Mengenal Karbon Aktif

Karbon aktif (activated carbon) sering disebut juga arang aktif (activated charcoal/coal), merupakan jenis karbon yang memiliki pori-pori bervolume kecil (microporosity) sehingga memiliki luas permukaan yang besar, berfungsi untuk proses adsorpsi atau terjadinya reaksi kimiawi. Setiap gram karbon aktif memiliki luas permukan sekitar 500 m2, berdasarkan pengukuran tingkat adsorspi gas nitrogen. Untuk meningkatkan efisiensi karbon aktif biasanya dengan cara meningkatkan luas permukaannya, walaupun dapat juga dengan cara ditambahkan senyawa kimia untuk meningkatkan kemampuan adsorpsi-nya.

Karbon aktif kebanyakan berasal dari arang. Arang sifatnya ringan, berwarna hitam, mengandung karbon dan abu (ash) yang diperoleh dengan cara menghilangkan komponen air dan senyawa volatil (yang menguap) dari hewan atau tumbuhan seperti kayu, gula, tulang, dan benda lainnya. Konsentrasi karbon dalam arang menentukan jenis-jenis arang, yaitu:
jenis karbonSemakin tinggi konsentrasi karbon didalam arang, maka proses adsorpsi semakin besar dan tingkat efisiensinya semakin baik. Untuk lebih mudah difahami, berikut saya sertakan contoh struktur kimia untuk anthracite dan bituminous coal yang banyak digunakan untuk sistem pengolahan air:

Proses pembuatan arang dengan cara slow pyrolysis (pirolisis lambat). Pirolisis (pyro: api, dan lysis: memisahkan) adalah dekomposisi material organik secara termokimia pada suhu tertentu tanpa keberadaan oksigen (atau senyawa halogen). Perubahan yang terjadi secara simultan pada struktur kimia dan bentuk fisiknya bersifat irreversible (tidak dapat dikembalikan). Jenis arang yang dihasilkan tergantung dari sumber material organik dan penentuan suhu saat pirolisis.

Berikut adalah perubahan kayu basah menjadi lignite, arang bituminous, dan antracite karena pengaruh pemanasan (heat) dan tekanan (pressure).

slide_59

Karbon aktif ada dalam bentuk powder, granular, dan pelet. Untuk setiap GAC (Granular Activated Carbon) terdiri atas 4 pori:
1. Submicropores (r < 0.4 nm)
2. Micropores (0.4 nm < r < 1 nm)
3. Mesopores (1 nm < r < 25 nm)
4. Macropores (r > 25 nm)


Berikut adalah penampang karbon aktif menggunakan scanning electron microscope (SEM):
Activated_Charcoal
Proses filtrasi yang dilakukan oleh activated carbon adalah dengan proses adsorpsi, dimana senyawa organik, residu clorine, minyak, dan senyawa volatile penyebab bau dan rasa akan menempel berikatan diatas permukaan karbon aktif (lihat gambar dibawah). Adapun daftar senyawa kimia yang dapat diadsorpsi oleh karbon bisa dibuka link berikut: “List of Adsorption Ability of Activated Carbon”.

img_funmatu02
Parameter untuk menentukan performance karbon aktif biasanya dengan cara melakukan pengukuran nomor iodine (IN, Iodine Number), karena karbon aktif memiliki kemampuan adsorpsi yang sangat baik terhadap iodine. Sesuai dengan peraturan AWWA (American Water Works Association), karbon aktif yang digunakan minimal memiliki nomor iodine 500 mg-I2/g-sample. Jika sudah dibawah itu, maka harus segera diganti. Parameter lainnya dengan melihat perubahan warna pada filtered water, jika air tidak terlihat bening dan berubah warna berarti kinerja karbon aktif sudah menurun. Design karbon aktif digambarkan sebagai berikut yang biasanya menggunakan supporting layer gravel atau pebble tergantung aplikasinya:

459101671_059
Perlu diperhatikan bahwa filtrasi karbon aktif hanya untuk menghilangkan kontaminasi senyawa volatil dan organik dalam air (liquid impurities), bukan partikel padatan. Sebaiknya sebelum difilter dengan karbon aktif, difilter terlebih dahulu partikel padatan tersuspensi (suspended solid) yang terdapat dalam air, misalnya dengan filter pasir (sand filter). Hal ini dapat mencegah terjadinya penyumbatan pada macropores karbon aktif oleh partikel padat. Jika karbon aktif tersumbat dengan partikel padat, maka kemampuan adsorpsi akan menurun secara signifikan.

Semoga bermanfaat. Cikarang, May 2016

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s