Karbon aktif (AK) mengacu pada bahan berkarbon tinggi yang memiliki porositas dan kemampuan penyerapan tinggi yang dihasilkan dari kayu, tempurung kelapa, batu bara, dan kerucut, dll. AK adalah salah satu adsorben yang sering digunakan dalam berbagai industri untuk menghilangkan banyak polutan dari badan air dan udara. Karena, AK disintesis dari produk pertanian dan limbah, ia telah terbukti menjadi alternatif yang bagus untuk sumber daya yang tidak terbarukan dan mahal yang digunakan secara tradisional. Untuk persiapan AK, dua proses dasar, karbonisasi dan aktivasi, digunakan. Dalam proses pertama, prekursor dikenakan suhu tinggi, antara 400 dan 850 ° C, untuk mengeluarkan semua komponen yang mudah menguap. Suhu yang sangat tinggi menghilangkan semua komponen nonkarbon dari prekursor seperti hidrogen, oksigen, dan nitrogen dalam bentuk gas dan tar. Proses ini menghasilkan arang yang memiliki kandungan karbon tinggi tetapi luas permukaan dan porositas rendah. Namun, langkah kedua melibatkan aktivasi arang yang 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 guna memperoleh luas permukaan dan porositas yang diinginkan. Aktivasi fisik melibatkan aktivasi arang yang telah dikarbonisasi 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 dapat dikontrol sekitar 800°C. Keseragaman pori yang tinggi dapat diperoleh dengan aktivasi karbon dioksida dibandingkan dengan uap. Akan tetapi, 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 pendehidrasi. Dalam pendekatan ini, karbonisasi dan aktivasi dilakukan secara bersamaan pada suhu yang relatif lebih rendah 300-500°C dibandingkan dengan pendekatan fisik. Hasilnya, hal ini memengaruhi dekomposisi pirolitik dan, kemudian, menghasilkan perluasan struktur berpori yang lebih baik dan hasil karbon yang tinggi. Manfaat utama pendekatan kimia dibandingkan pendekatan fisik adalah persyaratan suhu rendah, struktur mikroporositas tinggi, luas permukaan besar, dan waktu penyelesaian reaksi yang diminimalkan.
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.
Bergantung pada ukuran partikel dan metode persiapan, AC dapat dikategorikan menjadi tiga jenis: AC bertenaga, AC granular, dan AC manik. AC bertenaga dibentuk dari butiran halus yang 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 sedikit. AC granular digunakan untuk berbagai aplikasi fase cair dan fase gas tergantung pada rasio dimensinya. Kelas ketiga: AC manik umumnya disintesis dari minyak bumi dengan diameter berkisar antara 0,35 hingga 0,8 mm. AC ini dikenal karena kekuatan mekanisnya yang tinggi dan kandungan debu yang rendah. AC ini banyak digunakan dalam aplikasi fluidized bed seperti penyaringan air karena strukturnya yang bulat.
Waktu posting: 18-Jun-2022