Sintesis komposit karbon sulfur dari sekam padi menggunakan karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia

Abstract

Indonesia merupakan negara penghasil padi terbesar keempat di dunia dan menyebabkan sekam padi dari tahun ke tahun tersedia dalam jumlah yang berlimpah. Sekam padi adalah limbah biomassa yang berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif karena memiliki kandungan selulosa, hemiselulosa, serta lignin yang tinggi. Karbon aktif merupakan material karbon dengan struktur permukaan berpori dan memiliki luas permukaan yang tinggi. Karbon aktif telah diaplikasikan dalam berbagai kebutuhan industri seperti pemurni air limbah metilen biru, penghilangan ion logam berat dan beracun, dan sebagai elektroda superkapasitor. Pada penelitian ini, karbon aktif akan disintesis dari limbah sekam padi dan diproses menjadi komposit karbon sulfur yang kemudian akan dimanfaatkan sebagai katoda pada baterai litium-sulfur. Sintesis karbon aktif dalam penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap. Tahap pertama adalah karbonisasi hidrotermal dan tahap kedua adalah aktivasi kimia. Tahap sintesis karbon aktif dimulai dengan tahap persiapan sekam padi melalui proses pencucian, pengeringan, dan pengecilan ukuran. Karbonisasi hidrotermal dilakukan dengan pemanasan pada 200oC selama 24 jam dalam reaktor autoklaf dan akan menghasilkan hydrochar yang akan dilanjutkan dengan aktivasi menggunakan H3PO4 atau KOH pada 900oC selama 1 jam dengan variasi rasio massa hydrochar terhadap aktivator adalah 1:2 dan 1:4. Karbon aktif yang dihasilkan kemudian akan dianalisis morfologi, komposisi dan kristalinitasnya. Komposit karbon sulfur akan disintesis dengan mencampurkan karbon aktif dengan sulfur pada rasio massa 1:3 dengan metode melt diffusion. Karakterisasi terhadap karbon aktif dan karbon sulfur pada penelitian ini menggunakan metode SEM-EDS dan XRD. Metode karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia terhadap biomassa sekam padi dapat menghasilkan karbon aktif dengan komposisi karbon 90-92%. Peningkatan rasio activating agent akan menghasilkan karbon aktif dengan morfologi permukaan yang lebih berpori. Activating agent KOH akan menghasilkan perolehan massa karbon aktif yang lebih sedikit, struktur lebih amorf serta morfologi permukaan yang lebih berpori jika dibandingkan dengan H3PO4. Keempat sampel karbon aktif yang diperoleh menunjukkan struktur amorf yang dibuktikan oleh hasil analisis XRD dengan puncak difraksi (2θ) pada 24o dan 43o. Metode difusi lebur dalam sintesis komposit karbon sulfur terhadap sampel HAC-K4 menghasilkan karbon dengan komposisi yang didominasi oleh sulfur serta hasil analisis XRD dengan puncak-puncak tinggi dan tajam yang menyerupai profil XRD sulfur murni.