Pada abad XV, diketahui bahwa arang aktif dapat
dihasilkan melalui komposisi kayu dan dapat digunakan sebagai adsorben warna
dari larutan. Aplikasi komersial baru dikembangkan pada tahun 1974 yaitu pada
industri gula sebagai pemucat, dan menjadi sangat terkenal karena kemampuannya
menyerap uap gas beracun yang digunakan pada Perang Dunia I. Arang aktif
merupakan senyawa karbon amorph, yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang
mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan
permukaan yang lebih luas. Arang 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 arang aktif sangat
besar, yaitu 25- 1000% terhadap berat arang aktif. Karena hal tersebut maka
karbon aktif banyak digunakan oleh kalangan industri. Hampir 60% produksi arang
aktif di dunia ini dimanfaatkan oleh industri-industri gula dan pembersihan
minyak dan lemak, kimia dan farmasi.
Karbon atau
arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari
material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan
sebagainya. Dengan pengolahan tertentu yaitu proses aktivasi seperti perlakuan
dengan tekanan dan suhu tinggi, dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki
permukaan dalam yang luas.
Arang merupakan
suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari
bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika
pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam
ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya
terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan
bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan
oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika
terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan bahan-bahan kimia ataupun
dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami
perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai
arang aktif.
Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya
memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m2, sehingga sangat efektif
dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001
mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak
dengan karbon tersebut. Dalam waktu 60 jam biasanya karbon aktif tersebut
manjadi jenuh dan tidak aktif lagi. Oleh karena itu biasanya arang aktif di
kemas dalam kemasan yang kedap udara. Sampai tahap tertentu beberapa jenis
arang aktif dapat di reaktivasi kembali, meskipun demikian tidak jarang yang
disarankan untuk sekali pakai. Reaktifasi karbon aktif sangat tergantung dari
metode aktivasi sebelumnya, oleh karena itu perlu diperhatikan keterangan pada
kemasan produk tersebut.
Bahan baku yang berasal dari hewan,
tumbuh-tumbuhan, limbah ataupun mineral yang mengandung karbon dapat dibuat
menjadi arang aktif, bahan tersebut antara lain: tulang, kayu lunak, sekam,
tongkol jagung, tempurung kelapa, sabut kelapa, ampas penggilingan tebu, ampas
pembuatan kertas, serbuk gergaji, kayu keras dan batubara.
Di negara tropis masih
dijumpai arang yang dihasilkan secara tradisional yaitu dengan menggunakan drum
atau lubang dalam tanah, dengan tahap pengolahan sebagai berikut: bahan yang
akan dibakar dimasukkan dalam lubang atau drum yang terbuat dari plat besi.
Kemudian dinyalakan sehingga bahan baku tersebut terbakar, pada saat
pembakaran, drum atau lubang ditutup sehingga hanya ventilasi yang dibiarkan
terbuka. lni bertujuan sebagai jalan keluarnya asap. Ketika asap yang keluar
berwarna kebiru-biruan, ventilasi ditutup dan dibiarkan selama kurang lebih
kurang 8 jam atau satu malam. Dengan hati-hati lubang atau dibuka dan dicek
apakah masih ada bara yang menyala. Jika masih ada yang atau drum ditutup
kembali. Tidak dibenarkan mengggunakan air untuk mematikan bara yang sedang
menyala, karena dapat menurunkan kwalitas arang.
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, 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.
Ada empat hal yang dapat dijadikan batasan dari penguraian
komponen kayu yang terjadi karena pemanasan pada proses destilasi kering,
yaitu:
1. Batasan A adalah suhu
pemanasan sampai 200 °C. Air yang terkandung dalam bahan baku keluar menjadi
uap, sehingga kayu menjadi kering, retak-retak dan bengkok. Kandungan karbon
lebih kurang 60 %.
2. Batasan B adalah suhu
pemanasan antara 200-280 °C. Kayu secara perlahan – lahan menjadi arang dan
destilat mulai dihasilkan. Warna arang menjadi coklat gelap serta kandungan
karbonnya lebih kurang 700%.
3. Batasan C adalah suhu
pemanasan antara 280-500 °C. Pada suhu ini akan terjadi karbonisasi selulosa,
penguraian lignin dan menghasilkan “ter”. Arang yang terbentuk berwarna hitam
serta kandungan karbonnya meningkat menjadi 80%. Proses pengarangan secara
praktis berhenti pada suhu 400 °C.
4. Batasan D adalah suhu
pemanasan 500 °C, terjadi proses pemurnian arang, dimana pembentukan “ter”
masih terus berlangsung. Kadar karbon akan meningkat mencapai 90%. Pemanasan
diatas 700 °C, hanya menghasilkan gas hidrogen.
