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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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)
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
SSA – 3 3 jam - N2 dan O2
N2 = 80 ml/menit
O2 = 10 ml/menit
SSA – 6 6 jam - N2 dan O2
N2 = 80 ml/menit
O2 = 10 ml/menit
SSB – 1 - 1 jam O2 O2 = 10 ml/menit
SSB – 3 - 3 jam O2 O2 = 10 ml/menit
SSB – 6 - 6 jam O2 O2 = 10 ml/menit
SSC – 1 - 1 jam O2 O2 = 50 ml/menit
SSC – 3 - 3 jam O2 O2 = 50 ml/menit
SSC – 6 - 6 jam O2 O2 = 50 ml/menit
SSD – 1 - 1 jam O2 O2 = 100 ml/menit
SSD – 3 - 3 jam O2 O2 = 100 ml/menit
SSD – 6 - 6 jam O2 O2 = 100 ml/menit
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
SAMPEL LAMA AKTIVASI
(menit)
BURN OFF
(%)
SSA-3 180 32,28
SSB-3 180 33,38
SSC-3 180 34,18
SSD-3 180 42.4
Tabel 4.5 Burn Off selama 6 jam.
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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)
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
SSA – 3 3 jam - N2 dan O2
N2 = 80 ml/menit
O2 = 10 ml/menit
SSA – 6 6 jam - N2 dan O2
N2 = 80 ml/menit
O2 = 10 ml/menit
SSB – 1 - 1 jam O2 O2 = 10 ml/menit
SSB – 3 - 3 jam O2 O2 = 10 ml/menit
SSB – 6 - 6 jam O2 O2 = 10 ml/menit
SSC – 1 - 1 jam O2 O2 = 50 ml/menit
SSC – 3 - 3 jam O2 O2 = 50 ml/menit
SSC – 6 - 6 jam O2 O2 = 50 ml/menit
SSD – 1 - 1 jam O2 O2 = 100 ml/menit
SSD – 3 - 3 jam O2 O2 = 100 ml/menit
SSD – 6 - 6 jam O2 O2 = 100 ml/menit
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
SAMPEL LAMA AKTIVASI
(menit)
BURN OFF
(%)
SSA-3 180 32,28
SSB-3 180 33,38
SSC-3 180 34,18
SSD-3 180 42.4
Tabel 4.5 Burn Off selama 6 jam.
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Univ
ers
itas Indonesia
Tab
el 4.8 D
ata Daya, K
enaikan
Tem
peratur dan
Wak
tu untuk sam
pai pad
a temperature 3000C 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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Univ
ers
itas Indonesia
Tab
el 4.9 D
ata Daya, K
enaikan
Tem
peratur dan
Wak
tu untuk sam
pai pad
a temperature 3000C 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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Univ
ers
itas Indonesia
Tab
el 4.10 D
ata Daya, K
enaikan
Tem
peratur dan
Wak
tu untuk sam
pai pad
a temperature 3000C 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
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Universitas Indonesia
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.
Preparasi karbon aktif..., Anthonyus Chrisman, FT UI, 2008
Top Related