Kata
arang atau karbon berasal dari bahasa latin “carbo” yang berarti arang. Permukaan arang mempunyai sifat mampu
menarik zat lain yang sejenis atau senyawa lain yang mengandung karbon. Kemampuan arang menyerap zat-zat organik
sangat bergantung pada luas permukaan pori-porinya. Semakin luas permukaan
pori-pori, semakin tinggi daya serapnya (Toyoda, 2002). 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 aktivasi dengan aktifator 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 (Rojikhi, 2012).
Arang
aktif merupakan senyawa karbon
amorf, 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 (Rojikhi,2012).
Arang umumnya mempunyai daya adsorpsi yang rendah dan daya adsorpsi itu dapat
diperbesar dengan cara mengaktifkan arang menggunakan uap atau bahan kimia (Wahjuni,
2008). 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 (Rojikhi, 2012).
Karbon
aktif yaitu karbon dengan struktur amorphous atau mikrokristalin yang dengan perlakuan
khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar antara 300-2000 m2/gram.
Pada dasarnya ada dua jenis karbon aktif yaitu karbon aktif bentuk granular dan
bentuk serbuk. Karbon aktif bentuk
granular biasanya digunakan sebagai adsorben gas sedangkan karbon aktif bentuk
serbuk biasanya digunakan untuk adsorben suatu cairan. Karbon aktif bentuk
granular mempunyai diameter pori berkisar
antara 10-200 Ao dan biasanya terbuat dari tempurung kelapa, tulang,
batu bata atau dari bahan baku yang mempunyai struktur keras. Karbon aktif
bentuk serbuk mempunyai diameter pori
mencapai 1000 Ao dan biasanya terbuat dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang
mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur
yang lemah (Rojikhi, 2012).
Karbon aktif mengandung
elemen-elemen yang terikat secara kimia, seperti oksigen dan hidrogen.
Elemen-elemen ini dapat
berasal dari bahan
baku yang tertinggal
akibat tidak sempurnanya proses karbonisasi, atau pula dapat
terikat secara kimia pada proses aktivasi. Demikian pula adanya kandungan abu yang bukan bagian organik dari produk.
Untuk tiap tiap jenis karbon aktif
kandungan abu dan komposisinya ada bermacam-macam. Adsorpsi elektrolit dan
non elektrolit dari larutan dari karbon aktif juga dipengaruhi oleh adanya
sejumlah kecil abu. Adanya oksigen dan
hidrogen mempunyai pengaruh besar pada sifat-sifat karbon aktif. Elemen-elemen ini berkombinasi dengan atom-atom karbon
membentuk gugus-gugus fungsional tertentu (Rojikhi, 2012).
Pengujian mutu arang aktif sangat diperlukan
untuk mengetahui kemampuan arang aktif agar dapat berfungsi sebagaimana mestinya.
Pengujian mutu arang aktif meliputi: penentuan bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC,
penentuan kadar air, penentuan kadar abu dan daya serap terhadap larutan I2.
Menurut SNI, karbon aktif yang baik
mempunyai persyaratan yang tercantum pada tabel berikut ini :
Tabel
1. Persyaratan Karbon Aktif (SNI
06-3730-95)
|
Jenis
|
Persyaratan
|
|
Bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC
|
Maksimum 15%
|
|
Kadar air
|
Maksimum 15%
|
|
Kadar abu
|
Maksimum 10%
|
|
Bagian yang tidak diperarang
|
Tidak nyata
|
|
Daya serap terhadap larutan I2
|
Maksimum 20%
|
Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan
hal yang paling penting dalam karbon aktif.
Ukuran partikel karbon aktif
mempengaruhi proses kecepatan
adsorpsi, tetapi tidak mempengaruhi kapasitas adsorpsi yang berhubungan dengan
luas permukaan karbon. Jadi
kecepatan adsorpsi yang menggunakan powder activated carbon (PAC) lebih besar dari pada granular activated
carbon (GAC). Luas permukaan total mempengaruhi kapasitas adsorpsi total sehingga meningkatkan
efektivitas karbon aktif dalam
menyisihkan senyawa organik dalam air buangan (Rojikhi, 2012).
Struktur pori
adalah faktor utama
dalam proses adsorpsi.
Distribusi ukuran pori menentukan distribusi molekul yang masuk
dalam partikel karbon untuk diadsorp. Molekul yang berukuran besar
dapat menutup jalan
masuk ke dalam
mikropori sehingga membuat
area permukaan yang tersedia untuk mengadsorpsi menjadi sia-sia. Karena
bentuk molekul yang tidak beraturan dan pergerakan molekul yang konstan,
pada umumnya molekul yang lebih kecil menembus kapiler yang ukurannya lebih kecil juga (Rojikhi, 2012).
