Karbon aktif (AK) mengacu pada material berkarbon tinggi dengan porositas dan kemampuan penyerapan tinggi yang dihasilkan dari kayu, tempurung kelapa, batu bara, kerucut, dll. AK merupakan salah satu adsorben yang sering digunakan dalam berbagai industri untuk menghilangkan berbagai polutan dari air dan udara. Karena disintesis dari produk pertanian dan limbah, AK telah terbukti menjadi alternatif yang baik untuk sumber daya tak terbarukan dan mahal yang digunakan secara tradisional. Untuk pembuatan AK, dua proses dasar, yaitu karbonisasi dan aktivasi, digunakan. Pada proses pertama, prekursor dipanaskan pada suhu tinggi, antara 400 dan 850°C, untuk menghilangkan semua komponen volatil. Suhu yang sangat tinggi menghilangkan semua komponen nonkarbon dari prekursor seperti hidrogen, oksigen, dan nitrogen dalam bentuk gas dan tar. Proses ini menghasilkan arang dengan kandungan karbon tinggi tetapi luas permukaan dan porositasnya rendah. Namun, langkah kedua melibatkan aktivasi arang yang telah disintesis sebelumnya. Peningkatan ukuran pori selama proses aktivasi dapat dikategorikan menjadi tiga: pembukaan pori-pori yang sebelumnya tidak dapat diakses, pengembangan pori-pori baru melalui aktivasi selektif, dan pelebaran pori-pori yang ada.
Biasanya, dua pendekatan, fisik dan kimia, digunakan untuk aktivasi untuk mendapatkan luas permukaan dan porositas yang diinginkan. Aktivasi fisik melibatkan aktivasi arang yang terkarbonisasi menggunakan gas pengoksidasi seperti udara, karbon dioksida, dan uap pada suhu tinggi (antara 650 dan 900°C). Karbon dioksida biasanya lebih disukai karena sifatnya yang murni, penanganan yang mudah, dan proses aktivasi yang terkendali sekitar 800°C. Keseragaman pori yang tinggi dapat diperoleh dengan aktivasi karbon dioksida dibandingkan dengan uap. Namun, untuk aktivasi fisik, uap jauh lebih disukai dibandingkan dengan karbon dioksida karena AC dengan luas permukaan yang relatif tinggi dapat diproduksi. Karena ukuran molekul air yang lebih kecil, difusinya dalam struktur arang terjadi secara efisien. Aktivasi dengan uap telah ditemukan sekitar dua hingga tiga kali lebih tinggi daripada karbon dioksida dengan tingkat konversi yang sama.
Namun, pendekatan kimia melibatkan pencampuran prekursor dengan agen pengaktif (NaOH, KOH, dan FeCl3, dll.). Agen pengaktif ini bertindak sebagai oksidan sekaligus agen dehidrasi. Dalam pendekatan ini, karbonisasi dan aktivasi dilakukan secara bersamaan pada suhu yang relatif lebih rendah, yaitu 300-500°C, dibandingkan dengan pendekatan fisika. Akibatnya, hal ini memengaruhi dekomposisi pirolitik dan, selanjutnya, menghasilkan perluasan struktur berpori yang lebih baik dan hasil karbon yang tinggi. Keunggulan utama pendekatan kimia dibandingkan pendekatan fisika adalah persyaratan suhu yang rendah, struktur mikroporositas yang tinggi, luas permukaan yang besar, dan waktu penyelesaian reaksi yang minimal.
Keunggulan metode aktivasi kimia dapat dijelaskan berdasarkan model yang diusulkan oleh Kim dan rekan kerjanya [1] yang menurutnya berbagai mikrodomain bulat yang bertanggung jawab untuk pembentukan mikropori ditemukan di AC. Di sisi lain, mesopori dikembangkan di daerah intermikrodomain. Secara eksperimental, mereka membentuk karbon aktif dari resin berbasis fenol dengan aktivasi kimia (menggunakan KOH) dan fisik (menggunakan uap) (Gambar 1). Hasil penelitian menunjukkan bahwa AC yang disintesis dengan aktivasi KOH memiliki luas permukaan tinggi yaitu 2878 m2/g dibandingkan dengan 2213 m2/g dengan aktivasi uap. Selain itu, faktor-faktor lain seperti ukuran pori, luas permukaan, volume mikropori, dan lebar pori rata-rata semuanya ditemukan lebih baik dalam kondisi aktivasi KOH dibandingkan dengan aktivasi uap.
Perbedaan antara AC yang disiapkan dari aktivasi uap (C6S9) dan aktivasi KOH (C6K9), masing-masing, dijelaskan dalam bentuk model mikrostruktur.
Berdasarkan ukuran partikel dan metode preparasinya, AC dapat dikategorikan menjadi tiga jenis: AC bertenaga, AC granular, dan AC manik. AC bertenaga terbentuk dari granula halus berukuran 1 mm dengan kisaran diameter rata-rata 0,15-0,25 mm. AC granular memiliki ukuran yang relatif lebih besar dan luas permukaan luar yang lebih kecil. AC granular digunakan untuk berbagai aplikasi fase cair dan fase gas, tergantung pada rasio dimensinya. Kelas ketiga: AC manik umumnya disintesis dari petroleum pitch dengan diameter berkisar antara 0,35 hingga 0,8 mm. AC ini dikenal karena kekuatan mekanisnya yang tinggi dan kadar debu yang rendah. AC ini banyak digunakan dalam aplikasi unggun terfluidisasi seperti filtrasi air karena strukturnya yang bulat.
Waktu posting: 18-Jun-2022