Sintesis komposit karbon sulfur dari limbah kulit bawang bombay

Abstract

Karbon aktif telah banyak diaplikasikan di berbagai bidang industri. Contoh aplikasi dari karbon aktif adalah sebagai adsorben, support katalis, superkapasitor, dan katoda baterai. Karbon aktif pada mulanya dibuat dengan menggunakan batu bara yang merupakan energi tak terbarukan. Untuk mengatasi hal tersebut maka pembuatan karbon aktif mulai dialihkan dengan menggunakan bahan baku biomaasa, contohnya adalah kulit bawang bombay. Aplikasi karbon aktif sebagai komposit karbon sulfur sebagai katoda baterai bertujuan untuk menggantikan baterai litium ion karena memiliki katoda logam yang berbahaya. Baterai ion litium tersebut mulai digantikan dengan baterai lithium sulfur, namun baterai tersebut memiliki beberapa kekurangan di katoda sulfurnya yang memiliki beda potensial yang tidak terlalu besar. Oleh karena itu dibuatlah komposit karbon sulfur sebagai katoda pengganti sulfur. Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari pengaruh jenis zat aditif dalam proses karbonisasi hidrotermal terhadap karakteristik fisika hydrochar, perbandingan massa hydrochar terhadap KOH dalam proses aktivasi kimia terhadap karakteristik fisika dari karbon aktif, dan mencari tahu apakah karbon sulfur yang dihasilkan sudah sesuai dengan standar. Pada penelitian ini karbon aktif disintesis dari kulit bawang bombay melalui beberapa tahap, yaitu persiapan kulit bawang bombay, karbonisasi hidrotermal, dan aktivasi kimia. Kulit bawang bombay dibersihkan, dikeringkan, dikecilkan ukurannya, lalu diayak dengan mesh -100+200. Selanjutnya karbonisasi dilakukan dengan menggunakan autoclave teflon dengan volume 80 mL di dalam oven dengan temperatur 200 oC selama 24 jam. Proses ini divariasikan dengan dan tanpa penggunaan zat aditif 0,2 M H2SO4 sebanyak dua tetes. Selanjutnya aktivasi kimia dilakukan dengan menambahkan larutan KOH dengan variasi rasio massa hydrochar dengan massa KOH 1:3, 1:4, dan 1:5. Analisis karakteristik hydrochar dan karbon aktif dilakukan dengan metode SEM, XRD, dan adsorpsi methylene blue, sedangkan analisis komposit karbon sulfur dilakukan dengan menggunakan SEM dan XRD. Zat aditif yang ditambahkan pada karbonisasi hidrotermal tidak mempengaruhi perolehan massa, kapasitas adsorpsi, morfologi, dan komposisi hydrochar, namun meningkatkan % kristalinitas dari hydrochar yang dihasilkan. Hasil XRD untuk hydrochar yang dihasilkan menunjukkan puncak pada sudut difraksi 14,5o, 22,5o, 24o, dan 30o, yang berturut-turut menunjukkan adanya senyawa hemiselulosa, selulosa, karbon dengan struktur heksagonal (Grafit 2H), dan kalsit. Penggunaan KOH yang semakin banyak pada proses aktivasi kimia menurunkan perolehan massa karbon aktif dan mempengaruhi morfologi dari karbon aktif. Namun rasio massa hydrochar dan KOH 1:4 memberikan kapasitas adsorpsi yang terbesar dan % kristalinitas yang paling rendah. Hasil XRD untuk karbon aktif yang dihasilkan menunjukkan puncak pada sudut difraksi 30o yang menunjukkan adanya senyawa kalsit. Komposit karbon sulfur yang dihasilkan memiliki hasil analisis SEM dan XRD yang serupa dengan literatur yang digunakan. Puncak XRD pada senyawa karbon sulfur serupa dengan milik sulfur, yaitu pada sudut difraksi 23o, 26o, dan 28o. Dengan hasil analisis di atas, maka komposit karbon sulfur yang telah dihasilkan dari limbah kulit bawang bombay ini dapat dilanjutkan untuk diuji coba dalam uji baterai.