Materi : Karbon Aktif - Cuntorio

Apa itu Karbon Aktif? 

Karbon Aktif

Karbon aktif atau dikenal juga dengan arang aktif merupakan material amorf berkarbon yang memiliki luas permukaan yang besar yang dibangun oleh struktur pori internalnya melalui proses karbonisasi dan aktivasi. Karbon aktif 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 di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi.

Karbon aktif berwarna hitam, tidak berbau, tidak berasa dan mempunyai daya serap besar. Karbon aktif mengalami perlakuan khusus berupa proses aktivasi baik secara fisika maupun secara kimia. Aktivasi tersebut menyebabkan pori-pori yang terdapat pada struktur molekulnya terbuka lebar sehingga daya serapnya akan semakin besar untuk menyerap bahan yang berfase cair maupun berfase gas (Sembiring dkk, 2003).

Bentuk Karbon Aktif (a. Arang Biasa, b. Arang Aktif )

Karbon aktif adalah suatu bahan padat yang berpori dan merupakan hasil pembakaran dari bahan yang mengandung karbon melalui proses pirolisis. Sebagian dari pori-porinya masih tertutup hidrokarbon, tar, dan senyawa organik lain. Komponennya terdiri dari karbon terikat (fixed carbon), abu, air, nitrogen, dan sulfur.

Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorf yang bersifat hidrofobik, yaitu molekul pada karbon aktif cenderung tidak bisa berinteraksi dengan molekul air. Karbon aktif memiliki densitas dan tingkat kekerasan yang berbeda-beda terhadap tekanan atau geseran tertentu. Perbedaan densitas dan kekerasan karbon aktif sangat bergantung dari bahan baku dan cara pengaktivannya.

Pembuatan Karbon Aktif 

Karbon aktif biasanya dibuat dari limbah kayu dan bambu, sekam dan jerami padi, tongkol dan batang jagung, serabut dan tempurung kelapa, tandan kosong dan cangkang kelapa sawit, dan sebagainya. Untuk membuat karbon aktif, dapat dilakukan dengan membakar bahan karbon aktif pada tempat yang tertutup rapat, sehingga hanya terjadi proses pirolisis.

Mengolah material menjadi karbon aktif pada prinsipnya dengan membuka pori-pori karbon arang yang awalnya dengan luas 2 m2/g menjadi 300-2000 m2/g sehingga disebut arang aktif. Ada 2 cara mengaktifkan arang menjadi karbon aktif, yaitu dengan menggunakan reaksi oksidasi lemah menggunakan uap air pada suhu 900-1000 C atau dengan cara dehidrasi menggunakan bahan kimia atau garam-garam.

Proses Pembuatan Karbon Aktif

Pembuatan karbon aktif terdiri atas tiga proses yang saling berkelanjutan, yaitu (Marsh and Francisco, 2006):

a. Pemilihan Bahan Dasar 

Karbon aktif bisa dibuat dari berbagai macam bahan, selama bahan tersebut mengandung unsur karbon. Pemilihan bahan dasar untuk dijadikan karbon aktif harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu unsur anorganik yang rendah, ketersediaan bahan (tidak mahal dan mudah didapat), memiliki daya tahan yang baik, dan mudah untuk diaktivasi.

b. Karbonisasi 

Karbonisasi atau pengarangan adalah suatu proses pemanasan pada suhu tertentu dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen sangat terbatas, biasanya dilakukan dalam tanur. Tujuan karbonisasi adalah untuk menghilangkan zat-zat yang mudah menguap (volatile matter) yang terkandung pada bahan dasar. Proses ini menyebabkan terjadinya penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan membentuk air, uap asam asetat, tar-tar, dan hidrokarbon. Material padat yang tinggal setelah karbonisasi adalah karbon dalam bentuk arang dengan poripori yang sempit. Pada saat karbonisasi terjadi beberapa tahap yang meliputi penghilangan air atau dehidrasi, penguapan selulosa, penguapan lignin, dan pemurnian karbon. Pada suhu pemanasan sampai 400 C terjadi penghilangan air, penguapan selulosa, dan penguapan lignin, sedangkan untuk proses pemurnian karbon terjadi pada suhu 500-800 C. Hampir 80% unsur karbon yang diperoleh pada suhu 500-800 C.

c. Aktivasi 

Aktivasi adalah bagian dalam proses pembuatan karbon aktif yang bertujuan untuk membuka, menambah atau mengembangkan volume pori dan memperbesar diameter pori yang telah terbentuk pada proses karbonisasi. Melalui proses aktivasi karbon aktif akan memiliki daya adsorpsi yang semakin meningkat, karena karbon aktif hasil karbonisasi biasanya masih mengandung zat yang masih menutupi pori-pori permukaan karbon aktif. Pada proses aktivasi karbon aktif akan mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia sehingga dapat berpengaruh terhadap daya adsorpsi.

