Sintesis komposit karbon sulfur dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia menggunakan KOH dan FeCl3

Abstract

Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah biomassa yang berpotensi sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif karena mengandung senyawa lignoselulosa. Karbon aktif merupakan material karbon yang memiliki luas permukaan besar dan porositas yang tinggi. Karbon aktif telah diaplikasikan dalam berbagai bidang industri sebagai adsorben, support katalis, elektroda superkapasitor, dan sebagai komposit karbon sulfur. Dalam penelitian ini, karbon aktif akan disintesis dari hydrochar TKKS dan selanjutnya akan diproses menjadi komposit karbon sulfur yang selanjutnya akan dimanfaatkan sebagai katoda baterai litium sulfur. Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari pengaruh rasio massa hydrochar terhadap KOH serta pengaruh katalis FeCl3 pada proses aktivasi kimia terhadap karakteristik karbon aktif dan komposit karbon sulfur yang dihasilkan. Penelitian ini terdiri dari 2 tahap sintesis utama, yaitu sintesis karbon aktif dan sintesis komposit karbon sulfur. Tahap sintesis karbon aktif dimulai dari tahap mempersiapkan TKKS melalui proses pencucian, pengeringan, dan pengecilan ukuran. Selanjutnya, dilakukan proses karbonisasi hidrotermal dengan menggunakan autoklaf teflon pada temperatur 200 oC selama 24 jam di dalam oven. Selanjutnya, dilakukan aktivasi kimia dengan menambahkan larutan KOH dengan variasi rasio massa hydrochar terhadap massa KOH 1:2 dan 1:3, serta variasi penggunaan katalis FeCl3. Aktivasi kimia dilangsungkan dalam furnace selama 1 jam pada temperatur 900 oC beserta dengan pengaliran gas N2. Karbon aktif dengan karakteristik terbaik kemudian akan disintesis menjadi komposit karbon sulfur melalui proses difusi lebur di dalam oven pada temperatur 150 oC selama 10 jam dengan rasio massa karbon aktif terhadap sulfur sebesar 1:3. Proses karakterisasi karbon aktif dilakukan melalui analisis SEM/EDS, BET, dan XRD, sedangkan karakterisasi komposit karbon sulfur dilakukan melalui analisis BET dan XRD. Penambahan jumlah KOH yang semakin besar akan menurunkan perolehan massa dari karbon aktif, tetapi menghasilkan karbon aktif dengan morfologi struktur yang lebih berpori, luas permukaan lebih besar, serta dengan komposisi unsur C yang tergolong besar, yaitu sebesar 90 % wt. Karbon aktif dengan rasio massa hydrochar dengan KOH 1:3 memberikan hasil morfologi struktur paling berpori, luas permukaan terbesar, tetapi dengan perolehan massa karbon aktif yang terendah. Penggunaan katalis FeCl3 menghasilkan karbon aktif dengan morfologi struktur yang kurang berpori, luas permukaan lebih rendah, tetapi dengan % kristalinitas yang lebih tinggi, meskipun tidak terlihat adanya struktur graphitic layer yang terbentuk dari hasil analisis SEM dan XRD. Hal ini disebabkan karena konsentrasi katalis FeCl3 yang digunakan cenderung rendah sehingga tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap pembentukan struktur graphitic layer pada karbon aktif. Hasil XRD karbon aktif menujukkan struktur amorf yang ditandai dengan terdapatnya puncak yang melebar dan landai pada 23o dan 43o yang merupakan struktur dari C (002) dan C (110). Komposit karbon sulfur yang dihasilkan memiliki komposisi unsur C sebesar 21,56 %wt dan unsur S sebesar 62,34 %wt dengan struktur kristalin yang dominan yang ditunjukkan dari hasil XRD komposit karbon sulfur yang memiliki puncak tajam yang serupa dengan sulfur.