BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANlib.ui.ac.id/file?file=digital/123748-R220847-Preparasi... ·...

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Preparasi dan karakterisasi karbon aktif dari batubara dilakukan secara

eksperimen di laboratorium. Hasil preparasi dan karakterisasi karbon aktif

tersebut dianalisa dan dibahas pada sub bab berikut ini.

4.1. Hasil Preparasi Karbon Aktif

Preparasi karbon aktif dari batubara dalam penelitian ini dilakukan

dengan beberapa tahapan yakni tahap persiapan bahan dasar, tahap

karbonisasi dan tahap aktivasi.

4.1.1. Persiapan Bahan Dasar.

Batubara sebagai bahan dasar karbon aktif yang diperoleh dari

tambang batubara di Provinsi Sumatera Selatan sudah berukuran granul 5

mm yang relatif seragam dan seperti terlihat pada gambar 4.1 di bawah ini.

Gambar 4.1. Batubara awal

Pembuatan batubara dengan ukuran yang lebih kecil dan seragam

bertujuan agar nitrogen sebagai gas inert pada saat proses karbonisasi

dapat terdistribusi secara merata dan mudah mengenai butiran-butiran

batubara yang ada dalam reactor autoclave. Sehingga dapat mencegah

terjadinya reaksi pembakaran antara bahan dasar (batubara) dengan

oksigen pada saat karbonisasi yang berakibat pada hilang dan rusaknya

struktur pori-pori dari bahan dasar. Sedangkan untuk membersihkan

kotoran-kotoran yang menempel pada permukaan luar batubara dilakukan

pencucian dengan menggunakan larutan aquades dan pengeringan secara

alami diudara terbuka.

Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008

4.1.2. Proses Karbonisasi

Batubara disiapkan sebanyak 50 gram untuk dikarbonisasi. Proses

karbonisasi dilakukan pada temperatur 400oC konstan selama 1 jam, 3 jam,

6 jam dengan laju kenaikan pemanasan 10oC/menit dari temperatur

lingkungan sampai 400oC. Gas nitrogen (N2) dan Oksigen (O2) sebagai gas

inert dialirkan masuk ke dalam reactor autoclave pada saat furnace mulai

dihidupkan sampai selesai proses karbonisasi, dengan laju aliran 80

ml/menit untuk N2 dan 10 ml/menit untuk O2 selama selama 1 jam, 3 jam, 6

jam. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya pembakaran sempurna

(oksidasi) yang berakibat pada hilang atau terbakarnya bahan dasar selama

karbonisasi di dalam furnace.

Proses karbonisasi dilakukan untuk mengeluarkan unsur-unsur selain

karbon seperti volatile matter, moisture dan lain-lain yang terdapat pada

batubara sehingga terjadi pengurangan massa terhadap bobot awal. Pada

proses karbonisasi sudah mulai terbentuk pori-pori tetapi jumlahnya masih

relative sedikit.

Hasil proses karbonisasi batubara menunjukkan terjadi pengurangan

massa sekitar 30,50% - 70,29% seperti terlihat pada table 4.1. Dari hasil

tersebut diketahui bahwa terjadi pengeluaran unsur-unsur yang terdapat

dalam batubara.


Tabel 4.1 Pengurangan massa sampel pada proses aktivasi dan karbonisasi

batubara

Lamanya Proses Karbonisasi dan Oksidasi

Nama

1 Jam 3 Jam 6 Jam

Massa

Awal

(gr)

Massa

Setelah

(gr)

Konsu

msi

Ener

gi (K

W) Pengurangan

Massa Karbon

Aktif Massa

Awal

(gr)

Massa

Setelah

(gr)

Konsu

msi

Ener

gi (K

W) Pengurangan

Massa Karbon

Aktif Massa

Awal

(gr)

Massa

Setelah

(gr)

Konsu

msi

Ener

gi (K

W) Pengurangan

Massa

Karbon Aktif

gram

Burn

Off

(%) gram

Burn

Off

(%)

gram

Burn

Off

(%)

SSA 50 34,75 18 15,25 30,5 50 33,86 19 16,14 32,28 50 33.13 21 16,87 33,74

SSB 50 34,22 17 15,78 31,5 50 33,06 18 16,94 33,38 50 32,72 19 17,28 34,56

SSC 50 33,9 17 16,1 32,2 50 32,91 18 17,09 34,18 50 30,1 19 19,9 39,8

SSD 50 32,2 14 17,8 35,6 50 28,8 17 21,2 42,4 50 14,88 19 35,12 70,24


Universitas Indonesia

Batubara yang telah dikarbonisasi disebut karbon batubara. Hasil

karbon batubara terlihat mengalami perubahan bentuk dan warna. Batubara

sebelum karbonisasi berbentuk granul dengan ukuran 5 mm seperti terlihat

pada gambar 4.2

.

Gambar 4.2. Batubara sebelum karbonisasi

Setelah menjalani proses karbonisasi, batubara mengalami

pengurangan berat. Sedangkan warna batubara hasil karbonisasi juga

berubah menjadi abu-abu dan sedikit mengkilat.

