KARBON AKTIF Proses Aktivasi dan Absorbsi

  
    Karbon atau arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95 % karbon. 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 arang
tersebut diaktivasi dengan 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. 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 (Anonymousa, 2009). Pembuatan arang aktif berlangsung 3 tahap yaitu proses dehidrasi, proses karbonisasi dan proses aktivasi (Juliandini dan Yulinah, 2008).

1. Proses Dehidrasi
    Proses ini dilakukan dengan memanaskan bahan baku sampai suhu 105 0C selama 24 jam dengan tujuan untuk menguapkan seluruh kandungan air pada bahan baku, kemudian diukur kadar air.

2. Proses Karbonisasi
    Proses karbonisasi adalah peristiwa pirolisis bahan di mana terjadi proses dekomposisi komponen atau pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu di atas 170 0C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat, pada suhu 275 0C dekomposisi menghasilkan tar, metanol dan hasil samping lainnya.Pembentukan karbon terjadi pada suhu 400-600 0C, selama proses ini unsur-unsur bukan karbon seperti hidrogen dan oksigen dikeluarkan dalam bentuk gas dan
atom yang terbebaskan membentuk kristal grafit. Proses karbonisasi akan menghasilkan 3 (tiga) komponen pokok, yaitu karbon atau arang, tar, dan gas(CO2, CO, CH4, H, dan lain-lain). Karbon aktif yang baik, perlu adanya pengaturan dan pengontrolan selama proses karbonisasi yaitu; kecepatan pertambahan temperatur, tinggi suhu akhir, dan lama karbonisasi. Tahap karbonisasi akan menghasilkan karbon yang mempunyai struktur pori lemah, sehingga daya adsorpsinya juga rendah. Oleh karena itu arang masih memerlukan perbaikan struktur porinya melalui proses aktivasi (Wahyuni, S dan Kustradiyanti, 2008).

3. Proses Aktivasi
    Kemampuan adsorpsi adsorben sangat ditentukan oleh luas permukaan (porositas) dan volume pori-pori dari adsorben. Adsorben dengan porositas yang besar mempunyai kemampuan menyerap yang lebih tinggi dibandingkan dengan adsorben yang memilki porositas kecil. Peningkatan daya guna atau optimalisasi adsorben dapat dilakukan melalui aktivasi (Wahyuni dan Kustradiyanti, 2008). Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap adsorben yang bertujuan untuk membuka pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga adsorben mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi.
    Secara umum metode aktivasi yang digunakan adalah aktivasi kimia dan aktivasi fisika (Juliandini dan Yulinah, 2008).
a. Aktivasi Fisika (Vapor Adsorben Carbon): Proses aktivasi dilakukan dengan mengalirkan uap atau udara ke dalam reaktor pada suhu tinggi (800-1000 oC). Proses ini harus mengontrol tinggi suhu dan besarnya uap atau udara yang dipakai sehingga dihasilkan karbon aktif dengan susunan karbon yang padat dan pori yang uas.
b. Aktivasi Kimia (Chemical Impregnating Agent): Metode ini dilakukan dengan cara merendam bahan baku pada bahan kimia (H3PO4, ZnCl2, CaCl2, K2S, HCl, H2SO4, NaCl, Na2CO3). Proses ini bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengganggu dan menata kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. Pengaruh aktivasi pada beberapa adsorben, antara lain: Penelitian Wahyuni dan Kostradiyanti (2008) ini, tentang aktivasi arang sekam padi dengan KOH. Arang aktif yang dihasilkan digunakan untuk mengadsorpsi hydrogen peroksida dan selanjutnya diaplikasikan untuk mengurangi angka peroksida minyak kelapa tradisional. Hasil dari penelitian tersebut mengemukakan bahwa arang sekam padi yang diaktivasi KOH proses adsorpsinya berlangsung lebih cepat dibandingkan dengan arang sekam padi yang tidak diaktivasi. Aktivasi 15 %
KOH mampu menurunkan angka peroksida minyak kelapa tradisional sampai 84,4 %.
     Berlawanan dengan transisi elektronik dalam molekul dimana absorpsi terjadi di daerah sinar UV dan sinar tampak, transisi vibrasi terjadi pada energi lebih rendah di daerah infra merah. Untuk menyerap radiasi inframerah, transisi vibrasi (seperti peregangan ikatan atar atom) harus menghasilkan perubahan pada momen dipol dari molekul yang dapat berinteraksi dengan vektor elektrik radiasi yang masuk.
Contoh :   
    HCl H ↔ Cl
Karena HCl merupakan molekul polar, perubahan pada panjang ikatan akan menghasilkan perubahan momen dipol sehingga HCl akan menyerap pada daerah infra merah.Dengan kata lain, molekul non-polar seperti O2, N2 atau Cl2 tidak akan menghasilkan perubahan momen dipol sehingga tidak akan menyerap pada daerah infra merah.Karbon dioksida juga merupakan contoh menarik karena mengalami peregangan simetri yamg tidak akan menghasilkan perubahan momen dipol dalam molekul sehingga tidak akan ada penyerapan infra merah. Sebaliknya vibrasi peregangan asimetri akan menyebabkan perubahan pada momen dipol sehingga terjadi penyerapan inframerah.

TRANSISI LAIN YANG MENGHASILKAN ABSORPSI
Selain vibrasi peregangan, molekul juga mengalami vibrasi pelenturan yaitu rocking, scissoring, wagging dan twisting.