KARBON AKTIF

Diperuntukkan Dalam Rangka Memenuhi Tuntutan Tugas Review

Disusun oleh:

Rechti Anugerah Putri

21030111140159

Kelompok 7 / Senin Siang

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2011

KARBON AKTIF

1. Pengertian Karbon Aktif

Karbon aktif adalah arang yang telah mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan

kimianya karena dilakukan perlakuan aktifasi dengan aktifator bahanbahan kimia ataupun

dengan pemanasan pada temperatur tinggi, sehingga daya serap dan luas permukaan partikel

serta kemampuan arang tersebut akan menjadi lebih tinggi.

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. Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-

3500 m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang

aktif mempunyai sifat sebagai adsorben. 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.

Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap

uap. Arang aktif sebgai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat halus, diameter

pori mencapai 1000Angstrom, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk memindahkan zat-

zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan

pelarut dari zat-zat penganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia dan industri baru.

Diperoleh dari serbukserbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang

mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah. Arang aktif sebagai

penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori

berkisar antara 10-200 Angstrom , tipe pori lebih halus, digunakan dalam rase gas, berfungsi

untuk memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari

tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai bahan baku yang

mempunyai struktur keras.

2. Bentuk Fisik Karbon Aktif

           Struktur dasar karbon aktif adalah menyerupai struktur grafis murni. Kristal grafis

terdiri dari lapisan-lapisan bidang heksagonal yang tersusun dari atom-atom karbon yang

menyerupai cincin-cincin aromatis dalam senyawa organik.

  Karbon aktif diproduksi dalam bentuk serbuk dan granular. Karbon aktif dalam

bentuk serbuk yang halus mempunyai distribusi ukuran pertikel 5 sampai 110 μm, tetapi

untuk beberapa aplikasi khusus dapat digunakan pada ukuran yang lebih besar. Karbon

granular terdiri atas dua bentuk yaitu regular dan irregular.

Bentuk irregular di buat dengan crushing dan sieving sedangkan bentuk regular

dihasilkan dari prosedur moulding pada saat aktifasi. Bentuk umum granular yang sering

ditemukan adalah silinder( 0,8 – 4 mm) yang diproduksi dengan proses pencetakan. Tetapi

untuk bebrapa bentuk khusus seperti tri-quadrilobes dan spare untuk membuatnya

membutuhkan aplikasi spesifik.

1.   Micropore adalah pori-pori dengan ukuran lebih kecil dari 2 nm dan ini merupakan

area dimana adsorbsi dominan terjadi. Volume pori-pori ini berkisar antara 0,15 – 0,5

ml/g.

2.   Mesopore adalah pori-pori dengan ukuran 2 – 50 nm dan merupakan area adsorbsi

dominan kedua setelah micropore. Mesoporesering juga disebut transitional pore atau

area transisi. Volume mesopore berkisar antara 0,02 – 10ml/g.

3.   Macropore adalah pori-pori dengan ukuran lebih besar dari 50 nm dan berfungsi

sebagai pintu masuk adsorbat menuju ke dalammicropore.

            Sifat utama yang membedakan karbon adsorben gas dan karbon fasa cair adalah

distribusi dan ukuran pori-porinya. Karbon adsorben gas biasanya memiliki jumlah pori-pori

paling banyak pada area micropore sedangkan karbon fasa cair memiliki jumlah pori-pori

terbanyak pada area transisi. Namun pada umumnya, karbon fasa cair memiliki luas

pemukaan hampir sama dengan karbon adsorben gas, tapi dengan volume pori-pori yang

lebih besar.

3. Struktur Dasar Mikrokristalin Karbon Aktif

            Karbon aktif terdiri dari atom karbon yang mempunyai bentuk struktur dan sifat yang

hampir sama dengan grafit, walaupun stuktur tatanannya kurang sempurna. Struktur grafit

tersusun atas lapisan bidang datar yang terbentuk dari tatanan atom-atom heksagonal. Kristal

grafis terdiri dari lapisan-lapisan bidang heksagonal yang tersusun dari atom-atom karbon

yang menyerupai cincin-cincin aromatis dalam senyawa organik. Jarak antar atom karbon

pada suatu lapisan bidang datar adalah 1,42 Ǻ. Sedangkan lapisan bidang-bidang tersebut

tersusun secara paralel dengan jarak antar bidang sekitar 0,3 – 0,5 nm.