4.1.3 Proses Oksidasi

Batubara disiapkan sebanyak 50 gram untuk oksidasi. Proses

oksidasi dilakukan pada temperatur 300oC konstan selama 1 jam, 3 jam, 6

jam dengan laju kenaikan pemanasan 10oC/menit dari temperatur

lingkungan sampai 300oC. Gas nitrogen dan Oksigen (O2) sebagai gas inert

dialirkan masuk ke dalam reactor autoclave pada saat furnace mulai

dihidupkan sampai selesai proses oksidasi, dengan laju aliran 10ml/menit,

50 ml/menit, dan 80 ml/menit. Gas Oksigen ini bias diganti dengan udara

bebas dalam melakukan proses oksidasi, akan tetapi akan membutuhkan

instalasi tambahan yang cukup mahal dan sulit diterapkan pada alat yang

sudah ada.

4.1.4. Proses Aktivasi

Batubara hasil karbonisasi yang berbentuk granul yang masih berada

didalam autoclave dan sudah mengalami proses pendinginan dilanjutkan



lagi dengan proses aktivasi. Hal ini dilakukan dengan merubah jalur pipa

cubing gas N2 yang kemudian dipasangkan ke tabung CO2 agar gas dapat

mengalir dan proses berjalan. aktivasi dapat terdistribusi secara merata dan

mudah mengenai butiran-butiran batubara yang ada dalam reactor

autoclave. Sehingga proses aktivasi dapat berjalan dengan baik. Proses

aktivasi dilakukan untuk mengeluarkan unsur-unsur selain karbon yang

masih tersisa pada karbon batubara seperti hidrokarbon, tar dan lain-lain.

Aktivasi juga berfungsi untuk memperbesar pori yang sudah terbentuk pada

saat proses karbonisasi dan membentuk pori-pori baru.

Proses aktivasi dilakukan secara fisika pada temperatur 950oC

dengan kenaikan pemanasan furnace saat aktivasi adalah 10oC/menit dari

temperatur lingkungan sampai temperatur 950oC. Setelah temperature

aktivasi 950oC tercapai temperatur dipertahankan konstan selama 60 menit

dengan mengalirkan gas CO2 sebagai activating agent dengan laju aliran 80

ml/menit.

Karbon batubara yang telah diaktivasi didinginkan secara alami

sampai mencapai temperatur lingkungan. Hasil aktivasi karbon batubara

disebut karbon aktif. Dari hasil aktivasi terlihat karbon batubara yang telah

melalui proses aktivasi tidak mengalami perubahan dalam bentuk dan

warna jika dibandingkan dengan sebelum aktivasi.

Karbon aktif hasil aktivasi digerus dan discreening untuk

memperoleh bentuk granul ukuran mesh 10 x 20. Karbon aktif bentuk

granul dengan ukuran mesh 10 x 20 digunakan sebagai sampel pengujian

untuk karakterisasi.

4.2. Burn off

Burn off adalah persentase pengurangan massa selama proses

karbonisasi dan aktivasi sampai batubara menjadi produk karbon aktif. Sesuai

dengan metodologi yang telah dilakukan bahwa proses karbonisasi batubara

dilakukan pada temperature dan 400oC konstan selama 1 jam dengan

mengalirkan gas nitrogen (N2) sebesar 80 ml/menit dan gas Oksigen (O2)



sebesar 10 ml/menit sebagai gas inert, dan pada proses oksidasi 3 jam, dan 6

jam dengan mengalirkan gas oksigen (O2) sebagai gas inert sebesar 50

ml/menit dan 100 ml/menit. Proses aktivasi dilakukan pada temperature

konstan 950oC dengan lama aktivasi 60 menit, dengan mengalirkan gas CO2

sebagai activating agent sebesar 80 ml/menit.

Tabel 4.2 Perlakuan terhadap sample karbon aktif.

Nama Waktu

Karbonisasi

Waktu

Oksidasi Gas yang digunakan

Debit aliran gas yang

digunakan

SSA – 1 1 jam - N2 dan O2

N2 = 80 ml/menit

O2 = 10 ml/menit


N2 = 80 ml/menit

O2 = 10 ml/menit


N2 = 80 ml/menit

O2 = 10 ml/menit

SSB – 1 - 1 jam O2 O2 = 10 ml/menit



SSC – 1 - 1 jam O2 O2 = 50 ml/menit



SSD – 1 - 1 jam O2 O2 = 100 ml/menit





Hasil analisis burn off dengan menggunakan metodologi pembuatan karbon

aktif tersebut berkisar antara 30,5 % - 70,24 % seperti terlihat pada tabel berikut

ini :

Tabel 4.3 Burn Off selama 1 jam.

SAMPEL LAMA AKTIVASI

(menit)

BURN OFF

(%)

SSA-1 60 30,5

SSB-1 60 31,5

SSC-1 60 32,2

SSD-1 60 35,6

Tabel 4.4 Burn Off Selama 3 jam


(menit)

BURN OFF

(%)

SSA-3 180 32,28

SSB-3 180 33,38

SSC-3 180 34,18

SSD-3 180 42.4


SAMPEL

LAMA AKTIVASI

(menit)

BURN OFF

(%)

SSA-6 360 33,74

SSB-6 360 34,56

SSC-6 360 39,8

SSD-6 360 70,24



Dari data diatas kita dapat mengetahui bahwa burn of paling kecil

terdapat pada sample SSA-1 yaitu 30,5% dan burn off terbesar terdapat pada

sample SSD-6 yaitu 70,24% . Hal ini menunjukan bahwa pada semua sample

sudah terjadi pengeluaran unsur volatile matter, moisture, sulfur dan sebagian

ash. Diduga unsur yang masih ada adalah unsur karbon dan ash.

Grafik 4.1 waktu vs burn off pada karbon aktif dari batubara sumatera selatan.

