Studi awal sintesis karbon aktif dari kulit salak pada kondisi hidrotermal

Abstract

Karbon aktif merupakan substansi solid yang tersusun dari rantai karbon yang panjang dan memiliki porositas yang tinggi. Karbon aktif dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, salah satunya sebagai superkapasitor. Superkapasitor merupakan alternatif sumber energi yang masih tergolong baru, dan diharapkan dapat mengganti sumber energi berbasis petroleum. Karbon aktif dinyatakan layak untuk menjadi superkapasitor apabila memiliki kapasitansi yang besar. Karbon aktif dapat disintesis dari bahan baku yang memiliki kadar elemen karbon yang tinggi, salah satunya dari biomassa lignoselulosa. Kulit salak merupakan salah satu jenis limbah biomassa lignoselulosa dan belum dimaksimalkan pemanfaatanya, untuk itu akan diuji sebagai bahan baku karbon aktif pada penelitian ini. Dari hasil penelitian diharapkan didapatkan kondisi proses optimum dalam mensintesis karbon aktif dari kulit salak dengan kapasitansi yang cukup besar agar dapat dijadikan bahan baku pembuatan superkapasitor. Sintesis karbon aktif dilakukan dalam dua tahap utama yaitu karbonisasi dan aktivasi. Karbonisasi merupakan tahap pembentukan karbon aktif dan aktivasi merupakan tahap peningkatan luas permukaan karbon aktif Karbonisasi dalam penelitian ini menggunakan proses hidrotermal menggunakan subkritik air sedangkan untuk aktivasi dilakukan secara kimia menggunakan activator KOH. Pada penelitian ini akan diuji pengaruh pre-treatment kimia, yaitu delignifikasi kulit salak terhadap hasil sintesis karbon aktif Delignifikasi dilakukan dengan merendam kulit salak selama 24 jam dalam larutan KOH (15%w) sebelum dilakukan karbonisasi dan aktivasi. Tujuan dari pretreatment delignifikasi adalah memecah struktur lignin yang menghambat konversi selulosa dan hemiselulosa pada biomassa menjadi karbon aktif. Adapun dilakukan variasi pada temperatur karbonisasi (200°C, 225°C, dan 250°C) dan waktu tinggal karbonisasi (4, 5, dan 6 jam) pada tahap karbonisasi dengan tujuan mencari kondisi optimum karbonisasi. Karbon aktif yang terbentuk pada tahap karbonisasi kemudian diaktivasi dengan impregnasi larutan KOH (25%w), dilanjutkan dengan pemanasan pada temperatur 800°C. Hasil penelitian menyatakan bahwa perolehan karbon aktif dengan pretreatment delignifikasi lebih sedikit dibandingkan tanpa pretreatment delignifikasi. Untuk hasil variasi temperatur dan waktu tinggal, didapatkan kesimpulan semakin bertambah temperatur dan semakin lama waktu tinggal didapatkan perolehan karbon aktif semakin sedikit. Dari hasil analisis morfologi, didapatkan karbon aktif dengan delignifikasi memiliki bentuk tidak beraturan, sedangkan untuk karbon aktif non-delignifikasi didapatkan bentuk seperti sarang lebah. Dari hasil analisis morfologi juga terlihat adanya peningkatan porositas pada karbon aktif yang sudah diaktivasi. Untuk analisis gugus fungsi, dari hasil variasi temperatur dan waktu tinggal juga didapatkan kesimpulan semakin tinggi temperatur dan semakin lama waktu tinggal, gugus fungsi C-0 terus mengalami penurunan intensitas. Pada karbon aktif hasil aktivasi didapatkan penurunan intensitas pada gugus fungsi oksigen (OFG) yang signifikan. Untuk uji kapasitansi, karbon aktif hasil karbonisasi memiliki kapasitansi yang paling besar yaitu 71 ,92 μF/g pada scan rate 2 mV/s; 55,49 μF/g pada scan rate 5 mV/s; dan 31,89 μF/g pada scan rate 10 mV/s. Pada karbon aktif hasil aktivasi didapatkan penurunan kapasitansi menjadi 14,92 μF/g pada scan rate 2 mV/s; 6,081 μF/g pada scan rate 5 mV/s; dan 3,52 μF/g pada scan rate 10 mV/s. Karbon aktif komersial juga diukur kapasitansinya sebagai pembanding, kapasitansi karbon aktif komersil adalah 1,49 μF/g pada scan rate 2 mV/s; 1,32 μF/g pada scan rate 5 mV/s; dan 1,13 μF/g pada scan rate 10 mV/s.