PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI BATUBARA DENGAN AKTIVATOR NaOH

I. Tujuan PercobaanSetelah melakukan percobaan maka mampua. Membuat karbon aktif batubara dengan proses karbonisasib. Mengetahui pengaruh macam-macam aktivatorc. Mengetahui pengaruh ukuran partikel batubara terhadap karbon aktif

II. Alat dan Bahan1. Alat yang digunakan Jaw Crusher Ball Mill Ayakan Tailer Furnace Neraca Analitik Pipet ukur + Bola karet Oven Erlenmeyer Gelas Kimia Desikator Kaca Arloji Spatula Cawan Silika Buret Labu Takar

2. Bahan yang digunakan Barubara lignit Larutan NaOH Larutan CH3COOH

III. Dasar Teori

Batubara muda (lignit) memiliki kandungan karbon dan energi yang rendah kadar air, zat volatil dan mineral anorganik yang tinggi sehingga pemanfaatannya sebagai sumber energi menjadi tidak menguntungkan, sebagian energi yang dihasilkan dipakai menguapkan air dan mengurangi energi bersih yang diperoleh. Mencari alternatif pemanfaatan lignit yang melimpah di alam perlu dilakukan. Salah satunya pemanfaatan lignit adalah sebagai absorben karbon aktif pada pengolahan limbah.Indonesia termasuk negara dengan sumber tambang batu bara terbesar di dunia. Cadangannya diperkirakan 36,3 milyar ton. Hanya saja 50-85 persennya berkualitas rendah. Ini dilihat dari nilai kalori pembakarannya yang rendah, dan kadar sulfur serta airnya yang tergolong tinggi. Karena itu, batu bara muda yang disebut juga batu bara lignit atau batu bara cokelat tidak ekonomis dimanfaatkan sebagai bahan bakar.Bila sumber energi ini dibawa ke lokasi yang jauh dari areal tambang, maka biaya transportasinya menjadi mahal. Karena ongkos angkut itu sebenarnya dikeluarkan untuk membawa air dan abu yang nantinya harus dibuang dalam proses pemanfaatan batu bara.Ketika dibakar, banyak energi yang terbuang untuk menguapkan air, sedangkan nilai kalori yang diperoleh relatif rendah. Selain itu, kandungan sulfur yang tinggi akan menjadi gas pencemar. Kualitas batubara adalah sifat kimia dan fisika dari batubara yang mempengaruhi potensi penggunanya. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral dan mineral matter penyusunnya serta oleh derajat coalification.Analisis proksimat untuk menentukan jumlah air (moisture), zat terbang (voaltile matter), karbon padat (fixed carbon) dan kadar abu (ash). Sedangkan analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : Karbon, Hidrogen, Oksigen , Nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur karbon.

Tabel Data dan Kualitas BatubaraParameter KualitasBasisPersentase (%)Nilai Kalor (Kkal/Kg)