Dari grafik diatas dapat kita ketahui bahwa karbon aktif dengan nama

SSA, SSB, SSC, SSD memiliki nilai burn off yang semakin tinggi seiring dengan

lamanya proses karbonisasi dan oksidasi, ini dapat terjadi karna pada semakin

lama proses karbonisasi dan aktivasi, gas N2 dan O2 sebagai gas inert semakin

banyak terserap oleh batubara, Dari hasil analisis terlihat ada kecenderungan

semakin lama waktu aktivasi maka burn off semakin besar, hal ini sesuai dengan

penelitian yang dilakukan olehTeng Hsisheng, 1996.



4.3 Pengurangan Massa

Grafik 4.3 Pengurangan Massa pada sample karbon aktif.

Pada grafik diatas adalah grafik pengurangan massa yang terjadi pada

setiap sample karbon aktif yang dibuat. Pengurangan massa ini terjadi diduga

karena terjadinya pengeluaran unsur – unsur yang terdapat dalam batubara

terutama senyawa yang mudah menguap seperti volatile matter dan inherent

moisture. Sesuai dengan data dari BPPT bahwa batubara sumatera selatan ini

memiliki kandungan volatile matter sebesar 29,21%, inherent moisture sebesar

3,13%, sulfur sebesar 0,83%, dan ash sebesar 6,39%.

Pada grafik diatas memiliki kecenderungan naik sebanding dengan

lamanya waktu yang dibutuhkan untuk melakukan proses karbonisasi dan

oksidasi. Dari setiap sample yang dihasilkan pada penelitian, Yaitu nilai paling

rendah pada sample SSA – 1 sebesar 15,25g dan paling tinggi pada sample SSD –

6 sebesar 35,12g. Ini diduga karena pada saat proses karbonisasi dan aktivasi gas

yang diserap oleh batubara semakin banyak sesuai dengan lamanya waktu pada

proses karbonisasi dan oksidasi tersebut.



4.4 Perbandingan Hasil Uji karbon aktif SSC – 6 dengan RU5 dan RU4.

Tabel 4.5 Perbandingan Hasil Uji SSC – 6 dengan RU4 dan RU5. [2]

Karbon

Aktif

Lama

Karbonisasi /

Oksidasi

(Menit)

Lama

Aktivasi

(Menit)

Massa

(g)

Luas

Permukaa

n (m2/g)

Burn

Off

(%)

Kapasitas

Penyerapan

(mg/s)

Tekanan

(Bar)

SSC - 6 180

(T = 3000C)

60

(T = 9500C)

50g 64,22 39,80

25,1

1,87

43,3

2,3

RU5 (A5) 60

(T = 9000C)

180

(T = 9500C)

150g 147 47,93

39,1 1

48,3 1,5

RU4 (A4) 60

(T = 9000C)

150

(T = 9500C)

150g 76 44,41

38,6

1 Bar

46,8 1,5 Bar

Data sample RU4 dan RU5 didapat dari hasil pengujian yang sudah

dilakukan oleh Sehat Abdi Saragih [2] sebelumnya. Disini kita dapat melihat

bahwa pada sample RU5 dan RU4 temperature yang digunakan untuk melakukan

proses karbonisasi adalah 9500C. Sedangkan pada sample SSC – 6 temperature

yang digunakan untuk melakukan proses oksidasi adalah 3000C.

Kita dapat melihat bahwa dengan adanya perbedaan perlakuan untuk

melakukan pembuangan unsur – unsur selain unsure karbon (karbonisasi dan

Oksidasi) akan menghasilkan perbedaan yang cukup besar, dilihat dari nilai burn

off, luas permukaan, dan kapasitas penyerapan.

Pada sample RU4 dan RU5 dilakukan proses karbonisasi, dan

menghasilkan nilai burn off yang lebih besar terhadap nilai burn off pada sample

SSC – 6, tetapi pada sample SSC – 6 memiliki luas permukaan yang hampir sama

dengan sample RU4, ini diduga karena pada sample RU4 waktu yang digunakan



untuk proses aktivasi lebih lama (150 menit) dibandingkan dengan waktu aktivasi

pada sample SSC – 6 yaitu 60 menit, selain itu Pada proses karbonisasi sample

RU4 dan RU5 waktu yang digunakan adalah 60 menit, sedangkan pada sample

SSC – 6 waktu oksidasi yang digunakan adalah 180 menit.

Tabel 4.6 Nilai Burn Off dan Waktu Konstan pada penelitian sebelumnya. [2]

SAMPEL

LAMA

KARBONISASI

(menit)

LAMA

AKTIVASI

(menit)

BURN OFF

(%)

A1 60 60 42,76

A2 60 90 44,15

A3 60 120 44,75

A4 60 150 44,41

A5 60 180 47,93

4.5 Konsumsi Energi Rata – rata.

Grafik 4.2 Waktu vs konsumsi energi Rata - rata pada proses karbonisasi dan

aktivasi.

Dari grafik diatas kita dapat mengetahui bahwa konsumsi energi yang

dibutuhkan untuk melakukan proses karbonisasi dan aktivasi akan semakin



meningkat berbanding lurus dengan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk

melakukan proses karbonisasi dan aktivasi.

Grafik 4.3 Konsumsi Energi Rata - rata vs Burn Off.

