Pengaruh suhu, waktu tinggal, dan jenis aktivator terhadap karakteristik fisik karbon aktif berbasis bungkil biji kapuk (Ceiba Pentandra) sebagai sumber nitrogen dengan metode karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia

Abstract

Sampai saat ini, produksi karbon aktif secara komersial masih mengandalkan sumber daya yang jumlahnya terbatas dan kurang ramah lingkungan seperti batubara. Penggunaan batubara sebagai bahan baku utama dalam proses produksi karbon aktif tidak hanya berkontribusi pada peningkatan emisi gas rumah kaca yang signifikan, namun juga mengakibatkan kerusakan ekosistem, polusi air, dan degradasi tanah. Oleh karena itu, untuk mengatasi permasalahan tersebut, penelitian ini akan mengeksplorasi pemanfaatan limbah biomassa, khususnya bungkil biji kapuk yang kaya akan kandungan protein, serat, dan karbohidrat sebagai bahan baku alternatif dalam sintesis karbon aktif. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengkaji karakteristik karbon aktif yang dihasilkan dari bungkil biji kapuk secara komprehensif dengan mengevaluasi parameter yield, luas permukaan, struktur pori, dan komposisi kimia dari karbon aktif. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan wawasan yang berharga mengenai potensi dan kelayakan bungkil biji kapuk sebagai bahan baku alternatif untuk produksi karbon aktif, serta membuka jalan bagi pengembangan teknologi yang lebih berkelanjutan di masa depan. Pendekatan yang digunakan dalam sintesis karbon aktif pada penelitian ini adalah karbonisasi hidrotermal dan aktivasi secara kimia. Variasi suhu karbonisasi hidrotermal yang digunakan adalah 200ºC dan 225ºC. Karbonisasi hidrotermal dijalankan pada tekanan 100 bar dengan variasi waktu tinggal selama 1 jam dan 5 jam menggunakan air subkritik, sehingga dihasilkan hydrochar pada masing-masing suhu yang selanjutnya disebut sebagai HC-5-200, HC-5-225, HC-1-200, dan HC-1-225. Setelah itu, masing-masing hydrochar dicampur dengan aktivator KOH atau ZnCl2 dengan konsentrasi 20%-b pada rasio massa hydrochar dan aktivator sebesar 1:4 dan diimpregnasi selama 24 jam. Sampel padatan yang sudah dikeringkan kemudian diaktivasi pada suhu 800ºC untuk KOH dan 600ºC untuk ZnCl2 selama 1 jam untuk memperoleh karbon aktif dengan kondisi yang optimum yang selanjutnya disebut sebagai ACAC-5-200-Z, AC-5-225-Z, dan 5-225-K. Karbon aktif yang sudah diperoleh kemudian dikarakterisasi untuk mengetahui luas permukaan dan karakteristik porinya dengan metode BET, gugus fungsional yang terkandung di dalamnya menggunakan metode FTIR, dan morfologi dan komposisi komponen pada permukaannya menggunakan metode SEM-EDX. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karbonisasi selama 5 jam dan pada suhu 225ºC menghasilkan yield hydrochar dan karbon aktif yang lebih rendah dibandingkan dengan karbonisasi selama 1 jam atau pada suhu 200ºC, tetapi meningkatkan luas permukaan, volume, dan homogenitas pori. Perbedaan suhu tidak secara signifikan mempengaruhi komposisi kimia karbon aktif, akan tetapi karbonisasi pada 200ºC tampak menghasilkan struktur pori yang lebih sedikit dan heterogen dibandingkan dengan 225ºC. Aktivator KOH, meskipun menghasilkan yield karbon aktif yang sangat rendah hingga 2%-b, memberikan luas permukaan dan volume pori terbesar dengan distribusi pori lebih merata dibandingkan ZnCl2. Komposisi nitrogen yang tinggi dalam sampel AC-5-200-Z, AC-5-225-Z, dan 5-225-K, yaitu berturut-turut sebesar, 18,00%-b, 16,57%-b , dan 11,99%-b, menunjukkan potensi bungkil biji kapuk sebagai sumber nitrogen untuk sintesis karbon aktif melalui mekanisme N-self-doping.