Total MoistureAr2,93 31,3-

Inherent MoistureAdb14,5 16,8-

AshAdb4,3 4,5-

Vollatile MatterAdb40,7 42,4-

Fixed CarbonAdb41,2 45,3-

Total SulfurAdb0,20 0,9-

Calorific ValueAdb-5300 - 5900

Karbon Aktif Karbon atau arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Dengan pengolahan tertentu yaitu proses aktivasi seperti perlakuan dengan tekanan dan suhu tinggi, dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki permukaan dalam yang luas.Karbon aktif yang berasal dari serbuk gergaji dan lignite mempunyai struktur yang rapuh dan berbentuk bubuk. Sedangkan carbon aktif yang berbentuk granule, keras, dan dipakai sebagai pengadsorb vapor biasanya berasal dari tempurung kelapa, biji buah-buahan, atau briket batubara. Setelah karbon aktif terpakai dan telah jenuh (dengan vapor atau warna), maka zat-zat penyebab jenuh tersebut dapat disteaming, dikondensasi, direcovery (bila diperlukan), dan dihilangkan (bila tidak diinginkan), sehingga karbon aktif siap digunakan kembali. Perlakuan ini disebut regenerasi.Karbon 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 karbon tersebut dilakukan aktifasi dengan bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, karbon akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m2, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Dalam waktu 60 jam biasanya karbon aktif tersebut manjadi jenuh dan tidak aktif lagi.. Reaktifasi karbon aktif sangat tergantung dari metode aktivasi.Karbon aktif tersedia dalam berbagai bentuk misalnya gravel, pelet (0.8-5 mm) lembaran fiber, bubuk (PAC : powder active carbon, .18 mm atau US mesh 80) dan butiran-butiran kecil (GAC : Granular Active carbon, 0.2-5 mm) dsb. Secara umum proses pembuatan arang aktif dapat dibagi dua yaitu:1. Proses Kimia.Bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu, kemudian dibuat padat. Selanjutnya padatan 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 FisikaBahan baku terlebih dahulu dibuat arang. Selanjutnya arang tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktifasi dengan cara pemanasan pada temperatur 1000 C yang disertai pengaliran uap. Proses fisika banyak digunakan dalam aktifasi arang antara lain :1. 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.2. Destilasi kering: merupakan suatu proses penguraian suatu bahan akibat adanya pemanasan pada temperatur tinggi dalam keadaan sedikit maupun tanpa udara. Hasil yang diperoleh berupa residu yaitu arang dan destilat yang terdiri dari campuran metanol dan asam asetat. Residu yang dihasilkan bukan merupakan karbon murni, tetapi masih mengandung abu dan ter. Hasil yang diperoleh seperti metanol, asam asetat dan arang tergantung pada bahan baku yang digunakan dan metoda destilasi. Diharapkan daya serap arang aktif yang dihasilkan 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.Namun secara umum dan sederhana proses pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap yaitu:1. Dehidrasi : proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 C.2. Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas 170C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada suhu 275C, dekomposisi menghasilkan ter, metanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 600 0C3. Aktifasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktifator.Proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan 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 sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi.

Metoda aktifasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah:1. Aktifasi Kimia.Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Aktifator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti: hidroksida logam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl2, asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H3PO4.2. Aktifasi Fisika.Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO2. Umumnya arang dipanaskan didalam tanur pada temperatur 800-900C. 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.Karbon aktif terbagi atas 2 tipe yaitu arang aktif sebagai pemucat dan arang aktif sebagai penyerap uap.1. Arang aktif sebagai pemucat.Biasanya berbentuk serbuk yang sangat halus dengan diameter pori mencapai 1000 A0 yang digunakan dalam fase cair. Umumnya berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan dan membebaskan pelarut dari zat zat penganggu dan kegunaan yang lainnya pada industri kimia dan industri baru. Arang aktif ini diperoleh dari serbuk serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah.

2. Arang aktif sebagai penyerap uap.Biasanya berbentuk granula atau pellet yang sangat keras dengan diameter pori berkisar antara 10-200 A0. Tipe porinya lebih halus dan digunakan dalam fase gas yang berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut atau katalis pada pemisahan dan pemurnian gas. Umumnya arang ini dapat diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau 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.

IV. Prosedur Kerja

a. Tahap persiapan bahan baku1. Lakukan proses grinding untuk memperkecil ukuran batubara2. Lakukan proses sieving untuk memperoleh ukuran batubara sesuai kebutuhan

