Sintesis porous carbon dari kappa karagenan menggunakankarbonisasi hidrotermal dan aktivitas kimia-NaNH2

Abstract

Kemajuan terbaru dalam kajian material nano menyebabkan kemunculan sintesis senyawa pengembangan karbon, yaitu porous carbon. Penemuan porous carbon menarik perhatian dari kalangan industri karena fleksibilitasnya yang tinggi dalam beragam aplikasi industri, seperti adsorpsi, reaksi katalisis, dan aplikasi pada katoda baterai. Hingga saat ini, pengembangan material tersebut diarahkan pada kajian sustainability dan green chemistry sehingga penggunaan biomassa dan pengembangan proses produksi porous carbon mulai dikembangkan dengan cara-cara yang memenuhi kajian tersebut. Penelitian ini berfokus pada sintesis porous carbon dengan memanfaatkan kappa karagenan sebagai prekursor karbon. Hal tersebut didasari oleh potensi pemanfaatan karagenan dan ketersediaan karagenan yang tinggi di Indonesia. Dalam penelitian ini, kappa karagenan digunakan sebagai prekursor karbon. Sintesis porous carbon dilakukan melalui 3 tahap, yaitu pre-treatment, karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia. Prekursor karbon berupa bubuk kappa karagenan murni dilarutkan dalam air. Karbonisasi hidrotermal dilakukan pada temperatur 200 °C selama 24 jam menggunakan autoclave. Proses dilanjutkan melalui aktivasi kimia dengan memanfaatkan aktivator NaNH2 yang ramah lingkungan. Pada tahap ini, temperatur divariasikan pada 500 °C dan 700 °C. Sedangkan, rasio massa NaNH2 terhadap hydrochar divariasikan pada 2:1 dan 4:1. Analisis karakterisasi porous carbon yang dihasilkan dilakukan dengan X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy with Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS), dan adsorpsi metilen biru untuk meninjau fasa dan struktur material, morfologi dan komposisi material, dan kapasitas adsorpsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan perolehan porous carbon terjadi pada peningkatan rasio impregnasi dan temperatur aktivasi. Namun, penggunaan aktivator NaNH2 telah berhasil mengimpregnasi nitrogen dalam struktur karbon dengan kandungan nitrogen sebesar 0,5% hingga 1%. Analisis SEM menunjukkan bahwa porous carbon yang dihasilkan berbentuk spheroidal dengan permukaan yang halus. Identifikasi fasa dan struktur material melalui analisis XRD mengindikasikan struktur amorf pada porous carbon yang disintesis dengan persentase amorf lebih dari 70%. Selain itu, produk porous carbon tersebut memiliki kapasitas adsorpsi sebesar 140 – 166 mg/g. Angka tersebut menunjukkan kualitas yang lebih baik daripada karbon aktif komersial.