Pada gambar grafik diatas kita dapat melihat bahwa konsumsi energi rata –

rata akan cenderung turun dibandingkan dengan nilai burn off yang didapat. Jadi

nilai burn off semakin besar maka konsumsi energi yang dibutuhkan untuk

melakukan proses aktivasi cenderung turun atau semakin kecil. Nilai konsumsi

energi ini adalah nilai total energi yang dibutuhkan untuk melakukan proses

karbonisasi dan aktivasi dalam satuan KWh. Ini dapat terjadi diduga karena pada

saat melakukan proses aktivasi temperature furnace masih dalam temperatur ruang

(250C) sehingga akan membutuhkan energi yang besar untuk dapat mencapai

temperature 9500C. dan pada saat melakukan proses karbonisasi berikutnya

temperature furnace masih memiliki temperatur yang cukup tinggi yaitu sekitar

800C – 90

0C, sehingga untuk dapat mencapai temperature 400

0C membutuhkan

energi yang tidak besar dibandingkan untuk menaikan temperature dari 250C –

4000C.



Tabel 4.7 Total Waktu Proses dan Temperatur pada Sample SSA.

Temperatur (0C) Waktu (menit)

66 0

400 34

400 94

Grafik 4.4 Total Waktu Proses vs Temperatur pada sample SSA.

Pada gambar grafik diatas kita dapat mengetahui proses kenaikan

temperatur dari awal proses sampai akhir proses. Waktu konstan paling kecil

adalah pada selama 1 jam, dan waktu konstan paling besar selama 6 jam. Kita

dapat melihat pada sample SSA – 3 memiliki waktu tercepat untuk menaikan

temperatur awal sebesar 860C sampai temperatur akhir sebesar 400

0C,

dibandingkan dengan sample lain, maka dapat kita simpulkan pada sample SSA

semakin tinggi suhu awal maka waktu untuk sampai pada suhu akhir yaitu 4000C

akan semakin cepat.



BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Preparasi dan karakterisasi karbon aktif dari batubara dilakukan secara

eksperimen di laboratorium. Hasil preparasi dan karakterisasi karbon aktif

tersebut dianalisa dan dibahas pada sub bab berikut ini.

4.1. Hasil Preparasi Karbon Aktif

Preparasi karbon aktif dari batubara dalam penelitian ini dilakukan

dengan beberapa tahapan yakni tahap persiapan bahan dasar, tahap

karbonisasi dan tahap aktivasi.

4.1.1. Persiapan Bahan Dasar.

Batubara sebagai bahan dasar karbon aktif yang diperoleh dari

tambang batubara di Provinsi Sumatera Selatan sudah berukuran granul

5 mm yang relatif seragam dan seperti terlihat pada gambar 4.1 di bawah

ini.

Gambar 4.1. Batubara awal

Pembuatan batubara dengan ukuran yang lebih kecil dan seragam

bertujuan agar nitrogen sebagai gas inert pada saat proses karbonisasi

dapat terdistribusi secara merata dan mudah mengenai butiran-butiran

batubara yang ada dalam reactor autoclave. Sehingga dapat mencegah

terjadinya reaksi pembakaran antara bahan dasar (batubara) dengan

oksigen pada saat karbonisasi yang berakibat pada hilang dan rusaknya

struktur pori-pori dari bahan dasar. Sedangkan untuk membersihkan

kotoran-kotoran yang menempel pada permukaan luar batubara dilakukan

32 Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008


pencucian dengan menggunakan larutan aquades dan pengeringan secara

alami diudara terbuka.

4.1.2. Proses Karbonisasi

Batubara disiapkan sebanyak 50 gram untuk dikarbonisasi. Proses

karbonisasi dilakukan pada temperatur 400oC konstan selama 1 jam, 3 jam,

6 jam dengan laju kenaikan pemanasan 10oC/menit dari temperatur

lingkungan sampai 400oC. Gas nitrogen (N2) dan Oksigen (O2) sebagai gas

inert dialirkan masuk ke dalam reactor autoclave pada saat furnace mulai

dihidupkan sampai selesai proses karbonisasi, dengan laju aliran 80

ml/menit untuk N2 dan 10 ml/menit untuk O2 selama selama 1 jam, 3 jam, 6

jam. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya pembakaran sempurna

(oksidasi) yang berakibat pada hilang atau terbakarnya bahan dasar selama

karbonisasi di dalam furnace.

Proses karbonisasi dilakukan untuk mengeluarkan unsur-unsur selain

karbon seperti volatile matter, moisture dan lain-lain yang terdapat pada

batubara sehingga terjadi pengurangan massa terhadap bobot awal. Pada

proses karbonisasi sudah mulai terbentuk pori-pori tetapi jumlahnya masih

relative sedikit.

Hasil proses karbonisasi batubara menunjukkan terjadi pengurangan

massa sekitar 30,50% - 70,29% seperti terlihat pada table 4.1. Dari hasil

tersebut diketahui bahwa terjadi pengeluaran unsur-unsur yang terdapat

dalam batubara.



Tabel 4.1 Pengurangan massa sampel pada proses aktivasi dan karbonisasi

batubara

Lamanya Proses Karbonisasi dan Oksidasi

Nama

1 Jam 3 Jam 6 Jam

Massa

Awal

(gr)

Massa

Setelah

(gr)

Konsu

msi

Ener

gi (K

W) Pengurangan

Massa Karbon

Aktif Massa

Awal

(gr)

Massa

Setelah

(gr)

Konsu

msi

Ener

gi (K

W) Pengurangan

Massa Karbon

Aktif Massa

Awal

(gr)

Massa

Setelah

(gr)

Konsu

msi

Ener

gi (K

W) Pengurangan

Massa

Karbon Aktif

gram

Burn

Off

(%) gram

Burn

Off

(%)

gram

Burn

Off

(%)

SSA 50 34,75 18 15,25 30,5 50 33,86 19 16,14 32,28 50 33.13 21 16,87 33,74

SSB 50 34,22 17 15,78 31,5 50 33,06 18 16,94 33,38 50 32,72 19 17,28 34,56

SSC 50 33,9 17 16,1 32,2 50 32,91 18 17,09 34,18 50 30,1 19 19,9 39,8

SSD 50 32,2 14 17,8 35,6 50 28,8 17 21,2 42,4 50 14,88 19 35,12 70,24



Batubara yang telah dikarbonisasi disebut karbon batubara. Hasil

karbon batubara terlihat mengalami perubahan bentuk dan warna. Batubara

sebelum karbonisasi berbentuk granul dengan ukuran 5 mm seperti terlihat

pada gambar 4.2

.

Gambar 4.2. Batubara sebelum karbonisasi

Setelah menjalani proses karbonisasi, batubara mengalami

pengurangan berat. Sedangkan warna batubara hasil karbonisasi juga

berubah menjadi abu-abu dan sedikit mengkilat.

4.1.3 Proses Oksidasi

Batubara disiapkan sebanyak 50 gram untuk oksidasi. Proses

oksidasi dilakukan pada temperatur 300oC konstan selama 1 jam, 3 jam, 6

jam dengan laju kenaikan pemanasan 10oC/menit dari temperatur

lingkungan sampai 300oC. Gas nitrogen dan Oksigen (O2) sebagai gas inert

dialirkan masuk ke dalam reactor autoclave pada saat furnace mulai

dihidupkan sampai selesai proses oksidasi, dengan laju aliran 10ml/menit,

50 ml/menit, dan 80 ml/menit. Gas Oksigen ini bias diganti dengan udara

bebas dalam melakukan proses oksidasi, akan tetapi akan membutuhkan

instalasi tambahan yang cukup mahal dan sulit diterapkan pada alat yang

sudah ada.

4.1.4. Proses Aktivasi

Batubara hasil karbonisasi yang berbentuk granul yang masih berada

didalam autoclave dan sudah mengalami proses pendinginan dilanjutkan



lagi dengan proses aktivasi. Hal ini dilakukan dengan merubah jalur pipa

cubing gas N2 yang kemudian dipasangkan ke tabung CO2 agar gas dapat

mengalir dan proses berjalan. aktivasi dapat terdistribusi secara merata dan

mudah mengenai butiran-butiran batubara yang ada dalam reactor

autoclave. Sehingga proses aktivasi dapat berjalan dengan baik. Proses

aktivasi dilakukan untuk mengeluarkan unsur-unsur selain karbon yang

masih tersisa pada karbon batubara seperti hidrokarbon, tar dan lain-lain.

Aktivasi juga berfungsi untuk memperbesar pori yang sudah terbentuk pada

saat proses karbonisasi dan membentuk pori-pori baru.

Proses aktivasi dilakukan secara fisika pada temperatur 950oC

dengan kenaikan pemanasan furnace saat aktivasi adalah 10oC/menit dari

temperatur lingkungan sampai temperatur 950oC. Setelah temperature

aktivasi 950oC tercapai temperatur dipertahankan konstan selama 60 menit

dengan mengalirkan gas CO2 sebagai activating agent dengan laju aliran 80

ml/menit.

Karbon batubara yang telah diaktivasi didinginkan secara alami

sampai mencapai temperatur lingkungan. Hasil aktivasi karbon batubara

disebut karbon aktif. Dari hasil aktivasi terlihat karbon batubara yang telah

melalui proses aktivasi tidak mengalami perubahan dalam bentuk dan

warna jika dibandingkan dengan sebelum aktivasi.

Karbon aktif hasil aktivasi digerus dan discreening untuk

memperoleh bentuk granul ukuran mesh 10 x 20. Karbon aktif bentuk

granul dengan ukuran mesh 10 x 20 digunakan sebagai sampel pengujian

untuk karakterisasi.

4.2. Burn off

Burn off adalah persentase pengurangan massa selama proses

karbonisasi dan aktivasi sampai batubara menjadi produk karbon aktif. Sesuai

dengan metodologi yang telah dilakukan bahwa proses karbonisasi batubara

dilakukan pada temperature dan 400oC konstan selama 1 jam dengan

mengalirkan gas nitrogen (N2) sebesar 80 ml/menit dan gas Oksigen (O2)



sebesar 10 ml/menit sebagai gas inert, dan pada proses oksidasi 3 jam, dan 6

jam dengan mengalirkan gas oksigen (O2) sebagai gas inert sebesar 50

ml/menit dan 100 ml/menit. Proses aktivasi dilakukan pada temperature

konstan 950oC dengan lama aktivasi 60 menit, dengan mengalirkan gas CO2

sebagai activating agent sebesar 80 ml/menit.

Tabel 4.2 Perlakuan terhadap sample karbon aktif.

Nama Waktu

Karbonisasi

Waktu

Oksidasi Gas yang digunakan

Debit aliran gas yang

digunakan


N2 = 80 ml/menit

O2 = 10 ml/menit


N2 = 80 ml/menit

O2 = 10 ml/menit


N2 = 80 ml/menit

O2 = 10 ml/menit












Hasil analisis burn off dengan menggunakan metodologi pembuatan karbon

aktif tersebut berkisar antara 30,5 % - 70,24 % seperti terlihat pada tabel berikut

ini :



(menit)

BURN OFF

(%)

SSA-1 60 30,5

SSB-1 60 31,5

SSC-1 60 32,2

SSD-1 60 35,6

Tabel 4.4 Burn Off Selama 3 jam


(menit)

BURN OFF

(%)

SSA-3 180 32,28

SSB-3 180 33,38

SSC-3 180 34,18

SSD-3 180 42.4


SAMPEL

LAMA AKTIVASI

(menit)

BURN OFF

(%)

SSA-6 360 33,74

SSB-6 360 34,56

SSC-6 360 39,8

SSD-6 360 70,24



Dari data diatas kita dapat mengetahui bahwa burn of paling kecil

terdapat pada sample SSA-1 yaitu 30,5% dan burn off terbesar terdapat pada

sample SSD-6 yaitu 70,24% . Hal ini menunjukan bahwa pada semua sample

sudah terjadi pengeluaran unsur volatile matter, moisture, sulfur dan sebagian

ash. Diduga unsur yang masih ada adalah unsur karbon dan ash.

Grafik 4.1 waktu vs burn off pada karbon aktif dari batubara sumatera selatan.

Dari grafik diatas dapat kita ketahui bahwa karbon aktif dengan nama

SSA, SSB, SSC, SSD memiliki nilai burn off yang semakin tinggi seiring dengan

lamanya proses karbonisasi dan oksidasi, ini dapat terjadi karna pada semakin

lama proses karbonisasi dan aktivasi, gas N2 dan O2 sebagai gas inert semakin

banyak terserap oleh batubara, Dari hasil analisis terlihat ada kecenderungan

semakin lama waktu aktivasi maka burn off semakin besar, hal ini sesuai dengan

penelitian yang dilakukan olehTeng Hsisheng, 1996.



4.3 Pengurangan Massa

Grafik 4.3 Pengurangan Massa pada sample karbon aktif.

Pada grafik diatas adalah grafik pengurangan massa yang terjadi pada

setiap sample karbon aktif yang dibuat. Pengurangan massa ini terjadi diduga

karena terjadinya pengeluaran unsur – unsur yang terdapat dalam batubara

terutama senyawa yang mudah menguap seperti volatile matter dan inherent

moisture. Sesuai dengan data dari BPPT bahwa batubara sumatera selatan ini

memiliki kandungan volatile matter sebesar 29,21%, inherent moisture sebesar

3,13%, sulfur sebesar 0,83%, dan ash sebesar 6,39%.

Pada grafik diatas memiliki kecenderungan naik sebanding dengan

lamanya waktu yang dibutuhkan untuk melakukan proses karbonisasi dan

oksidasi. Dari setiap sample yang dihasilkan pada penelitian, Yaitu nilai paling

rendah pada sample SSA – 1 sebesar 15,25g dan paling tinggi pada sample SSD –

6 sebesar 35,12g. Ini diduga karena pada saat proses karbonisasi dan aktivasi gas

yang diserap oleh batubara semakin banyak sesuai dengan lamanya waktu pada

proses karbonisasi dan oksidasi tersebut.



4.4 Perbandingan Hasil Uji karbon aktif SSC – 6 dengan RU5 dan RU4.

Tabel 4.5 Perbandingan Hasil Uji SSC – 6 dengan RU4 dan RU5. [2]

Karbon

Aktif

Lama

Karbonisasi /

Oksidasi

(Menit)

Lama

Aktivasi

(Menit)

Massa

(g)

Luas

Permukaa

n (m2/g)

Burn

Off

(%)

Kapasitas

Penyerapan

(mg/s)

Tekanan

(Bar)

SSC - 6 180

(T = 3000C)

60

(T = 9500C)

50g 64,22 39,80

25,1

1,87

43,3

2,3

RU5 (A5) 60

(T = 9000C)

180

(T = 9500C)

150g 147 47,93

39,1 1

48,3 1,5

RU4 (A4) 60

(T = 9000C)

150

(T = 9500C)

150g 76 44,41

38,6

1 Bar

46,8 1,5 Bar

Data sample RU4 dan RU5 didapat dari hasil pengujian yang sudah

dilakukan oleh Sehat Abdi Saragih [2] sebelumnya. Disini kita dapat melihat

bahwa pada sample RU5 dan RU4 temperature yang digunakan untuk melakukan

proses karbonisasi adalah 9500C. Sedangkan pada sample SSC – 6 temperature

yang digunakan untuk melakukan proses oksidasi adalah 3000C.

Kita dapat melihat bahwa dengan adanya perbedaan perlakuan untuk

melakukan pembuangan unsur – unsur selain unsure karbon (karbonisasi dan

Oksidasi) akan menghasilkan perbedaan yang cukup besar, dilihat dari nilai burn

off, luas permukaan, dan kapasitas penyerapan.

Pada sample RU4 dan RU5 dilakukan proses karbonisasi, dan

menghasilkan nilai burn off yang lebih besar terhadap nilai burn off pada sample

SSC – 6, tetapi pada sample SSC – 6 memiliki luas permukaan yang hampir sama

dengan sample RU4, ini diduga karena pada sample RU4 waktu yang digunakan



untuk proses aktivasi lebih lama (150 menit) dibandingkan dengan waktu aktivasi

pada sample SSC – 6 yaitu 60 menit, selain itu Pada proses karbonisasi sample

RU4 dan RU5 waktu yang digunakan adalah 60 menit, sedangkan pada sample

SSC – 6 waktu oksidasi yang digunakan adalah 180 menit.