Jenis-jenis Karbon Aktif 

Berdasarkan bentuknya, karbon aktif dapat dibedakan dalam empat golongan yaitu :

1. Karbon aktif serbuk (powdered activated carbon) berbentuk serbuk dengan ukuran partikel kurang dari 0,8 mm. 
2. Karbon aktif granular (granular activated carbon), memilik partikelpartikel yang tidak rata dengan ukuran 0,2 – 5,0 mm. 3. Karbon aktif pelet (pelleted activated carbon), berbentuk silinder dengan ukuran diameter 0,8 – 5,0 mm. 
3. Karbon aktif terlapisi polimer (polimers coated carbon), merupakan pori-pori karbon yang dapat dilapisi dengan biopolimer yang mungkin untuk menghasilkan permukaan yang halus dan permeabel tanpa menutupi pori, menghasilkan suatu karbon yang berguna untuk hemoperfusi yaitu suatu teknik treatmen di mana ke dalam darah pasien ditekan dengan senyawa adsorben untuk mengeluarkan senyawa toksik dari dalam darah.

Berdasarkan fungsinya, karbon aktif dibagi menjadi dua tipe, yaitu:

1. Karbon aktif sebagai pemucat 

Karbon aktif ini biasanya berbentuk powder atau bubuk yang sangat halus dengan diameter pori lebih besar. Karbon aktif pemucat berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat pengganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia dan industri baju. Karbon aktif jenis ini dibuat dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah.

2. Karbon aktif sebagai penyerap uap 

Karbon aktif ini biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras dengan diameter pori lebih kecil. Karbon aktif penyerap uang berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas. Karbon aktif jenis ini dibuat dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai struktur keras.

Manfaat dan Penggunaan Karbon Aktif 

Pemanfaatan karbon aktif antara lain untuk mengatasi masalah lingkungan (penanganan limbah), pemurnian gas, pemanfaatan dalam bidang medis dan lain-lain. Karbon aktif juga dapat digunakan sebagai katalis pada pembuatan asam sulfat dari larutan belerang dioksida. Dalam hal ini karbon aktif berfungsi sebagai pengadsorpsi belerang dioksida dari larutan aquousnya, kemudian dioksidasi lebih lanjut di permukaan karbon aktif menjadi belerang trioksida dan dengan adanya molekul air terjadi reaksi pembentukan asam sulfat yang kemudian lepas dari permukaan karbon aktif.

Pemanfaatan karbon aktif antara lain sebagai berikut:

1. Dalam pemurnian gas digunakan untuk desulfurisasi yaitu menghilangkan gas beracun, bau busuk, asap dan pencegahan racun.
2. Dalam pengolahan LNG digunakan dalam proses desulfurisasi. 
3. Digunakan sebagai katalis atau pengemban dalam berbagai reaksi misalnya untuk mengkatalisa pembentukan sulfur klorida dari sulfur dioksida dan klorin, sebagai pengembang dalam reaksi karbon aktif juga sebagai promoter yang mempengaruhi laju reaksi. 
4. Dalam industri obat dan makanan digunakan sebagai bahan penyaring dan penghilang warna, bau serta rasa yang tidak dikehendaki.
5. Dalam industri minuman keras dan ringan digunakan untuk menghilangkan bau dan warna. 
6. Dalam budi daya udang dan benur berguna untuk pemurnian air, menghilangkan amonia, nitrit, fenol dan logam berat. 
7. Dalam kimia perminyakan digunakan dalam penyaringan bahan mentah atau zat antara. 
8. Dalam pengolahan air bermanfaat untuk menghilangkan atau menyaring zat bau, zat warna dan bahan pencemar. 
9. Di bidang penyaringan minyak, makanan dan glukosa, untuk menghilangkan bau, warna, serta rasa yang tidak dikehendaki. 
10. Dalam pengolahan pulp digunakan pemurnian dan penghilang bau. 
11. Kegunaan yang lain antara lain sebagai penghilang bau dalam kamar pendingin dan mobil, bahan penarik kembali berbagai pelarut, crude oil, karet, larutan asam, metanol, etil asetat dan lain-lain.