Namun secara umum dan 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 “ter”, metanol dan
hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 – 600 0C
Variabel yang berpengaruh pada pembuatan karbon aktif
1) Suhu karbonisasi
2) Jenis zat aktifator
3) Konsentrasi aktifator
4) Waktu aktifasi
5) Ukuran karbon aktif
Faktor-faktor
yang mempengaruhi karbonisasi adalah kadar air, ketebalan bahan baku,
kekerasan bahan baku, udara sekeliling dapur pembakaran (furnace),dan
waktu pemanasan.
Selama
karbonisasi banyak elemen non karbon, hidrogen dan oksigen di ubah
menjadi gas oleh dekomposisi pirolisis dari bahan mula-mula, dan atom-
atom karbon bebas mengelompok dalam formasi kristalografis yang dikenal
sebagai kristal grafit. Susunan kristal tidak beraturan, sehinggal
celah-celah bebas tetap ada di antaranya dan rupanya hasil dari
penumpukan dan dekomposisi bahan-bahan tar ini mengotori atau paling
sedikit memblokir karbon yang tidak terorganisasi (amorph). Bahan karbon
yang demikian kemudian dapat di aktifasi secara parsial degan mengubah
produk tar dengan memanaskannya dalam aliran gas inert, atau dengan
mengekstraksinya menggunakan solvent yang sesuai, atau dengan reaksi
kimia (Sudrajat, 1985)
3. Aktifasi : 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 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 ZnCl2,
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 CO2.
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 CO2 pada
temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm, sehingga lebih mudah dikontrol dan
paling umum digunakan.
Beberapa bahan baku lebih mudah untuk diaktifasi
jika diklorinasi terlebih dahulu. Selanjutnya dikarbonisasi untuk menghilangkan
hidrokarbon yang terklorinasi dan akhimya diaktifasi dengan uap. Juga
memungkinkan untuk memperlakukan arang kayu dengan uap belerang pada temperatur
500°C dan kemudian desulfurisasi dengan H2 untuk mendapatkan arang
dengan aktifitas tinggi. Dalam beberapa bahan barang yang diaktifasi dengan
percampuran bahan kimia, diberikan aktifasi kedua dengan uap untuk memberikan
sifat fisika tertentu.
Dengan bertambah lamanya destilasi serta
bertambah tingginya temperatur destilasi, mengakibatkan jumlah arang yang
dihasilkan semakin kecil, sedangkan destilasi dan daya serap makin besar.
Meskipun dengan semakin bertambahnya temperatur destilasi, daya serap arang
aktif semakin baik, masih diperlukan pembatasan temperatur yaitu tidak melebihi
1000 0C, karena banyak terbentuk abu sehingga menutupi pori-pori
yang berfungsi untuk mengadsorpsi. Sebagai akibatnya daya serap arang aktif
akan menurun. Selanjutnya campuran arang dan aktifator dipanaskan pada
temperatur dan waktu tertentu. Hasil yang diperoleh, diuji daya serapnya
terhadap larutan Iodium.
Karbon aktif terbagi atas 2 tipe yaitu arang
aktif sebagai pemucat dan arang aktif sebagai penyerap uap.
1. Arang aktif sebagai
pemucat.
Biasanya berbentuk serbuk yang sangat halus
dengan diameter pori mencapai 1000 A0 yang digunakan dalam fase
cair. Umumnya berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan
warna dan bau yang tidak diharapkan dan membebaskan pelarut dari zat – zat
penganggu dan kegunaan yang lainnya pada industri kimia dan industri baru.
Arang aktif ini diperoleh dari serbuk – serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas
atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang
lemah.
2.
Arang aktif sebagai
penyerap uap.
Biasanya berbentuk granula atau pellet yang
sangat keras dengan diameter pori berkisar antara 10-200 A0. Tipe
porinya lebih halus dan digunakan dalam fase gas yang berfungsi untuk
memperoleh kembali pelarut atau katalis pada pemisahan dan pemurnian gas.
Umumnya arang ini dapat diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau
bahan baku yang mempunyai struktur keras.
Sehubungan dengan bahan baku yang digunakan
dalam pembuatan arang aktif untuk masing- masing tipe, pernyataan diatas bukan
merupakan suatu keharusan.
Dengan proses oksidasi karbon aktif yang
dihasilkan terdiri dari dua jenis, yaitu :
1. L-karbon (L-AC)
Karbon aktif yang dibuat dengan oksidasi pada
suhu 300oC – 400oC (570o-750oF)
dengan menggunakan udara atau oksidasi kimia. L-AC sangat cocok dalam
mengadsorbsi ion terlarut dari logam berat basa seperti Pb2+, Cu2+,
Cd2+, Hg2+. Karakter permukaannya yang bersifat asam akan
berinteraksi dengan logam basa. Regenerasi dari L-AC dapat dilakukan
menggunakan asam atau garam seperti NaCl yang hampir sama perlakuannya pada
pertukaran ion.