b. Proses Karbonisasi1. Menyiapkan sampel batubara lignit yang telah di grinding dan sieving2. Menyiapkan lembar kerja untuk pengisian data3. Mengatur suhu furnace pada suhu 3000C4. Menimbang cawan kosong dan tutup pada neraca analitik (W1)5. Menimbang sampel sebanyak 9 gr6. Menimbang cawan yang berisi sampel beserta tutupnya (W2)7. Menimbang cawan yang berisi sampel beserta tutupnya ke dalam furnace bersuhu 3000C selama 10 menit8. Memasukkan cawan berisi residu beserta tutupnya ke dalam desikator9. Menimbang cawan berisi residu berserta tutupnya (W3)10. Mnegulangi proses ini sampai diperoleh jumlah produk yang diinginkan

c. Proses aktivasi tanpa karbonisasi1. Menyiapkan sampel seberat 10 gr ke dalam erlenmeyer2. Memipet 50 mL larutan NaOH 2M dan 3M ke dalam erlenmeyer lalu rendam selama 3 jam3. Menyaring sampel menggunakan kertas saring dan mencuci cokenya dengan aquadest4. Mengeringkan dalan oven bersuhu 1100C sampai sampel benar-benar kering

d. Proses aktivasi dengan karbonisasi1. Menyiapkan sampel sebanyak 1 gr ke dalam erlenmeyer2. Memipet 50 mL larutan NaOH 2M dan 3M ke dalam erlenmeyer lalu merendamnya selama 3 jam3. Menyaring sampel dengan kertas saring dan mencuci cokenyadengan aquadest4. Mengeringkan di dalam oven bersuhu 1100C sampel sampelnya benar-benar kering.e. Proses Adsorbsi1. Menyiapkan 5 buah erlenmeyer2. Memasukkan masing-masing 0,5 gr karbon aktif, sebelumnya dipanaskan 15 menit pada suhu 600C3. Pada tiap erlenmeyer memasukkan 50 mL asam asetat untuk masing-masing komponen4. Mengocok campuran tersebut dengan 10 menit kemudian mendiamkannya selama 1 jam5. Mengocok lagi selama 1 menit6. Menyaring larutan tersebut dengan kertas saring, kemudian mengukur volume filtratnya7. Mentitrasi filtrat dengan larutan NaOH 0,2 N (boleh alikot saja, misalnya 10 ml) dan menambahkan indikator phenolphtalin (PP) sampai terjadi perubahan warna .

VII. Analisa PercobaanPercobaan ini adalah pembuatan karbon aktif dengan aktivator NaOH. Sampel karbon aktif yang digunakan berupa batubara yang telah dilakukan pengecilan ukuran yaitu -60 mesh +170 mesh, -170 mesh +200 mesh dan -200 mesh. Karbon aktif merupakan bahan yang berupa karobon bebas yang masing-masing berikatan secara kovalen atau arang yang telah dibuat dan diolah secara khusus melalui 3 tahapan yaitu Dehidrasi, Karbonisasi dan Aktivasi. Dehidrasi merupakan proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 1100C . Karbonisasi adalah suatu proses dimana unsur oksigen dan hidrogen dihilangkan dari karbon dan akan menghasilkan rangka karbon yang memiliki struktur tertentu, dengan temperatur 3000C. Pada proses karbonisasi diperoleh % Kehilangan atau % Losses dari masing-masing ukuran yaitu untuk -60 mesh +170 mesh % Losses = 10,48 %, ukuran -170 mesh +200 mesh % Losses = 9,04 %, dan ukuran -200 mesh = 8,49 %. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa semakin kecil ukuran partikel bahan yang dikarbonisasi maka semakin kecil juga % Losses-nya.Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap bahan yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga bahan mengalimi perubahan fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorbsi. Aktivator yang digunakan pada percobaan ini adalah NaOHdengan konsentrasi masing-masing yaitu 1M, 2M dan 3M. Pada proses aktivasi diperoleh % Losses dari masing-masing perlakuan yaitu pada aktivasi tanpa karbonisasi dengan konsentrasi aktivator NaOH 1M yaitu ukuran -60 mesh +170 mesh % Losses = 24,08 %, ukuran -170 mesh +200 mesh % Losses = 32,6 %, dan ukuran -200 mesh = 50,8 %. Untuk konsentrasi aktivator NaOH 2M yaitu ukuran -60 mesh +170 mesh % Losses = 20,36 %, ukuran -170 mesh +200 mesh % Losses = 18,84 %, dan ukuran -200 mesh = 23,34 % dan untuk konsentrasi aktivator NaOH 3M yaitu ukuran -60 mesh +170 mesh % Losses = 15,6 %, ukuran -170 mesh +200 mesh % Losses = 23,58 %, dan ukuran -200 mesh = 27,21 %. Sedangkan pada proses aktivasi dengan karbonisasi % Losses yang didapatkan dari masing-masing perlakuan yaitu konsentrasi aktivator NaOH 1M yaitu ukuran -60 mesh +170 mesh % Losses = 22,76 %, ukuran -170 mesh +200 mesh % Losses = 29,24 %, dan ukuran -200 mesh = 32,56 %. Untuk konsentrasi aktivator NaOH 2M yaitu ukuran -60 mesh +170 mesh % Losses = 16,26 %, ukuran -170 mesh +200 mesh % Losses = 17,40 %, dan ukuran -200 mesh = 19,04 % dan untuk konsentrasi aktivator NaOH 3M yaitu ukuran -60 mesh +170 mesh % Losses = 21,11 %, ukuran -170 mesh +200 mesh % Losses = 26,97 %, dan ukuran -200 mesh = 14,07 %. Pada proses aktivasi ini % Losses yang dihasilkan dari berbagai perlakuan cukuplah besar hal ini dikarenakan pada proses penyaringan masih terdapat sampel yang tertinggal pada kertas saring maupun pada erlenmeyer.Langkah selanjutnya adalah analisa karbon aktif yaitu adsorbsi Isoterm Freunlich dengan adsorbat yaitu asam asetat ( CH3COOH) dan NaOH sebagai titran. Adsorbat asam asetat dibuat dengan berbagai konsentrasi yaitu 1N, 0,8 N, 0,6 N dan 0,4 N, kemudian memasukkan 0,5 gr karbon aktif pada masing-masing konsentrasi, mencampurkannya dan mendiamkannya selama 1 jam. Selanjutnya menyaring campuran, dihasilkan filtrat yang akan dititran dengan NaOH 0,2 N dengan indikator penolphtalein (PP) yang nantinya akan terjadi perubahan warna dari bening menjadi warna merah muda. Sampel karbon aktif yang akan dilakukan untuk analisa adalah tanpa karbonisasi dengan aktivasi NaOH 1M dan karbonisasi dengan aktivasi 1 M. Perubahan konsentrasi asam asetat setalah adsrobsi dapat diketahui dengan volume titran NaOH 0,2 N yang digunakan saat menitrasi filtrat. Dari data percobaan diketahui bahwa semakin besar konsentrasi adsorbat maka semakin banyak volume titran yang dihasilkan. Dari volume titran yang dihasilkan akan didapatkan konsentrasi adsorbat akhir (setelah adsorbsi), dan kemudian didapatkan massa zat yang terserap. Dari data diketahui bahwa karbon aktif tanpa karbonisasi memiliki konsentrasi adsorbat lebih tinggi dibandingkan dengan karbon aktif dengan karbonisasi. Untuk perbedaan ukuran, konsentrasi adsorbat akhir pada sampel karbon aktif tanpa karbonisasi yang memiliki konsentrasi tertinggi yaitu -60 mesh +170 mesh, sedangkan pada sampel karbon aktif dengan karbonisasi yang memiliki konsentrasi tertinggi adalah ukuran -200 mesh. Sehingga dapat diketahui bahwa sampel karbon aktif dengan karbonisasi memiliki daya serap (adsorbsi) yang lebih maksimal dan baik dibandingkan sampel karbon aktif tanpa karbonisasi, dan sampel karbon aktifukuran -200 mesh memiliki daya serap(adsorbsi) lebih maksimal dan baik dibandingkan sampel -60 mesh +170 mesh atau 170 mesh +200 mesh. Percobaan analisa ini dipengaruhi oleh volume titran yang dihasilkan, namun dalam percobaan yang dilakukan proses titrasi tidak optimal dikarenakan buret yang digunakan mengalami kebocoran sehinggan pembacaan volume titran kurang akurat.Untuk perbedaan konsentrasi adsorbat, bahwa yang memiliki daya serap/ adsorbsi yang maksimal adalah dengan konsentrasi 1 N, sehingga dapat dikatakan bahwa semakin besar konsentrasi adsorbat maka semkin maksimal juga daya serapnya.Selanjutnya adalah penentuan nilai tetapan adsorbsi Isoterm Freunlich menggunakan tabel Isotern Freunlich yang kemudian didapatnilai log x/m dan log c untuk dibuat grafik, dimana log x/m sebagai sumbu x dan log c sebagai sumbu y. Dari grafik tersebut didapat persamaan linier yang akan dianologikan dengan persamaan Isoterm Freunlich yaitu log (x/m) = 1/n log C + log K sehingga akan didapatkan nilai n dan perlakuan menggunakan karbonisasi dan tanpa karbonisasi dan tanpa karbonisasi. Dari diagram harga tetapan adsorbsi Isoterm Freunlich dapat dianalisa bahwa karbon aktif dengan karbonisasi semakin kecil ukuran karbon aktif maka nilai tetapannya makin tinggi sedangkan pada karbon aktif tanpa karbonisasi semakin kecil ukuran karbon aktif maka nilai tetapannya makin kecil.