Karbon aktif sering
digunakan untuk mengurangi kontaminan organik dan partikel kimia organik, tetapi karbon aktif juga
efektif untuk mengurangi kontaminan inorganik seperti radon-222, merkuri, dan logam beracun lainnya. Karbon
aktif terdiri dari berbagai mineral yang dibedakan berdasarkan kemampuan adsorpsi (daya serap) dan
karakteristiknya (Rojikhi, 2012). Arang
aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon dalam jumlah cukup banyak,
di antaranya adalah tempurung kelapa, cangkang kelapa sawit, serbuk gergaji,
ampas tebu, tongkol jagung, sekam padi, gambut, kayu, ubi kayu,batubara, dan
tulang (Subiarto, 2000).
Karbon aktif dapat digunakan sebagai
bahan pemucat, adsorpsi gas, adsorpsi logam, menghilangkan polutan mikro misalnya zat
organik, detergen, bau, senyawa phenol dan lain sebagainya. Pada pori-pori arang aktif ini
terjadi proses adsorpsi, yaitu proses penyerapan zat-zat yang
akan dihilangkan oleh permukaan karbon aktif. Apabila seluruh permukaan karbon
aktif sudah
jenuh, atau sudah tidak mampu lagi menyerap maka kualitas air yang disaring
sudah tidak baik lagi,
sehingga karbon aktif harus diganti dengan karbon aktif yang baru (Rojikhi, 2012).
Saat ini, karbon aktif telah digunakan secara
luas dalam industri kimia makanan atau minuman, dan farmasi. Pada umumnya karbon
aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan penjernih serta sebagai katalisator
dalam jumlah kecil (Rojikhi,
2012).
Arang Aktif
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 aktif
faktor 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.( meilita dan tuti.2003)
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. 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
1000A0, 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 serbuk serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas
atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang
lemah.( (Toyoda, 2002)
Arang aktif sebagai penyerap uap,
biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori
berkisar antara 10-200 A0 , 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.
Sehubungan dengan bahan baku yang
digunakan dalam pembuatan arang aktif untuk masing- masing tipe, pernyataan
diatas bukan merupakan suatu keharusan. Karena ada arang aktif sebagai pemucat
diperoleh dari bahan yang mempunyai densitas besar, seperti tulang. Arang
tulang tersebut, dibuat dalam bentuk granular dan digunakan sebagai pemucat
larutan gula. Demikian juga dengan arang aktif yang digunakan sebagai penyerap
uap dapat diperoleh dari bahan yang mempunyai densitas kecil, seperti serbuk
gergaji. ( meilita dan tuti.2003)
Arang aktif terbagi
atas 2 tipe yaitu arang aktif sebagai pemucat dan arang aktif sebagai penyerap
uap. 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.
Adapun penggunaan arang aktif secara umum dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2 Penggunaan Arang Aktif
|
No
|
PEMAKAI
|
KEGUNAAN
|
JENIS/MESH
|
|
1
|
Industri
obat dan makanan
|
Menyaring,
penghilangan bau
dan rasa
|
8x30,325
|
|
2
|
Minuman
keras dan Ringan
|
Pengilangan
warna, bau pada
Minuman
|
4x8,4x12
|
|
3
|
Kimia
perminyakan
|
Penyulingan
bahan mentah
|
4x8,4x12,8x30
|
|
4
|
Pembersih
air
|
Penghilangan warna,
bau
penghilangan
resin
|
|
|
5
|
Budi
daya udang
|
Permurnian, penghilangan
ammonia,
netrite phenol dan
logam
berat
|
4x8,4x12
|
|
6
|
Industri gula
|
Penghilangan zat-zat
warna,
menyerap proses
penyaringan menjadi
lebih
sempurna
|
4x8,
4x12
|
|
7
|
Pelarut yang
digunakan
Kembali
|
Penarikan kembali
berbagai
Pelarut
|
4x8,4x12,8x30
|
|
8
|
Pemurnian
gas
|
Menghilangkan sulfur,
gas
beracun,
bau busuk asap
|
4x8,
4x12
|
|
9
|
Katalisator
|
Reaksi katalisator
pengangkut vinil
chloride,
vinil acetat
|
4x8,
4x30
|
|
10
|
Pengolahan
Pupuk
|
Pemurnian,
penghilangan bau
|
8x30
|
Secara umum pembuatan
arang aktif berlangsung tiga tahap yaitu proses dehidrasi, proses karbonisasi
dan proses aktifasi (Irianty, 2010).
1.
Proses
Dehidrasi
Proses ini dilakukan
dengan memanaskan bahan baku sampai suhu 105oC selama 24 jam dengan
tujuan untuk menguapkan seluruh kandungan air pada bahan baku.
2.
Proses
Karbonisasi
Proses karbonisasi
adalah peristiwa yang harus dilalui dalam pembuatan arang aktif. Bahan baku
yang mengandung karbon didekomposisi termal untuk memisahkan bahan non karbon
yang terperangkap dalam bahan baku, sehingga sebagian besar yang tersisa dari
bahan adalah karbon. Proses karbonisasi ini dilakukan pada suhu 450-750 oC.
Selain bahan non karbon, sebagian karbon akan ikut menguap karena bahan non
karbon terikat pada rantai karbon, yaitu berupa CO, CO2, maupun
hidrokarbon ringan yang berupa gas.
3.
Proses
Aktifasi
Aktifasi adalah suatu
perubahan fisika dimana permukaan karbon aktif menjadi jauh lebih banyak karena
hidrokarbon yang terkandung dalam karbon disingkirkan. Untuk memperoleh arang
yang berpori, dan luas permukaan yang besar dapat diperoleh dengan cara
mengaktifasi bahan. Ada dua cara dalam melakukan proses aktifasi yaitu:
a. Aktifasi Fisika
Aktifasi fisika
melibatkan aktifator seperti uap air dan CO2. Proses aktifasi
dilakukan dengan mengalirkan aktifator
dalam reaktor pada suhu tinggi. Aktifasi dengan uap air dilakukan pada suhu 750-900oC
dan aktifasi dengan CO2 dilakukan pada suhu 850-1100oC.
Namun aktifasi dengan CO2 jarang dilakukan karena reaksi yang
terjadi adalah reaksi eksotermis sehingga lebih sulit dikontrol (Supranto,
2005). Proses ini harus mengontrol suhu, lama waktu aktifasi dan laju alir
aktifator sehingga dihasilkan karbon aktif dengan susunan karbon yang padat dan
pori yang luas.
b. Aktifasi Kimia
Metode ini dilakukan
dengan cara merendam bahan baku pada bahan kimia seperti HCl, HNO3,
H3PO4, CN, Ca(OH)2, CaCl2, Ca(PO4)2,
NaOH, KOH, Na2SO4, SO2, ZnCl2, dan
Na2CO3 sebelum proses karbonisasi. Metode aktifasi kimia
juga dapat dilakukan dengan merendam bahan baku yang telah dikarbonisasi.
Sifat
karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa
faktor yang mempengaruhi
daya serap dari karbon aktif, yaitu: (Irianty, 2010)
1. Sifat
Adsorben
Karbon aktif yang merupakan adsorben adalah
suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan
masing- masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan karbon aktif bersifat non polar. Selain
komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan
faktor yang penting
diperhatikan. Struktur pori berhubungan
dengan luas permukaan,
semakin kecil pori- pori karbon aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin
besar. Dengan
demikian kecepatan adsorpsi
bertambah. Untuk meningkatkan
kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan karbon aktif yang
telah dihaluskan. Jumlah atau dosis karbon aktif yang digunakan, juga
diperhatikan.
2. Sifat
Adsorpsi
Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh
karbon aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing
senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul adsorpsi
dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi
oleh gugus fungsi,posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur
rantai dari senyawa yang akan diadsorpsi.
3.
Temperatur
Dalam pemakaian karbon aktif dianjurkan
untuk menyelidiki temperatur pada saat berlangsungnya proses. Karena tidak ada
peraturan umum yang biasanya diberikan mengenai temperatur
yang digunakan dalam
adsorpsi. Faktor yang
mempengaruhi temperatur proses adsoprsi
adalah viskositas dan
stabilitas termal senyawa
serapan. Jika pemanasan
tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa yang akan diadsorpsi, seperti terjadi
perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya.
Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila
memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil.
4. Derajat Keasaman (pH)
Untuk
asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan
asam-asam mineral. Hal ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi
ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu
dengan menambahkan alkali,
adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.
5. Waktu Kontak
Bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu
cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan
berbanding terbalik dengan jumlah yang digunakan. Waktu yang dibutuhkan
ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu
kontak. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel karbon
aktif untuk
bersinggungan dengan senyawa yang akan diadsorpsi. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu kontak
yang lebih lama (Rojikhi, 2012).
Struktur
pori adalah faktor
utama dalam proses
adsorpsi. Distribusi ukuran
pori menentukan distribusi molekul yang masuk dalam partikel karbon untuk
diadsorpsi. Molekul yang berukuran
besar dapat menutup
jalan masuk ke
dalam mikropori sehingga
membuat area permukaan yang
tersedia untuk mengadsorpsi menjadi sia-sia. Karena bentuk molekul yang tidak beraturan
dan pergerakan molekul yang konstan, pada umumnya molekul yang lebih besar
dapat menembus kapiler yang
ukurannya lebih kecil juga (Rojikhi, 2012).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar