Makalah Karbon Aktif

BAB I

PENDAHULUAN

Era industrialasi dan globalisasi memicu semua Negara untuk meningkatkan pertumbuhan industrinya, termaksuk Indonesia. Untuk mengejar ketinggalannya dalam beberapa sektor dari negara-negara lain, bangsa Indonesia dituntut untuk meningkatkan kuantitas dan kualitas serta keragaman produk dan jasanya. Sehingga diharapkan produk-produk yang dihasilkan mempunyai daya saing yang kuat didunia perdagangan internasional.

Sebagai salah satu Negara agraris, yang sangat memprioritaskan perkembangan industri agraris, Indonesia harus mampu memanfaatkan sumber daya alam yang ada, baik untuk menunjang produksi pertanian maupun pengolahan hasil beserta limbahnya. Sektor industri ini diharapkan mampu meningkatkan nilai ekonomi dari limbah-limbah yang dapat mengganggu kestabilan ekologi sehingga lebih berdayaguna. Salah satunya tempurung kelapa.

Tempurung kelapa merupakan limbah padat terbesar yang dihasilkan dari perkebunan kelapa. Karena kandungan karbon yang tinggi (48,8%) dan struktur pori yang dimilikinya, tempurung kelapa dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan karbon aktif. Perhatian terhadap karbon aktif semakin meningkat karena kemampuan penyerapan yang tinggi, sehingga banyak digunakan dalam berbagai industri antara lain untuk proses pemurnian cairan, penjernihan air dan untuk penyaringan gas-gas tertentu. Kemampuan penyerapan tersebut dipengaruhi oleh luas permukaan yang besar. Adapun standar mutu karbon aktif menurut standar industri Indonesia (SII No. 0258-79) dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 1.1 Standar mutu karbon aktif

Jenis Uji	Satuan	Persyaratan
Bagian yang hilang pada pemanasan 950°C	%	Maksimum 15
Air	%	Maksimum 10
Abu	%	Maksimum 2,5
Bagian yang tidak mengarang	%	Tidak ternyata
Daya serap terhadap larutan	%	Maksimum 20

(Sumber: Anonymous, 1999)

1.1  Sejarah Produksi Karbon Aktif

Penggunaan karbon aktif sebagai bahan penyerap dalam industri dimulai sejak abad ke 18. Karl Wilhem Scheele (1773), seorang ahli kimia Swedia adalah orang pertama yang menemukan penyerapan gas dengan karbon aktif. Pada tahun 1785, lovits berkebangsaan Rusia menemukan karbon aktif memiliki kemampuan sebagai bahan penyerap dengan cara mencelupkannya kedalam larutan asam tartarat sehingga terjadi pengurangan warna. Pada tahun 1900-1910, R.V Osterjko memperoleh dua hak paten dalam teknologi industri karbon aktif. Pada paten pertama menjelaskan teknologi pemanasan bahan karbon aktif dengan ZnCl₂ dan pada paten dua teknologi pemanasan bahan karbon dengan karbon dioksida dan steam. Pabrik karbon aktif pertama kali didirikan di Jerman Barat pada tahun 1909.

Karbon aktif pertama kali menjadi menonjol karena penggunaannya sebagai adsorben dalam topeng gas pada Perang Dunia I. Akan tetapi pengetahuan bahwa karbon hasil dekompresisi kayu dapat menyingkirkan bahan-bahan berwarna dan larutan sawah sudah ada sejak abad kelima belas. Namun penerapan pertama sifat ini secara komersial baru dilakukan pada tahun 1794, ketika arang kayu digunakan dalam sebuah pabrik gula di Inggris. Karbon aktif dapat dibagi atas dua golongan utama yang digunakan dalam adsorpsi gas dan uap, biasanya berbentuk bijian, dan yang digunakan untuk memurnikan zat cair, biasanya berbentuk serbuk.

1.2  Latar Belakang

Pemanfaatan buah kelapa umumnya hanya daging buahnya saja untuk dijadikan kopra, minyak dan santan untuk keperluan rumah tangga, sedangkan hasil sampingan lainnya seperti tempurung kelapa belum begitu banyak dimanfaatkan kebanyakan penduduk Indonesia masih banyak menganggap tempurung kelapa sebagai limbah, sehingga tidak dimanfaatkan. Penggunaan tempurung kelapa, sebagian kecil sebagai bahan bakar untuk keperluan rumah tangga, pengasapan kopra, dan lain-lain. Salah satu produk yang bernilai ekonomi yang dibuat dari tempurung kelapa adalah arang/karbon aktif. Pembuatan karbon aktif belum banyak dilakukan  padahal potensi bahan baku dan penggunaan karbon aktif ini serta potensi pasar cukup besar.

Karbon aktif/arang adalah arang yang diproses sedemikian rupa sehingga mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi terhadap bahan yang berbentuk larutan atau uap. Kebutuhan karbon aktif semakin meningkat dari tahun ke tahun dengan semakin banyaknya didirikan industri-industri kimia, terutama industri pemurnian minyak dan lemak.

1.3  Bahan Baku Karbon Aktif

Karbon aktif dapat dibuat dari bahan-bahan dasar yang mengandung karbon. Gergova dalam Mudjijati (1999) menyebutkan produk samping hasil pertanian seperti kulit kacang, biji anggur, kulit almond, biji apricot dapat dipakai sebagai bahan dasar karbon aktif karena kandungan karbonnya yang tinggi sedang kadar abunya rendah. Selain itu batu bara, gambut, kayu, dan batok kelapa juga banyak dipakai untuk pembuatan karbon aktif. Pollard dkk dalam Aik Chong Lua (1999) menyebutkan pada umumnya limbah-limbah padat yang mengandung karbon seperti kulit dari moringa oliefera, biji rose, serbuk gergaji, cangkang kelapa/kelapa sawit telah berhasil diolah menjadi karbon aktif.

1.4  Kegunaan Karbon Aktif

Saat ini, karbon aktif telah digunakan secara luas dalam industri kimia, makanan/minuman dan farmasi. Pada umumnya karbon aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan penjernih. Dalam jumlah kecil digunakan sebagai katalisator. Hampir 60% produk karbon aktif digunakan pada industri pangan dan non pangan. Penggunaan karbon aktif dalam industri pangan antara lain dalam proses pemurnian gula, minuman beralkohol, dan juga air minum serta pemurnian minyak. Fungsi karbon aktif pada industri minyak adalah untuk menghilangkan zat yang menimbulkan warna dan peroksida. Sedangkan penggunaan karbon aktif pada industrik non pangan adalah sebagai bahan pemurni zat-zat kimia dan farmasi, pemurnian hasil sintesa pelarut, dan sebagainya. Karbon aktif dapat juga digunakan sebagai bahan pemucat, penyerap logam, bahan organik dan sebagainya.

Dalam suatu industri baik yang menghasilkan bahan cair maupun gas, produknya akan mengandung zat-zat lain yang tidak dikehendaki. Adanya zat-zat lain tersebut menyebabkan kesukaran dalam proses selanjutnya dan menurunkan kualitas. Untuk menghilangkan zat lain tersebut dapat dilakukan pemurnian dengan menggunakan karbon aktif. Kegunaan karbon aktif dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 1.2 Kegunaan karbon aktif

Maksud/Tujuan	Pemakaian
1.     Untuk gas
a.       Pemurnian gas	Desulfurisasi, menghilangkan gas beracun, bau busuk, asap, penyerapan racun
b.      Pengolahan LNG	Desulfurasasi dan penyaringan berbagai bahan mentah dan reaksi gas
c.       Katalisator	Reaksi katalisator atau pengangkut vinil klorida, dan vinil asetat
d.      Lain-lain	Menghilangkan bau dalam kamar pendingin dan mobil
2.    Untuk zat cair
a.       Industri obat dan makanan	Menyaring dan menghilangkan warna, bau, rasa yang tidak enak pada makanan
b.      Minuman ringan dan minuman keras	Menghilangkan warna, bau pada arak/minuman keras dan minuman ringan
c.       Kimia perminyakan	Penyulingan bahan mentah, zat perantara
d.      Pembersih air	Menyaring/menghilangkan bau, warna, zat pencemar dalam air, sebagai pelindung dan penukaran resin dalam alat/penyulingan air
e.       Pembersih air buangan	Mengatur dan membersihkan air buangan dan pencemaran, warna, bau dan logam berat
f.       Penambakan udang dan benur	Pemurnian, menghilangkan bau dan warna.
g.      Pelarut yang digunakan kembali	Penarikan kembali berbagai pelarut, sisa metanol, etil asetat dan lain-lain.
3.    Lain-lain
a.       Pengolahan pulp	Pemurnian, dan menghilangkan bau
b.      Pengolahan pupuk	Pemurnian
c.       Pengolahan emas	Pemurnian
d.      Penyaringan minyak makan dan glukosa	Menghilangkan bau, warna, dan rasa tidak enak

(Sumber: Anonymous, 1999)

BAB II

PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

2.1   Bahan Baku dan Produk

Pada pembuatan karbon aktif ini akan digunakan tempurung kelapa sebagai bahan baku utama dan gas Nitrogen (N₂) sebagai gas pengaktif arang yang dihasilkan. Udara yang mengandung unsur O₂ akan dipakai sebagai pembakaran didalam reaktor.

2.2   Proses Pembuatan Karbon Aktif

Proses pembuatan karbon aktif dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu proses fisika (steam) dan proses kimia.

2.2.1 Proses Fisika

Pembuatan karbon aktif dengan proses fisika (steam) terdiri dari 3 tahap proses yaitu:

1.    Tahap granulasi

2.    Tahap karbonisasi

3.    Tahap aktifasi

Bahan karbon yang telah berbentuk butiran kemudian diekstruksi dengan cara mencampurkannya dengan “binding agent” yang akan membentuk campuran berupa pasta, campuran ini kemudian dilewatkan dalam nozzle. Pasta yang keluar nozzle dipotong-potong sehingga membentuk  butiran silinder yang seragam. Setelah proses ekstruksi selesai dilanjutkan dengan proses pengeringan. Proses ini berlangsung pada temperatur 200°C, tujuannya adalah untuk mengurangi kandungan air, mengurangi komponen-komponen binding agent dan akan memberi kekuatan mekanik pada bahan.

Karbonisasi dilakukan  pada temperatur 600-800°C. Proses karbonisasi sangat berarti pada sifat butiran karbon, seperti meningkatnya kekuatan mekanik dan pembentukan struktur poros. Setelah dilakukan karbonisasi selanjutnya bahan diaktifasi dengan gas-gas, seperti steam, CO₂, O₂ dan N₂. Proses yang terjadi disini adalah proses oksidasi yaitu:

C (s) + H₂O (l) → CO₂ (g) + H₂ (g)

Aktifasi dengan steam dilakukan pada temperatur 700-1000°C (Jankowska, 1991)

2.2.2   Proses Kimia

Pada proses kimia bahan karbon diolah menjadi karbon aktif dengan adanya pengaruh reagent pengaktif (bahan kimia) pada temperatur tinggi. Pada proses ini fase pengarangan dan fase pengaktifan berlangsung dalam satu tahap. Bahan yang telah digiling direndam dalam larutan pengaktif selama 12 sampai dengan 24 jam, setelah ditiriskan kemudian diarangkan. Dengan adanya pemanasan pada suhu tinggi diharapkan bahan aktif dapat masuk diantara pelat-pelat heksagonal yang terapat karena tiap atom mempunyai bilangan koordinasi tiga dan ikatan antar lapisan lemah sehingga terjadi interaksi lapisan karbon.

Untuk pengaktifan dengan garam mineral sebaiknya pengarangan dilakukan pada suhu 500 sampai dengan 700°C menyebabkan ukuran pelat heksagonal semakin bertambah lebar. Bahan-bahan pengaktif yang baik adalah ZnCl₂, CaCl₂,Ca(OH)₂, MnCl₂, dan KCl. Disamping itu dipakai juga asam-asam seperti H2SO₄, H₃PO₄, dan basa seperti NaOH. (Cheremisinoff, 1980)

2.3   Uraian Proses

Dari penggabungan kedua proses tersebut maka kekurangan yang ada baik dari proses kimia maupun proses fisika bisa saling ditutupi. Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap:

