ARANG AKTIF

 ARANG AKTIF

Arang aktif adalah karbon yang mempunyai rumus kimia C dan berbentuk  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 – 2000 m2 /gram dan ini  berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif mempunyai  sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorbsi gas dan senyawa-senyawa  kimia tertentu atau sifat adsorbsinya selektif, tergantung pada besar atau volume poripori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000%  terhadap berat arang aktif (Salamah, 2008).

Proses pembuatan arang aktif dapat dilakukan dalam dua tahap. Tahap p ertama adalah proses karbonisasi bahan baku untuk menghasilkan arang. Tahap kedua adalah proses aktivasi arang untuk menghilangkan hidrokarbon. Pada kedua p mawar tersebut terjadi tahap-tahap sebagai berikut:

A. Dehidrasi yaitu merupakan proses penghilangan kadar air dengan cara memanaskan bahan baku pada suhu 170 o C.

B. Karbonisasi yaitu merupakan proses penguraian selulosa organik menjadi nsur karbon.

C. Aktivasi yaitu proses penghilangan senyawa pengotor sehingga pori-pori menjadi lebih besar (Lempang, 2014).

Syarat mutu arang aktif dapat dilihat pada Tabel berikut:

Sumber utama yang dapat dijadikan contoh dalam pembuatan arang aktif haruslah

mengandung unsur karbon, baik organik maupun anorganik dan yang memiliki

banyak pori-pori. Sumber utama yang dapat digunakan adalah limbah pertanian

seperti tempurung kemiri, batok kelapa, kulit buah kopi, kulit buah coklat, alang-alang, jerami, tongkol jagung, limbah sawit maupun limbah kayu. Limbah pertanian

Hal tersebut mempunyai karakteristik yang lebih baik dibandingkan dari bahan non

bioma atau fosil. Hal ini disebabkan antara lain dari segi kemudahan proses

pengolahan dan kualitas penyerapannya (Arsad, dan Hamdi, 2010).

Proses aktivasi merupakan hal yang penting diperhatikan selain bahan

baku yang digunakan. Aktivasi merupakan suatu proses penghilangan senyawa

pengotor yang melekat pada permukaan dan pori-pori adsorben baik secara fisik

maupun secara kimia yang bertujuan untuk memperbesar pori-pori serta memperluas

permukaan dari arang 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. Metode aktivasi umum yang digunakan dalam

pembuatan arang aktif adalah:

1) Aktivasi Kimia: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan

pemakian bahan-bahan kimia.

2) Aktivasi Fisika: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa dengan organik

bantuan panas, uap dan CO2.

Untuk aktivasi kimia, aktivator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia

seperti garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan

khususnya ZnCl2 , asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H3PO4 . Untuk aktivasi 

fisika, biasanya arang dipanaskan di dalam tungku pada suhu 800-900°C

(Ramdja, Halim, dan Jo, 2008).

Proses aktivasi merupakan hal yang penting diperhatikan selain bahan

baku yang digunakan. Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan  untuk membuka situs aktif permukaan arang aktif sehingga luas permukaan akan semakin besar dan meningkatkan kemampuan adsorpsi, sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi. Peningkatan jumlah adsorbat yang masuk ke dalam struktur arang aktif berhubungan dengan jumlah poripori arang aktif sebagai adsorben. Pembentukan pori-pori tersebut memerlukan suatu aktivator yang berfungsi untuk mengaktifkan fungsi arang (Sembiring dan Sinaga, 2003).

Penentuan luas permukaan dan ukuran pori dilakukan untuk mengetahui  secara spesifik luas permukaan dan ukuran pori adsorben. Dewi, Susatyo dan Susilaningsih (2015) melaporkan bahwa arang aktif dari pisang kulit raja yang diaktivasi dengan H2SO4 lebih efektif untuk digunakan sebagai adsorben ion Pb (II) dibandingkan dengan arang aktif tanpa perlakuan aktivasi. Hal ini disebabkan arang aktif kulit pisang raja tanpa aktivasi memiliki ukuran jari-jari pori terlalu besar, maka risiko terjadinya desorpsi akan semakin besar sehingga daya serapnya kecil.

Hasil serupa juga diperoleh pada penelitian (Hendrawan, Sutan dan Kreative

YR, 2017) dimana penambahan NaCl sebagai aktivator dalam pembuatan karbon  aktif dengan bahan dasar ampas tebu sangat berpengaruh terhadap karakteristiknya yakni kadar air, kadar abu, dan kadar zat mudah menguap.

Pada proses aktivasi kimia, ada 2 jenis aktivator yaitu aktivator asam dan basa.

Perbedaan aktivator asam dan basa berdasarkan sifat zatnya. (Esterlita dan Herlina,  2015). Erawati dan Fernando (2018) melakukan penelitian tentang pengaruh jenis aktivator dan ukuran karbon aktif terhadap pembuatan adsorben dari serbuk gergaji kayu sengon (Paraserianthes falcataria). Hasil karakteristik pada aktivator NaOH dengan pengujian kadar air menghasilkan nilai tertinggi sebesar 8,79% sedangkan pada aktivator H3PO4 kadar air sebesar 3,69%. Pada proses aktivasi menggunakan aktivator yang bersifat asam akan menyebabkan kerusakan kompleks pada oksigen sehingga air yang terkandung dalam arang aktif lebih sedikit dibandingkan aktivator yang bersifat basa. Berdasarkan data yang diperoleh bahwa aktivator terbaik pada pembuatan karbon aktif dari serbuk gergaji kayu sengon adalah H3PO4, tinggi rendahnya kadar air menunjukkan sedikitnya air yang menutupi pori-pori arang aktif. Semakin rendah kadar air maka semakin banyak tempat dalam pori yang  dapat ditempati oleh adsorbat sehingga adsorpsi berlangsung secara optimal (Esterlita dan Netti, 2015). 

Pada pengujian hasil kadar abu yang dilakukan Erawati dan Fernando (2018), telah memenuhi syarat pengujian, nilai kadar abu yang diperoleh adalah 10%. Pada dasarnya aktivator yang bersifat asam lebih baik dalam memperluas permukaan karbon aktif sehingga terbentuk situs aktif yang lebih banyak. Hal ini dikarenakan bahan yang mengandung lignoselulosa yang tinggi memiliki kandungan oksigen tinggi sehingga aktivator yang bersifat asam mampu bereaksi cepat dengan gugus fungsi yang mengandung oksigen, sedangkan aktivator basa mampu bereaksi dengan karbon, maka aktivator tersebut lebih tepat digunakan untuk bahan yang mengandung karbon yang tinggi. Pengujian kualitas daya serap terhadap iodin menunjukkan bahwa aktivator yang bersifat asam merupakan aktivator terbaik dibandingkan aktivator basa. Hal ini dikarenakan sifat asam memiliki kemampuan mengikat air lebih sempurna untuk melarukan zat-zat organik maupun anorganik yang terikat dalam material karbon sehingga diperoleh karbon dengan pori-pori yang lebih bersih dan terbuka. (Esterlita dan Netti, 2015).             

Suhu karbonisasi juga seringkali merupakan faktor yang diperhatikan dalam pembuatan karbon aktif. Secara umum pembentukan karbon terjadi pada suhu 4 00 – 600˚C (Sembiring et al. 2003). Penelitian serupa juga dilaporkan oleh Utami et  al., (2020) dalam penelitiannya menggunakan aktivasi secara fisika yaitu m menggunakan pembakaran pada suhu 500˚C. 

Demiral, Samdan dan Demiral (2016), memvariasikan suhu pada 400, 500, dan 600˚C dengan rasio ZnCl2 : biomassa = 3:1, peningkatan luas permukaan dari 1 .148m2 /g (400˚C) menjadi 1.564m2 /g (500˚C), dan turun menjadi 1.369 m2 /g pada ( 600˚C). Peningkatan dapat terjadi karena pada suhu di bawah 500˚C, lebih banyak senyawa volatil yang tersisa, seiring kenaikan suhu, sehingga membantu membuka pori-pori dan meningkatkan luas permukaan.

Hasil penelitian Laos, Masturi dan Yulianti (2016) juga menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu aktivasi maka semakin tinggi pula daya serap arang aktif.