2. H-karbon (H-AC)
Karbon aktif yang dihasilkan dari proses pemasakan pada suhu 800o-1000oC
(1470o-1830oF) kemudian didinginkan pada atmosfer
inersial. H-AC memiliki permukaan yang bersifat basa sehingga tidak efektif
dalam mengadsorbsi logam berat alkali pada suatu larutan air tetapi sangat
lebih effisien dalam mengadsorbsi kimia organik, partikulat hidrofobik, dan
senyawa kimia yang mempunyai kelarutan yang rendah dalam air. Akan tetapi H-AC
dapat dimodifikasi dengan menaikan angka asiditas. Permukaan yang netral akan
mengakibatkan tidak efektifnya dalam mereduksi dan mengadsorbsi kimia organik
sehingga efektif mengadsorbsi ion logam berat dengan kompleks khelat zat
organik alami maupun sintetik dengan menetralkannya.
Secara umum, ada dua jenis karbon aktif yaitu karbon aktif fasa cair dan karbon aktif fasa gas.
a. Karbon aktif fasa cair
Karbon aktif fasa cair biasanya berbentuk powder yang sangat halus, diameter pori mencapai 1000Ao, dihasilkan dari bambu
kuning, serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku
yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah, rapuh
(mudah hancur), mempunyai kadar abu yang tinggi berupa silika dan
biasanya digunakan untuk menghilangkan bau, rasa, warna, dan kontaminan
organik lainnya.
b. Karbon aktif fasa gas
Karbon aktif fasa gas biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 A0
dan mempunyai tipe pori lebih halus. Karbon aktif fasa gas diperoleh
dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai
berat jenis tinggi dan biasa digunakan untuk memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas
Kegunaan Karbon Aktif
Kegunaan karbon aktif dalam dunia industri di Indonesia
umumnya meningkat. Kebutuhan karbon aktif di dalam negeri umunya masih
dipenuhi dari impor. Hal ini disebabkan karena kurangnya produksi dalam
negeri serta mutu karbon aktif yang masih rendah.
Kegunaan
karbon aktif dalam industri di indonesia dapat dilihat pada tabel 2.1
(Sumber : Pusat Dokumentasi Dan Informasi Ilmiah, 1997)
Tabel Manfaat Karbon Aktif dalam Dunia Industri
Industri
|
Digunakan Untuk
|
GAS
| |
1. Pemurnian gas
|
Desulfurisasi, menghilangkan gas beracun/ bau busuk/ asap, menyerap racun
|
2.. Katalisator
|
Reaksi katalisator atau pengangkut vinil klorida dan vinil asetat
|
ZAT CAIR
| |
1. Industri obat dan makanan
|
Menyaring dan menghilangkan warna/ bau/ rasa yang tidak enak pada makanan
|
2. Minuman ringan, minuman keras
|
Menghlangkan warna dan bau pada arak, minuman keras & minuman ringan
|
3. Pengolahan Air
|
Menyaring, menghilangkan bau, warna, zat pencemar dalam air, dan alat pengolahan air
|
4. Pengolahan air buangan
|
Membersihkan air buangan dari pencemar, warna, bau, logam berat
|
5. Pelarut yang digunakan kembali
|
Penarikan kembali berbagai pelarut sisa (metanol, etil asetat dan lainnya)
|
LAIN - LAIN
| |
1. Pengolahan pulp
|
Pemurnian, penghilangan bau
|
2. Pengolahan pupuk
|
Pemurnian
|
3. Pengolahan emas
|
Pemurnian
|
4. Pengolahan minyak makan dan glukosa
|
menghilangkan bau, warna serta rasa tidak enak
|
Karbon aktif mempunyai persyaratan mutu yang harus dipenuhi. Persyaratan mutu karbon aktif dapat dilihat pada tabel berikut ini:
Tabel Syarat Mutu Karbon Aktif (SII. 0258 – 88)
No.
|
Uraian
|
Satuan
|
Persyaratan
| |
Butiran
|
Padatan
| |||
1
|
Bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC
|
%
|
Max 15
|
Max 25
|
2
|
Kadar air
|
%
|
Max 4,5
|
Max 10
|
3
|
Kadar abu
|
%
|
Max 2,5
|
Max 10
|
4
|
Bagian yang tidak mengarang
|
Tidak ternyata
|
Tidak ternyata
| |
5
|
Daya serap terhadap larutan I2
|
mg/gram
|
Min 750
|
Min 750
|
6
|
Karbon aktif murni
|
%
|
Min 80
|
Min 65
|
7
|
Daya serap terhadap benzene
|
ml/gram
|
Min 25
|
-
|
8
|
Daya serap terhadap methylene blue
|
ml/gram
|
Min 60
|
Min 120
|
9
|
Kerapatan jenis curah
|
g/ml
|
0,45 – 0,55
|
0,30 – 0,35
|
10
|
Lolos ukuran mesh 325
|
%
|
-
|
Min 90
|
(Sumber : Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, LIPI 1997)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar