Pengaruh konsentrasi katalis asam sitrat pada sintesis karbon aktif dari kulit salak dan kulit kakao dengan metode karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia

Abstract

Karbon aktif merupakan bahan karbon amorf dengan tingkat porositas yang tinggi dan luas permukaan yang besar sehingga banyak digunakan pada berbagai macam aplikasi. Salah satu alternatif pembuatan karbon aktif untuk mengurangi penggunaan energi tak terbarukan adalah menggunakan limbah biomassa sebagai bahan bakunya. Indonesia memiliki ketersediaan limbah biomassa yang masih belum banyak diolah antara lain adalah kulit salak dan kulit kakao. Kulit salak dan kulit kakao mengandung lignoselulosa sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pada pembuatan karbon aktif. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh konsentrasi katalis asam sitrat dan jenis limbah biomassa terhadap karakteristik hydrochar dan karbon aktif. Pada penelitian ini, pembuatan karbon aktif dilakukan melalui beberapa tahap yaitu pre-treatment, karbonisasi, dan aktivasi. Pada pre-treatment, kulit salak dan kulit kakao akan dikeringkan terlebih dahulu menggunakan oven pada temperatur 110 °C selama 24 jam. Tahap karbonisasi dilakukan menggunakan metode karbonisasi hidrotermal dengan penambahan katalis asam sitrat yang divariasikan konsentrasinya (8, 16, 32 mg dalam 80 mL air). Karbonisasi hidrotermal dilakukan dengan autoklaf dalam oven blower pada temperatur 225 °C selama 18 jam. Pada tahap aktivasi digunakan metode aktivasi secara kimia menggunakan agen pengaktif ZnCl2 pada temperatur 600 °C dan KOH pada temperatur 800 °C dengan rasio massa hydrochar:agen pengaktif sebesar 1:4 menggunakan furnace selama 1 jam. Analisis yang dilakukan pada penelitian ini adalah analisis Brunauer Emmett Teller (BET), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD) dan Raman Spectroscopy. Penambahan katalis asam sitrat pada saat proses karbonisasi hidrotermal memberikan pengaruh pada perolehan, pH, dan gugus fungsi pada hydrochar dari kulit kakao maupun kulit salak. Sementara itu, pada karbon aktif, penambahan katalis asam sitrat hanya memberikan pengaruh pada luas permukaannya, terutama pada karbon aktif dari kulit salak. Penggunaan jumlah katalis asam sitrat yang semakin banyak pada karbonisasi hidrotermal akan meningkatkan perolehan hydrochar, serta meningkatkan luas permukaan dan volume pori pada karbon aktif. Pada penelitian, diperoleh luas permukaan terbaik untuk karbon aktif dari kulit kakao adalah 1.742,2 m2/g dan karbon aktif kulit salak adalah 1.536,9 m2/g. Hydrochar maupun karbon aktif yang didapatkan memiliki kurva isoterm yang menunjukkan keberadaan mikropori dan mesopori pada sampel. Luas permukaan maupun distribusi pori yang didapatkan ini memenuhi syarat untuk dijadikan elektroda pada LIC. Seluruh sampel bahan baku (kulit kakao dan kulit salak) serta hydrochar memiliki gugus fungsi yang sama, namun terdapat sedikit perbedaan intensitas serapan pada beberapa gugus fungsi. Pada analisis XRD, hydrochar dan karbon aktif memiliki puncak yang lebar rentang sudut difraksi 24-27 ° (002) dan pada saat 41-44 ° (100), menunjukkan bahwa adanya struktur amorf pada sampel. Pada analisis Raman Spectroscopy, penambahan katalis menghasilkan nilai ID1/IG yang lebih tinggi, menunjukkan bahwa penambahan katalis meningkatkan degree of disorder pada karbon aktif.