VIII. KesimpulanDari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan :

1. Karbon aktif adalah karbon berupa karbon bebas yang masing-masing keterikatan secara kovalen atau orang yang telah dibuat dan diolah secara khusus melalui 3 tahapan yaitu Dehidrasi, karbonisasi dan aktivasi2. Pada proses karbonisasi diperoleh % losses, bahwa semakin kecil ukuran partikel sampel bahan yang digunakan maka semakin kecil juga % lossesnya3. Proses aktivasi menggunakan aktivator NaOH 1M, 2M, dan 3M antara bahan atau karbon aktif dengan karbonisasi dan karbon aktif tanpa karbonisasi. %loses yang dihasilkan akibat partikel karbon aktif masih ada yang tertinggal di kertas saring atau erlenmeyer.4. Analisa karbon aktif dengan adsorbsi isoterm freundlich ,asam asetat 1N; 0,8 N ; 0,6 N ; 0,4 N. Sebagai adsorbat.filtrat akan dititrasi dengan NaOH 0,2 N Karbon aktif tanpa karbonisasi memiliki konsetrasi adsorbat yang lebih tinggi dibandingkan karbon aktif dengan karbonisasi, sehingga karbon aktif dengan karbonisasi memiliki daya serap yang lebih baik. Semakin kecil ukuran karbon aktif ,maka semakin besar pula daya serap yang lebih baik. Semakin besar konsentrasi maka semakin besar pula daya adsorbsi nya.5. Nilai tetapan adsorbsi isoterm freundlich berdasarkan grafik log x/m sebagai sumbu x dan log c sebagai c didapatkan persamaan linear yang dianalogikan dengan persamaan adsorbsi isoterm freunlich log x/m = 1/n log c + log k6. Dari diagram harga tetapan adsorbsi isoterm freunlich (n dan k) Karbon aktif dengan karbonisasi bahwa semakin kecil ukurannya maka nilai tetapannya makin tinggi, sedangkan karbon aktif tanpa karbonisasi berbanding terbalik.

Daftar Pustaka

Jobsheet. 2015. Penuntun Praktikum Teknologi Pemanfaatan batubara. Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang.

www.google.com

www.wikipedia.com

www.blogspot.com