktif . 3. Karbon aktif berguna di farmasi, biasanya di rumah sakit banyak limbah cair seperti bekas suntikan dan lain-laIN, itu tidak boleh langsung di buang karena berbahaya. limbah cair tersebut harus di saring terlebih dahulu menggunakan karbon aktif untuk menghilangkan zat-zat berbahayanya.
9
4. Karbon aktif berguna dipabrik chemical, ini sama dengan di farmasi untuk mennyaring air limbah menjadi air yang tidak lagi berbahaya bagi lingkungan saat dibuang. 5. Diluar negeri karbon aktif digunakan untuk penyaring udara supaya udara yang berbahaya seperti asap pabrik,asap rokok menjadi udara yang bersih. 6. Di bidang kesehatan, karbon aktif dimanfaatkan untuk mengurangi kolesterol, detoksifikasi tubuh, mengurangi kembung dan menyerap zat beracun.
10
KESIMPULAN Karbon aktif adalah senyawa karbon yang telah ditingkatkan daya adsorpsinya dengan melakukan proses karbonisasi dan aktifasi. Pada proses tersebut terjadi penghilangan hidrogen, gas-gas dan air dari permukaan karbon sehingga terjadi perubahan fisik pada permukaannya. Aktifasi ini terjadi karena terbentuknya gugus aktif akibat adanya interaksi radikal bebas pada permukaan karbon dengan atom-atom seperti oksigen dan nitrogen. Karbon aktif terdiri dari 87 - 97 % karbon dan sisanya berupa hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen serta senyawa-senyawa lain yang terbentuk dari proses pembuatan. Volume pori-pori karbon aktif biasanya lebih besar dari 0,2 cm3/gram. Sedangkan luas permukaan internal karbon aktif yang telah diteliti umumnya lebih besar dari 400 m2/gr dan bahkan bisa mencapai di atas 1000 m 2/gr (Sudibandriyo, 2003). Menurut Yang dkk, (2003) luas permukaan karbon aktif yang dikarakterisasi dengan metode BET berkisar antara 300 – 4000 m 2/gr. Sifat adsorpsi karbon aktif sangat tergantung pada porositas permukaannya, namun dibidang industri, karakterisasi karbon aktif lebih difokuskan pada sifat adsorpsi dari pada struktur porinya. Bentuk pori bervariasi yaitu berupa: silinder, empat persegi panjang, dan bentuk lain yang tidak teratur. secara sederhana proses pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap yaitu: Dehidrasi : proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 °C, Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas 170°C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada suhu 275°C, dekomposisi menghasilkan “tar”, metanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 – 600 0C dan Aktivasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO 2 sebagai aktifator. Syarat batubara sebagai reduktor : Kadar fixed carbon berkisar antara 30-50%, Mempunyai kadar volatile matter 26-32%, Kadar abu kurang dari 20% dan Moisture berkisar antara 3-20%.
11
DAFTAR PUSTAKA
http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-22082-2307100060-Chapter1.pdf http://artikelkimia.blogspot.co.id/2010/12/karbon-aktif.html http://veranixonhasugiancool.blogspot.co.id/2013/11/pengertian-karbon-aktif.html http://kegunaankarbonaktif.blogspot.co.id http://www.kompasiana.com/diah_marliati_a_soeradiredja/efek-samping-karbonaktif_551932c9813311f1749de0d5 https://www.google.co.id/search?q=gambar+karbon+aktif&tbm=isch&imgil=hbZBGOwqOcQQ QM%253A%253BAOz71Xiu28ZZUM%253Bhttp%25253A%25252F%25252Fchemistry35.blogsp ot.com%25252F2012%25252F01%25252Fmengenal-karbonaktif.html&source=iu&pf=m&fir=hbZBGOwqOcQQQM%253A%252CAOz71Xiu28ZZUM%252C_ &biw=1366&bih=640&usg=__WHu6yw2nMOyxvRRL5VPLlJuNyk0%3D&ved=0CC4QyjdqFQoTCJ L435OChskCFYPcpgod7l0Geg&ei=hvhBVpKdNYO5mwXuu5nQBw#imgrc=o9TDaxzJWaoqM%3A&usg=__WHu6yw2nMOyxvRRL5VPLlJuNyk0%3D http://basarmanaloe.blogspot.co.id/ https://metalurgiekstraksi.wordpress.com/2012/05/02/1-bijih-besibi/
12
