Pengaruh rasio impregnasi urea pada sintesis N-Doped karbon aktif dari kulit kakao dengan metode karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia

Abstract

Kemajuan teknologi saat ini menjadi hal yang sangat penting dalam kehidupan bermasyarakat, sehingga diperlukan perangkat penyimpanan energi untuk mendukung penggunaan energi terbarukan. Salah satu perangkat penyimpan energi adalah Lithium Ion Capacitor (LIC). Pengembangan LIC menjadi penting karena LIC memiliki energy density dan power density yang lebih tinggi, serta cycle life yang lebih panjang. Salah satu prekursor pembuatan karbon aktif sebagai elektroda adalah dengan menggunakan limbah biomassa. Indonesia memiliki limbah kulit kakao yang sangat tinggi dan hingga saat ini belum diolah, sehingga kulit kakao dipilih menjadi prekursor pembuatan karbon aktif pada penelitian ini. Selain karena ketersediaan limbah kulit kakao yang melimpah, kulit kakao juga mengandung lignoselulosa yang baik, sehingga cocok dimanfaatka untuk pembuatan karbon aktif. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan dan rasio penambahan doping nitrogen terhadap karakteristik karbon aktif. Pada penelitian ini, pembuatan karbon aktif dengan bahan baku kulit kakao (CPH) dilakukan melalui beberapa tahap yaitu pre-treatment, karbonisasi hidrotermal, aktivasi kimia. Pada pre-treatment, CPH dikeringkan menggunakan oven pada temperatur 105℃ selama 24 jam. Selanjutkan CPH yang sudah dikeringkan diimpregnasi dengan urea dan dikarbonisasi pada temperatur 200℃. Variasi penelitian ini dilakukan dengan rasio CPH : Urea sebesar 1:0, 1:1, 1:3, dan 1:5. Hydrochar yang dihasilkan dari tahap karbonisasi hidrotermal diaktivasi menggunakan ZnCl2 dengan rasio hydrochar : ZnCl2 = 1:4 pada temperatur 600℃. Bersamaan dengan proses aktivasi kimia, dilakukan juga penambahan urea sebagai doping pada proses aktviasi dengan rasio massa hydrochar : massa urea = 1:0, 1:1, 1:3, 1:5. Analisa yang dilakukan adalah X-Ray Diffaction (XRD) untuk mengamati struktur kristalinitas karbon aktif, fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) untuk menganalisis gugus fungsi yang ada di permukaan karbon aktif, dan Brunauer-Emmett- Teller (BET) untuk menganalisis luas permukaan, volume pori, dan distribusi pori. Penambahan urea sebagai doping nitrogen pada bahan baku CPH menyebabkan terjadinya penurunan yield baik terhadap yield hydrochar maupun yield karbon aktif. Namun demikian, peningkatan rasio urea sebagai doping nitrogen pada hydrochar akan meningkatkan yield karbon aktif. Selain itu, peningkatan rasio urea sebagai doping nitrogen baik pada proses karbonisasi hidrotermal maupun pada proses aktivasi kimia dapat meningkatkan luas permukaan, dimana dari analisis BET diperoleh luas permukaan terbesar adalah sebesar 1724,36 m2/g yang diperoleh dari doping nitrogen dengan rasio berat bahan baku : urea sebesar 1:3. Dari analisis XRD, diperoleh puncak (002) dan (100) untuk semua sampel berada pada rentang 25,46-25,59 dan 42,68-43,86. Selain itu, diperoleh juga bahwa sampel yang dianalisis memiliki sifat dominan amorphous. Dari analisis FTIR, diperoleh bahwa sampel hydrochar dengan doping nitrogen mengindikasikan terbentuknya gugus NH dan C-N dan pada karbon aktif terbentuk gugus N-H, C-N, dan C=C=N.