1.    Tahap persiapan bahan baku, meliputi penghancuran, pengayakan, dan pengeringan

2.    Tahap karbonisasi dan aktifasi

3.    Tahap pemurnian

Tempurung kelapa yang akan diimpregnasi dihancurkan dengan law crusher hingga berukuran 6-16 mesh. Selanjutnya bahan diayak dengan vibrating sreen, tempurung kelapa yang lolos ayak kemudian dikirim ketangki  impregnasi dengan belt conveyor, sedangkan yang tidak lolos ayak dikembalikan kedalam crusher. Dalam tangki impregnasi ini tempurung kelapa dicampur dengan larutan ZnCl₂ pada temperatur normal. Perbandingan tempurung kelapa dengan larutan ZnCl₂ adalah 1 : 4 (%berat). Larutan akan merusak struktur asli selulosa tempurung kelapa, sehingga tempurung kelapa mudah dikarbonisasi. Pada saat karbonisasi ZnCl₂ akan menyebabkan atom-atom H dan O dari bahan karbon terurai menjadi air, senyawa hidrokarbon atau sebagai senyawa oksida yang lain. Selain itu ZnCl₂ dapat membatasi terbentuknya senyawa tar dan fase- fase liquid pada saat karbonisasi. Tahap selanjutnya adalah bahan karbon dikeringkan dengan Rotary Drier sehingga kadar air tempurung kelapa 12,5%.

Bahan karbon yang telah diimpregnasi dan dikeringkan, dikarbonisasi dalam fluid bed pada temperatur 650- 850^oC. Tempertur ini dijaga dengan pengontrolan pembakaran gas-gas dalam furnace. Pada tahap aktifasi temperatur bed dijaga 850-950^oC dengan mengalirkan campuran steam dan udara sehingga bahan karbon terfluidisasi.

Setelah tahap aktifasi bahan karbon dicuci dengan air panas untuk menghilangkan endapan residual ZnCl₂ yang terbentuk. Setelah itu karbon aktif dikeringkan, hingga kadar air 2,2%. Setelah pengeringan bahan karbon aktif disimpan dalam storage dan siap untuk dilakukan pengepakan. Pengepakan dilakukan dalam bentuk drum dan untuk karbon aktif tetap dalam keadaan kering terlebih dahulu dibungkus dengan polyetilen.

Selama karbonisasi tarry vapour, ash dan gas-gas yang dihasilkan dikondensaikan dalam kondensor untuk memisahkan air dan tar dari aliran gas. Untuk selanjutnya gas disimpan dalam gas holder yang digunakan sebagai bahan bakar dalam furnace, sedangkan tar disimpan dalam tangki penyimpanan. Tar mengandung  60-70% campuran fenol dan asam asetat yang dapat digunakan sebagai bahan tambahan dalam industri insektisida, bakterisida, industri cat dan industri bahan kimia.

Block diagram proses pembuatan karbon aktif:

STORAGE TEMPURUNG KELAPA

DRIER

CRUSHER

                                            

           

BOILER

KARBONISASI DAN AKTIFASI

STORAGE KARBON AKTIF

DRIER

 

BAB III

PERMASALAHAN

3.1 Fluidized Bed Oven Reaktor

            Pada industri karbon aktif alat utama yang digunakan yaitu Fluidized Bed Oven Reaktor. Alat ini berfungsi untuk tempat karbonisasi dan aktifasi dari tempurung kelapa yang menjadi karbon aktif.

Reaktor Fluidized Bed Oven ini berbentuk silinder tegak dengan tutup atas berbentuk datar dan tutup bawah berbentuk toriconical dilengkapi dengan jaket pendingin sebagai ganti dari isolasi pada setengah keatas dari reaktor. Media pendingin dalam jaket adalah air pada 30°C dan 1 atm.

BAB IV

KESIMPULAN

Berdasarkan dari penjelasan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa:

1.    Karbon aktif dapat dibagi atas dua golongan utama yang digunakan dalam adsorpsi gas dan uap, biasanya berbentuk bijian, dan yang digunakan untuk memurnikan zat cair, biasanya berbentuk serbuk.

2.    Proses pembuatan karbon aktif dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu proses fisika (steam) dan proses kimia.

3.    Pada umumnya karbon aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan penjernih.

4.    Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap:

a.       Tahap persiapan bahan baku, meliputi penghancuran, pengayakan, dan pengeringan

b.      Tahap karbonisasi dan aktifasi

c.       Tahap pemurnian

DAFTAR PUSTAKA

Iskandar.2001.Prarencana Pabrik Karbon Aktif dari Tempurung Kelapa.Universitas Malikussaleh: Lhokseumawe.

Chereminisinoff, P.N. dan F. Ellerbusch.1978.Carbon Adsorpstion Hand Book.Ann Arbor Sci. Publ, Ann Arber.

Yehaskel, A.1978.Activated Carbon.Noyes, Park Ridge, N.J.

Share this post