4. Penggunaan Karbon Aktif

Maksud/Tujuan Pemakaian

I. UNTUK GAS

1. Pemurnian gas  Desulfurisasi, menghilangkan gas beracun, bau busuk,

asap, menyerap racun

2. Pengolahan LNG Desulfurisasi dan penyaringan berbagai bahan mentah dan

reaksi gas

3. Katalisator Reaksi katalisator atau pengangkut vinil kiorida, dan vinil

acetat

4. Lain-lain Menghilangkan bau dalam kamar pendingin dan mobil

II. UNTUK ZAT CAIR 

1. Industri obat dan makanan Menyaring dan menghilangkan warna, bau, rasa yang tidak

enak pada makanan

2. Minuman ringan, minuman

keras

Menghilangkan warna, bau pada arak/ minuman keras dan

minuman ringan

3. Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah, zat perantara

4. Pembersih air Menyaring/menghilangkan bau, warna, zat pencemar

dalam air, sebagai pelindung dan penukaran resin dalam

alat/penyulingan air

5. Pembersih air buangan Mengatur dan membersihkan air buangan dan pencemar,

warna, bau, logam berat.

6. Penambakan udang dan benur Pemurnian, menghilangkan ban, dan warna

7. Pelarut yang digunakan

kembali

Penarikan kembali berbagai pelarut, sisa metanol, etil

acetat dan lain-lain

III. LAIN-LAIN

1. Pengolahan pulp Pemumian, menghilangkan bau

2. Pengolahan pupuk Pemurnian

3. Pengolahan emas Pemurnian

4. Penyaringan minyak makan

dan glukosa

Menghilangkan bau, warna, dan rasa tidak enak

5. Pembuatan arang aktif

Proses pembuatan arang aktif dapat dibagi dua:

1. Proses Kimia: bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu, kemudian

dibuat pada. Selanjutnya pada 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, diaysk 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 mau tanpa udara. Dengan

cara destilasi kering, diharapkan daya serap arang aktif yang menghasilkan 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.

Dalam pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap yaitu:

a. Dehidrasi: proses penghilangan air.Bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170

°C.

b. Karbonisasi: pemecahan bahan-bahan organik menjadikarbon.Karbonasi dilakukan

pada suhu 400-900ºC hasilnya didinginkan dan dicuci, untuk menghilangkan dan

mendapatkan kembali bahan kimia pengaktif, disaring dan dikeringkan. Temperatur

diatas 170°C akan menghasilkan CO,

CO2 dan asam asetat. Pada temperatur 275°C, dekomposisi menghasilkan tar, metanol

dan hasil sampingan lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600 ºC.

c. Aktivasi: Dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat

dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktivator. Karbon dihasilkan dari pembakaran

tidak sempurna. Secara umum reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

CxHyOn + O2(g) → C(s) + CO(g) + H2O(g)

Pembakaran tidak sempurna tidak terjadi bila hidrokarbon berlebih atau kekurangan

oksigen pada penukaran sempurna hanya dihasilkan CO2 dan H2O, sedangkan pada

pembakaran tidak sempurna selain dihasilkan CO2 dan H2O juga dihasilkan CO2 dan

C.

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 sifilt, baik fisika maupun kimia, yaitu luas

permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi.

Metoda aktifasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah:

a. Aktifasi Kimia: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian

bahan-bahan kimia.

b. Aktifasi Fisika: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan

panas, uap dan CO2.

Untuk aktifasi kimia, aktifator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti:

hidroksida ligam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah

dan khususnya ZnCl2 , asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H4 PO4.Untuk aktifasi

fisika, biasanya arang dipanaskan didalam furnace 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.

6. Sumber Arang Aktif

Bahan baku yang berasal dari hewan, tumbuh-tumbuhan, limbah ataupun mineral

yang mengandung karbon dapat dibuat menjadi arang aktir, antara lain: tulang, kayu lunak,

sekam, tongkol jagung, kulit buah mahoni tempurung kelapa, sabut kelapa, ampas

penggilingan tebu, ampas pembuatan kertas, serbuk gergaji, kayu keras dan batubara.

Karbon aktif bisa diproduksi dari berbagai macam bahan mentah yang memiliki

kandungan karbon tinggi. Dan bahan mentah umum yang digunakan secara komersial untuk

karbon fasa cair adalah arang, sawdust, lignit, fly ash, dan arang (coke) minyak.

Tanaman kelapa sawit (Elaeis Quineesis Jacq) termasuk jenis palma yang

menghasilkan minyak, baik dari daging buah (mesocarp) maupun dari inti(kernel), dan hasil

ikutan seperti tempurung biji sawit, serat dan biogas. Tempurung biji sawit, selain digunakan

sebagai bahan bakar atau arang juga digunakan senagai pengeras jalan. Arang tempurung inti

sawit tersebut jika diperlakukan dengan bahan-bahan kimia atau dipanaskan lebih lanjut,

dapat dijadikan sebagai arang aktif Kelapa sawit diklasifikasikan atas 3 (tiga) tipe yaitu :

a. Elaeis quineesis varitas Dura

Daging buahnya, mempunyai inti yang besar dan ketebalan tempurungnya berkisar antara 2-8

mm.

b. Elaeis quineensis varitas Pisifera

Buah jenis ini, tidak mempunyai tempurung dan intinya sangat kecil, sedangkan daging

buahnya tebal.

c. Elaeis quineensis varitas Tenera

Daging buahnya tebal, disekeliling tempurung terdapat Berst (fiber ring).

Ketebalan tempurung berkisar antara 0,5 -4 mm.

7. Proses Karbon Aktif Dari Berbagai Bahan Baku

Proses Pembuatan Arang aktif dengan Arang

Proses pembuatan arang aktif dengan arang dilakukan dengan cara "Destilasi kering"

yaitu pembakaran tanpa adanya oksigen pada temperatur tinggi. Untuk kegiatan ini

dibutuhkan prototype tungku aktivasi (alat destilasi) yang merupakan kisi-kisi tempat

arang yang diaktifkan dengan kapasitas 250 kg arang. Proses aktivasi dilakukan hanya

dengan mengontrol temperatur selama waktu tertentu.

*) Tungku aktivasi (alat destilasi) lengkap dengan alat pendingin dan penampung destilat

Cara Kerja

Arang dimasukkan ke dalam tungku (aktivasi), kemudian ditutup rapat sampai tidak

terdapat kebocoran. 

1. Hubungan pipa pengeluaran hasil suling

dari tungku aktivasi dengan pendingin

yang ujungnya dicelupkan kedalam air.

Tujuannya adalah agar oksigen tidak

masuk kedalam tungku aktivasi sewaktu

dilakukan pendinginan dan sekaligus

menampung hasil sulingnya (destilat). 

2. Pasang thermocouple untuk mengamati

temperatur selama proses aktivasi

berlangsung. 

3. Air pendingin dialirkan, kemudian

dilakukan pembakaran dengan

menggunakan minyak tanah yang disemprotkan. Mula-mula dengan api kemudian api

dibesarkan dengan jalan menambah bahan bakar dan menaikkan tekanan kompresor. 

4. Lakukan pengamatan terhadap kerja dari tungku aktivasi dengan mengamati kenaikan

temperatur. Temperatur selama proses sekitar 600°C apabila temperatur telah

mencapai 600°C dan juga terlihat pada ujung pendingin tidak adanya tar (cairan

berwarna coklat) yang keluar, ditandai dengan adanya gelembung air, maka

pembakaran dipertahankan selama 3 jam. Setelah waktu tersebut proses telah selesai. 

5. Api dimatikan dan tungku aktivasi (alat destilasi) dibiarkan masih tertutup dan sampai

dingin. Setelah dingin tungku dibuka dan arang yang telah diaktifkan dikeluarkan.

Lakukan penggilingan untuk mendapatkan partikel yang lebih halus, kemudian diayak

dan dikemas.

Proses Pembuatan Karbon Aktif Kulit Buah Mahoni.

1. Kulit buah mahoni dimasukan kedalam furnace dengan suhu 300ºC selama 30

menit. Setelah dingin, arang yang dihasilkan dihaluskan lolos 100 mesh kemudian

siap diaktivasi.

2. Dibuat larutan KOH (kalium hidroksida) dengan konsentrasi 1,2 dan 3 N.

3. Ditimbang arang karbon masing-masing 15 gram, kemudian direndam dalam

larutan KOH ( 1,2 dan 3 N ) dan diaduk dengan stirer magnetik. Pada perendaman

tiap-tiap konsentrasi KOH dengan variasi waktu masing-masing 1, 2 ,3 ,4 dan 5 jam.

4. Arang hasil rendaman ditiriskan dan dibiarkan pada temperatur kamar selama 2-3

hari.

5. Sampel yang sudah diperoleh diaktivasi yaitu dimasukkan pada reaktor Fluidized

Bed dengan pemanasan pada suhu 300ºC dan aliran CO2 20 ml/menit selama 1 jam.

6. Hasil karbon aktif disimpan dalam wadah plastik yang tertutup rapat kemudian

dilakukan analisis meliputi kadar air, berat jenis, daya serap larutan iodium, dan

analisis luas permukaan spesifik dengan BET.

REFERENSI

http://www.dekindo.com/content/teknologi/Pembuatan%20Arang%20Aktif%20-%20Dari%20Tempurung%20Kelapa.htm

http://eprints.undip.ac.id/10603/1/makalah_skripsi.pdf

http://isjd.pdii.lipi.go.id/admin/jurnal/4108288298.pdf

http://journal.uii.ac.id/index.php/Teknoin/article/viewFile/2075/1884

http://library.usu.ac.id/download/ft/industri-meilita.pdf

http://pangalajo.multiply.com/journal/item/19