Sintesis material karbon nano dari mikroalga dengan karbonisasi hidrotermal dan pirolisis menggunakan aktivator H3PO4−KOH dan katalis Ferrocene

Abstract

Karbon nano merupakan material yang sangat berpotensi untuk masa depan. Beberapa struktur karbon nano diantaranya graphene layer, Carbon Nanofiber (CNF), Carbon Nanosphere (CNS), dan Carbon Nanotube (CNT). CNT memiliki berbagai keunggulan dibandingkan material lain seperti memiliki kekuatan tarik yang sangat besar, elastisitas yang tinggi, konduktivitas elektrik yang tinggi (1000 kali lebih besar daripada logam seperti tembaga dan perak), dan konduktivitas panas yang baik. Sifat-sifat unik ini membuat CNT dapat dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi. Namun demikian, hingga saat ini CNT masih sulit untuk diproduksi dalam jumlah yang besar, biaya yang murah, dan ramah lingkungan. Maka dari itu, menggunakan biomassa sebagai bahan baku pembuatan CNT dapat menjadi salah satu alternatif yang perlu dilakukan. Salah satu biomassa yang mudah diperoleh adalah kekayaan laut mengingat Indonesia merupakan negara dengan garis pantai terpanjang kedua di dunia. Mikroalga merupakan salah satu biomassa di laut yang memiliki kandungan karbon cukup tinggi. Maka dari itu, pada penelitian ini akan digunakan Chlorella sp. yang memiliki kandungan karbon sebesar 44,53 % b/b sebagai bahan baku pembuatan CNT. Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu sintesis karbon aktif dan sintesis CNT. Sintesis karbon aktif dilakukan dengan dua metode, yaitu dengan dua tahap pirolisis dan dengan karbonisasi hidrotermal yang dilanjutkan dengan pirolisis. Pada sintesis karbon aktif yang menggunakan metode dua tahap pirolisis, digunakan H3PO4 sebagai aktivator tahap pertama dan KOH sebagai aktivator tahap kedua. Sementara pada sintesis karbon aktif menggunakan metode karbonisasi hidrotermal yang dilanjutkan dengan pirolisis, H3PO4 dan KOH digunakan secara terpisah. Karbon aktif yang terbentuk kemudian diproses untuk menyintesis CNT. CNT disintesis dengan bantuan katalis ferrocene. Dari keempat metode yang dilakukan, metode tiga tahap pirolisis menghasilkan perolehan massa karbon nano terhadap mikroalga dan terhadap karbon aktif yang paling tinggi daripada metode yang lain yaitu berturut-turut 16,08 dan 88,18 %. Berdasarkan analisis SEM, keempat metode yang digunakan tidak dapat menghasilkan CNT. Hanya terbentuk CNS pada metode karbonisasi hidrotermal yang dilanjutkan dengan aktivasi kimia dan pirolisis. CNS yang dihasilkan membentuk suatu aglomerasi dan memiliki diameter ratarata 60 nm. Sementara itu, penggunaan aktivator H3PO4 menghasilkan perolehan massa karbon aktif dan karbon nano yang lebih tinggi dari aktivator KOH, namun menghasilkan CNS dengan morfologi yang kurang sempurna daripada penggunaan aktivator KOH. Berdasarkan analisis XRD, keempat sampel yang diperoleh cenderung memiliki struktur amorf yang lebih dominan daripada struktur kristalin. Persen kristalinitas sampel CNT-R1, CNT-R2, CNT-R3 secara berurutan yaitu 19,76; 18,67; 21,32; dan 20,95 %.