Tabel 4.6 Nilai Burn Off dan Waktu Konstan pada penelitian sebelumnya. [2]

SAMPEL

LAMA

KARBONISASI

(menit)

LAMA

AKTIVASI

(menit)

BURN OFF

(%)

A1 60 60 42,76

A2 60 90 44,15

A3 60 120 44,75

A4 60 150 44,41

A5 60 180 47,93

4.5 Konsumsi Energi Rata – rata.

Grafik 4.2 Waktu vs konsumsi energi Rata - rata pada proses karbonisasi dan

aktivasi.

Dari grafik diatas kita dapat mengetahui bahwa konsumsi energi yang

dibutuhkan untuk melakukan proses karbonisasi dan aktivasi akan semakin



meningkat berbanding lurus dengan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk

melakukan proses karbonisasi dan aktivasi.

Grafik 4.3 Konsumsi Energi Rata - rata vs Burn Off.

Pada gambar grafik diatas kita dapat melihat bahwa konsumsi energi rata –

rata akan cenderung turun dibandingkan dengan nilai burn off yang didapat. Jadi

nilai burn off semakin besar maka konsumsi energi yang dibutuhkan untuk

melakukan proses aktivasi cenderung turun atau semakin kecil. Nilai konsumsi

energi ini adalah nilai total energi yang dibutuhkan untuk melakukan proses

karbonisasi dan aktivasi dalam satuan KWh. Ini dapat terjadi diduga karena pada

saat melakukan proses aktivasi temperature furnace masih dalam temperatur

ruang (250C) sehingga akan membutuhkan energi yang besar untuk dapat

mencapai temperature 9500C. dan pada saat melakukan proses karbonisasi

berikutnya temperature furnace masih memiliki temperatur yang cukup tinggi

yaitu sekitar 800C – 90

0C, sehingga untuk dapat mencapai temperature 400

0C

membutuhkan energi yang tidak besar dibandingkan untuk menaikan temperature

dari 250C – 400

0C.



Tabel 4.7 Total Waktu Proses dan Temperatur pada Sample SSA.

Temperatur (0C) Waktu (menit)

66 0

400 34

400 94

Grafik 4.4 Total Waktu Proses vs Temperatur pada sample SSA.

Pada gambar grafik diatas kita dapat mengetahui proses kenaikan

temperatur dari awal proses sampai akhir proses. Waktu konstan paling kecil

adalah pada selama 1 jam, dan waktu konstan paling besar selama 6 jam. Kita

dapat melihat pada sample SSA – 3 memiliki waktu tercepat untuk menaikan

temperatur awal sebesar 860C sampai temperatur akhir sebesar 400

0C,

dibandingkan dengan sample lain, maka dapat kita simpulkan pada sample SSA

semakin tinggi suhu awal maka waktu untuk sampai pada suhu akhir yaitu 4000C

akan semakin cepat.


Univ

ers

itas Indonesia

Tab

el 4.7 D

ata Total Konsu

msi Energi, K

enaikan

Tem

peratur dan

Wak

tu untuk sam

pai pad

a temperature 4000C pad

a sample SSA.

Nam

a

Sam

ple

Karbonis

asi

Den

gan

gas N

2 seb

esar 80 m

l/men

it dan

gas O

2 seb

esar 10 m

l/men

it

Aktivasi

Den

gan

gas C

O2 seb

esar 80 m

l/men

it dan

wak

tu konstan

1 Jam

Wak

tu

Konstan

(Jam)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(men

it)

Konsumsi

Energi

Wak

tu

Konstan

(Jam)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(men

it)

Total

Konsumsi

Energi

(kW

h)

Rata -

rata

(kW

/h)

Total

(kW

h)

SSA – 1

1

66

400

334

34

3

4,70

1

59

950

891

113

43,25

SSA – 3

3

86

400

314

32

4

14,13

1

79

950

871

116

44

SSA – 6

6

25

400

375

39

6

39,90

1

81

950

869

118

44,5



Dari table 4.7 Konsumsi energy rata – rata paling besar yang terdapat pada

proses karbonisasi adalah pada sample SSA – 6 dengan lama 6 jam yaitu sebesar 6

kW dan Konsumsi energy rata – rata paling rendah terdapat pada sample SSA – 1

dengan lama karbonisasi 1 jam yaitu sebesar 3 kW. Dari data diatas dapat kita

ketahui bahwa semakin lama proses karbonisasi maka Konsumsi energy rata –

rata yang dibutuhkan akan semakin besar. Sedangkan pada proses aktivasi

Konsumsi energy rata – rata yang digunakan konstan yaitu sebesar 15 kW/h

dengan lama aktivasi 1 jam, walaupun temperatur awal proses tidak sama.

Dari table 4.7 kita dapat mengetahui kenaikan temperatur terbesar pada

proses karbonisasi terdapat pada Sample SSA – 6 sebesar 3250C dan waktu yang

dibutuhkan sebesar 39 menit dan kenaikan temperatur paling rendah terdapat pada

sample SSA – 3 sebesar 3140C dan waktu yang dibutuhkan sebesar 32 menit. Dari

data diatas kita dapat mengetahui bahwa semakin besar temperatur awal maka

waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperatur yang diinginkan akan semakin

rendah. Sedangkan pada proses aktivasi kenaikan temperatur paling besar adalah

pada sample SSA – 1 sebesar 8910C dan kenaikan temperatur paling rendah pada

sample SSA – 6. Pada proses aktivasi ini tidak ada perubahan waktu yang begitu

besar.