Meningkatnya suhu aktivasi menyebabkan semakin terbukanya pori-pori, perubahan truktur tersebut terjadi karena adanya dekomposisi senyawa hidrokarbon dan t erbentuknya senyawa aromatik yang merupakan dasar penyusun struktur kristalin h eksagonal arang aktif. Arang aktif yang terbaik dihasilkan pada arang yang d isintering pada suhu 400˚C. Sementara itu pada suhu di atas 500˚C, terjadi pelebaran p ori-pori yang menyebabkan hancurnya struktur pori-pori yang sudah terbentuk.

Disisilain Nurhasni, Hendrawati dan Saniyyah (2014) melaporkan bahwa p ada penelitian arang aktif sekam padi untuk menyerap ion logam tembaga dilakukan k arbonisasinya pada suhu 250˚C, hasil penelitian menunjukkan karbonisasi sekam p adi pada suhu di atas 250˚C diperoleh adsorben dengan daya adsorpsi yang sangat endah. Hal ini diperkirakan bahwa suhu diatas 250˚C sebagian sekam padi terbakar m enjadi abu, pemanasan yang terlalu tinggi menyebabkan rusaknya adsorben s ehingga menurunkan kemampuan adsorpsi, serta kecenderungan acak yang diperoleh  menurun.

Secara keseluruhan penggunaan suhu pada saat proses karbonisasi berkisar  antara kisaran 300˚C-600˚C tergantung bahan baku yang digunakan, semakin keras  struktur bahan baku maka semakin tinggi pula suhu yang digunakan dalam proses  pengkarbon-an.

Aktivator lebih asam baik digunakan untuk bahan yang mengandung  lignoselulosa sedangkan untuk aktivator basa digunakan untuk bahan yang memiliki kandungan karbon yang tinggi, Untuk suhu karbonisasi terbaik berkisar antara kisaran 300˚C-600˚C, sedangkan waktu karbonisasi yang optimum digunakan pada waktu kisaran 1 - 1,5 jem.

Selain aktivasi dan suhu, waktu karbonisasi juga menjadi variabel yang diperhatikan dalam pembuatan arang aktif. Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Rohmah dan Redjeki (2014) dimana waktu karbonisasi terbaik dalam p embuatan arang aktif dengan menggunakan limbah sekam padi pada waktu 90 m enit memberikan hasil yang tertinggi, karena pada keadaan tersebut proses p engkarbonan berjalan dengan baik dan kandungan seperti aldehid, asam-asam, serta tar telah terdegradasi semua termasuk hidrogen yang ikatannya, dengan keluarnya zat pengotor yang terkandung dalam sekam padi tersebut, akan menurunkan kadar arang y ang yang dihasilkan, namun meningkatkan daya peyerapan (adsorbisivitas) dari arang aktif tersebut karena dengan keluarnya senyawa-senyawa tersebut dari komponen ekam padi yang telah dibakar, akan menghasilkan pori-pori dengan ukuran tertentu.

Dari ukuran pori ini akan menghasilkan luas permukaan penyerapan dari arang aktif, sehingga semakin besar luas permukaan penyerapan yang terbentuk maka daya dsorbsivitas yang dihasilkan juga semakin tinggi.

Juwita, Ahmad, Musdalifah, Bujawati dan Basri (2018) melaporkan penelitian dengan judul efektifitas penggunaan arang limbah kulit kakao (Theobroma cacao L.) untuk menurunkan kesadahan, salinitas dan senyawa organik udara. Berdasarkan data yang diperoleh arang aktif yang dikarbonisasi pada waktu 90 menit cenderung memberikan nilai rendemen lebih tinggi dibandingkan dengan arang aktif yang dikarbonisasi pada waktu 60 menit.

Berbeda dengan penelitian yang dilakukan oleh Rosliana, Tedja, Riani dan Sugiarti (2016) rendemen arang aktif tertingi dicapai pada waktu 60 menit. Sedangkan pada waktu 90 menit terjadi penurunan persentase rendemen dikarenakan kadar abu pada arang yang sedang dikarbonisasi dengan waktu lebih lama akan b anyak keluar dan yang tertinggal pada arang aktif menjadi lebih sedikit.

Arang dapat aktif memperbaiki sifat fisik, kimia, dan hayati tanah. Arang aktif dalam meningkatkan sifat fisik tanah seperti agregat tanah dan kemampuan tanah mengikat udara. Pada tanah beriliat, arang aktif dapat membantu menurunkan kekerasan tanah dan mempertinggi kemampuan mempertahankan air tanah, sehingga berpengaruh terhadap peningkatan aktivitas mikroorganisme tanah. Di dalam tanah, arang aktif berperan sebagai tempat berlindung atau rumah bagi mikroorganisme. Pori-pori kecil pada karbon aktif digunakan sebagai tempat tinggal bakteri, sedangkan pori-pori besar dan retakan (retak) digunakan sebagai tempat berkumpul (Ogawa 1994).

Penggunaan arang aktif di lahan sawah dapat meningkatkan jumlah bakteri dan bakteri fiksasi nitrogen (Azotobacter) di dalam tanah terutama di sekitar akar tanaman pangan. Hasil penelitian di Jepang melaporkan bahwa lahan yang diberi arang aktif meningkatkan frekuensi bakteri fiksasi nitrogen sebesar 10-15% di Hokkaido dan Tohoku (Honshu Utara), 36-48% di Kanto hingga Chugoku (Honshu sebelah Timur-Barat), dan 59-66 % di Kyusu (Ogawa 1994). Hasil penelitian di Balingtan melaporkan bahwa arang aktif dari tempurung kelapa dan tongkol jagung meningkatkan populasi mikroba Citrobacter sp, Enterobacter sp, dan Azotobacter sp lebih tinggi pada pertanaman padi dibandingkan arang aktif dari sekam padi dan tandan kosong kelapa sawit, sedangkan arang aktif tongkol jagung pada pertanaman kubis dapat meningkatkan populasi mikroba Citrobacter sp, Pseudomonas sp, Serretia sp, Bacillus sp, Azotobacter sp, dan Azospirrillium sp. Beberapa bakteri tersebut termasuk bakteri pendegradasi pestisida dan penambat nitrogen.

Penggunaan arang aktif dalam budidaya tanaman pertanian dapat menurunkan residu pestisida dalam tanah, udara, dan produk pertanian. Hasil penelitian Balingtan (2009), Arang aktif (AA) tempurung kelapa di tanah pertanaman kubis dapat menurunkan residu insektisida klorpirifos di udara hingga sekitar 50%, sedangkan AA sekam padi, AA tempurung kelapa, AA tempurung kelapa pelapis urea , dan zeolit ​​di tanah pertanaman kubis dapat menurunkan residu lindan di udara hingga sekitar 50%. Penggunaan arang aktif dapat melalui beberapa cara antara lain melalui ameliorasi, pelapis urea, dan sebagai filter air inlet dan outlet (Fio) yang ditempatkan pada saluran air inlet dan outlet.

Penggunaan arang aktif untuk menurunkan residu pestisida dalam tanah dan produk pertanian mempunyai prospek yang menjanjikan. Penurunan residu pestisida berarti meningkatkan kualitas pangan sekaligus kualitas lingkungan, sehingga pangan lebih aman dikonsumsi dan lebih menyehatkan manusia. Arang aktif juga dapat memperbaiki sifat fisik tanah, ketersediaan unsur esensial bagi tanaman, dan meningkatkan populasi mikroba yang menguntungkan bagi kesuburan tanah.

Jenis Bahan Aktivator :

- Asam sulfat (H2SO4)

- Zn  Cl2

- Natrium Hidrokaida (NaOH)

- Kalium Hidrokaida (KOH)

- Aktivasi fisika

- Asam Klorida (HCl)

- H3PO4

- Nitrogen

- HNO3

- 

Jenis Bahan yang mengikat:

Bahan pengikat yang umum meliputi  gelatin, sukrosa, povidon, metilselulosa, karboksimetilselulosa dan pasta pati terhidrolisis . Bahan pengikat kering yang paling efektif adalah selulosa mikrokristal , yang umumnya digunakan dalam membuat tablet kempa langsung.

Cara Praktis Membuat Arang Aktif

Bahan-bahan:

- Arang jenis apa saja 5 kg

- Kapur dolomit (CaMg(CO3)2) atau Calsium Karbonat (CaCO3) 1 kg

- Air sumur 10 ltr.

Cara Membuat:

- Arang ditumbuk atau dihaluskan terlebih dahulu, lalu disaring menggunakan saringan.

- 1 Kg Kapur dolomit (CaMg(CO3)2) atau Calsium Karbonat (CaCO3)  di masak dengan 10 ltr air sumur, dimasak hingga sampai mendidih. Sesudah mendidih, matikan api kompor, dan tunggu kita kira 2 jam sampai larutannya dingin dan kapur telah mengendap.

- Air larutan ini yang digunakan untuk dicampurkan ke arang yaitu merendam arang di dalam air kapur selama 2 hari.

- Lalu arang halus yang di atas permukaan air larutan diambil, dan air larutan disisiihkan atau dibuang atau dikembalikan ke wadah berisi kapur sebelumnya, dan arang yang mengendap juga diambil, bersama arang halus dimasukkan ke dalam wadah lain.

- Kemudian arang yang sudah aktif ini dibilas dengan air bersih sebanyak 2 kali bilas dengan tujuan menghilangkan zat zat pengotor atau patogen yang kemungkinan masih ada di dalam arang. Caranya arang aktif ini direndam dalam air bersih dan dibiarkan mengendap, setelah mengendap lalu dibuang airnya, arang aktif dibilas 2 kali saja.

- Lalu Arang aktif dikeringkan dijemur dibawah panas terik matahari selama seharian penuh 

- Setelah kering, maka Arang aktif sudah jadi, dan sudah bisa diaplikasikan seperti untuk merubah arang aktif menjadi Biotron yaitu pencampuran unsur hayati, nutrisi, dan POC. Campurkan pupuk cair asam amino 10 ml, POC NPK 50 ml, Larutan MOL aktif atau MO lainnya 50 ml atau lebih sedikit, campurkan dengan 3-4 ltr air leri (air cucian beras). Lalu campuran ini dimasukkan ke arang aktif sambil diaduk aduk hingga homogen. Lalu dikeringkan angin-anginkan hingga betul betul kering ( tidak dijemur ). 

Atau arang aktif bisa juga diaplikasikan bersama pupuk kompos dengan perbandingan 1 arang aktif : 10 pupuk kompos (pupuk kandang) untuk diaplikasikan pada tanaman.

Reaksi kimia yang terjadi

Antara SiO2 dengan C/Karbon

2 SiO2 + 2C → (SiCO)2 + O2

Reaktan : 

-  SiO2 (Silikon Dioksida)

Dengan berat molekul  SiO2  adalah  60,084  gr/mol.

Maka berat molekular 2 SiO2  adalah 2 x  60,084  = 120,168  gr/mol.

- C (Karbon)

Dengan berat molekul  C  adalah  12,011  gr/mol.

Maka berat molekular 2 C  adalah 2 x  12,011  = 24,022  gr/mol.

Produk:

-   (SiCO)2

Dengan berat molekular    (SiCO)2 adalah  112,1912  gr/mol.

Antara (SiCO)2 dengan Asam Fosfat (H3PO4)

2 H 3 PO 4  + (SiCO) 2  →  2 H 2 O +  2 CH +  2 SiPO 4

Reaktan:

- H3PO4 (Asam Fosfor)

Dengan berat molekul H3PO4 adalah 97,995 gr/mol.

Maka berat molekul 2H3PO4 adalah 2 x 97,995 = 195,99 gr/mol.

- (SiCO)2 atau  C  2  O  2  Si  2

Dengan berat molekular   (SiCO)2  adalah  112,1912  gr/mol.

Produk:

- H2O (Udara)

Dengan  berat molekul H2O adalah 18,015  gr/mol.

Maka berat molekul 2H2O  adalah 2 x 18,015 = 36,03 gr/mol.

- CH (Metilidyne Radikal)

Dengan berat molekul H2O adalah  13,019  gr/mol.

Maka berat molekul 2 CH  adalah 2 x  13,019  = 26,038 gr/mol.

- SiPO4 (Silikon Fosfat)

Dengan berat molekul  SiPO4  adalah  123,0569  gr/mol.

Maka berat molekul 2SiPO4  adalah 2 x  123,0569  = 246,1138 gr/mol.