Univ

ers

itas Indonesia

Tab

el 4.8 D

ata Daya, K

enaikan

Tem

peratur dan

Wak

tu untuk sam

pai pad


a sample SSB.

Nama

Sample

Oksidasi

Den

gan

O2 seb

esar 10 m

l/menit

Aktivasi

Den

gan

gas C

O2 seb

esar 80 m

l/menit dan

waktu konstan 1 Jam

Wak

tu

Konstan

(Jam

)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(men

it)

Konsu

msi

Energi

Wak

tu

Konstan

(Jam)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(menit)

Total

Konsu

msi

Energi

(kW

h)

Rata -

rata

(kW

/h)

Total

(kW

h)

SSB – 1

(1 Jam

) 1

77

300

223

23

2

2,76

1

25

950

925

126

46,5

SSB – 3

(3 Jam

) 3

88

300

212

21

3

10,05

1

54

950

896

122

45,5

SSB – 6

(6 Jam

) 6

24

300

276

27

4

24,8

1

73

950

877

118

44,5


Univ

ers

itas Indonesia

Tab

el 4.9 D

ata Daya, K

enaikan

Tem

peratur dan

Wak

tu untuk sam

pai pad


a sample SSC.

Nama

Sample

Oksidasi

Den

gan

O2 seb

esar 50 m

l/menit

Aktivasi

Den

gan

gas C

O2 seb

esar 80 m

l/menit dan

waktu konstan 1 Jam

Wak

tu

Konstan

(Jam)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(men

it)

Konsu

msi Energi

Wak

tu

Konstan

(Jam)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(men

it)

Total

Konsu

msi

Energi

(kW

h)

Rata-

rata

(kW

/h)

Total

(kW

h)

SSC – 1

1

46

300

254

26

2

2,86

1

55

950

895

123

45,75

SSC – 3

3

26

300

274

26

3

10,3

1

60

950

890

120

45

SSC – 6

6

25

300

275

27

4

25,8

1

67

950

883

121

45,25


Univ

ers

itas Indonesia

Tab

el 4.10 D

ata Daya, K

enaikan

Tem

peratur dan

Wak

tu untuk sam

pai pad


a sample SSD.

Nama

Sample

Oksidasi

Den

gan

O2 seb

esar 100 m

l/menit

Aktivasi

Den

gan

gas C

O2 seb

esar 80 m

l/menit dan

waktu konstan 1 Jam

Wak

tu

Konstan

(Jam)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(men

it)

Konsu

msi Energi

Wak

tu

Konstan

(Jam)

Tem

peratur

Awal

(0C)

Tem

peratur

Akhir

(0C)

Ken

aikan

Tem

peratur

(0C)

Wak

tu

(menit)

Total

Konsu

msi

Energi

(kW

h)

Rata-

rata

(kW

/h)

Total

(kW

h)

SSD – 1

1

122

300

178

19

1

1,31

1

200

950

750

101

34,88

SSD – 3

3

97

300

203

21

2

6,7

1

66

950

884

122

45,5

SSD – 6

6

26

300

274

28

4

25,87

1

72

950

878

120

45



Dari tabel 4.8, table 4.9, table 4.10 dapat kita ketahui Konsumsi energy

rata – rata paling besar yang terdapat pada proses oksidasi adalah pada setiap

sample dengan lama oksidasi 6 jam yaitu sebesar 4 kW/h dan Konsumsi energy

rata – rata paling rendah terdapat pada sample SSD – 1 dengan lama oksidasi 1

jam yaitu sebesar 1 kW/h. Dari data diatas dapat kita ketahui bahwa semakin lama

proses oksidasi maka Konsumsi energy rata – rata yang dibutuhkan akan semakin

besar. Sedangkan pada proses aktivasi Konsumsi energy rata – rata yang

digunakan konstan yaitu sebesar 15 kW/h dengan lama aktivasi 1 jam kecuali

pada sample SSD – 1 yaitu sebesar 13 kW/h, temperatur awal proses tidak sama,

dapat kita ketahui bahwa temperatur awal berpengaruh terhadap besarnya

Konsumsi energy rata – rata bila dilakukan pada range 1220C – 200

0C, daya yang

dibutuhkan akan semakin kecil.

Dari Dari tabel 4.8, table 4.9, table 4.10 kita dapat mengetahui kenaikan

temperatur terbesar pada proses oksidasi terdapat pada Sample SSC – 6 sebesar

2750C dan waktu yang dibutuhkan 121 menit dan kenaikan temperatur paling

rendah terdapat pada sample SSD – 1 sebesar 1780C dan waktu yang dibutuhkan

sebesar 19 menit. Dari data diatas kita dapat mengetahui bahwa semakin besar

temperatur awal maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperatur yang

diinginkan akan semakin rendah. Sedangkan pada proses aktivasi kenaikan

temperatur paling besar adalah pada sample SSB – 1 sebesar 9250C dan kenaikan

temperatur paling rendah pada sample SSD – 1 sebesar 7500C. Pada proses

aktivasi ini terdapat perubahan waktu untuk mencapai suhu 9500C yang begitu

besar pada sample SSD – 1, ini diduga dengan temperatur awal diatas temperatur

1000C maka waktu yang dibutuhkan untuk sampai 950

0C akan semakin cepat

terbukti pada Sample SSD – 1.


BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANlib.ui.ac.id/file?file=digital/123748-R220847-Preparasi... ·...

Documents

Transcript of BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANlib.ui.ac.id/file?file=digital/123748-R220847-Preparasi... ·...