Karbon Aktif: Menjelajahi Keajaiban Material Berpori
Karbon Aktif: Menjelajahi Keajaiban Material Berpori
Pernahkah Anda mendengar tentang material ajaib yang mampu membersihkan air, menghilangkan bau tak sedap, bahkan memurnikan emas? Material tersebut bernama karbon aktif, atau sering disingkat AC. AC merupakan bentuk karbon amorf yang memiliki struktur berpori dengan luas permukaan internal yang luar biasa besar. Bayangkan spons raksasa di tingkat mikroskopis, itulah gambaran sederhana dari karbon aktif.
[Karbon aktif menjelajahi keajaiban material berpori pdf,Karbon aktif Jurnal,Contoh karbon aktif]
Sumber dan Keunggulan Karbon Aktif
Berbagai bahan organik dapat menjadi sumber pembuatan AC, mulai dari tempurung kelapa dan kayu hingga batu bara. Meskipun batu bara antrasit dan bitumen telah lama menjadi sumber utama, potensi bahan karbon lainnya terus dieksplorasi. Lebih lanjut tentang klasifikasi karbon aktif.
Rahasia keampuhan AC terletak pada luas permukaannya yang masif, struktur pori yang unik, dan tingkat reaktivitas permukaan yang tinggi. Ketiga faktor ini menjadikannya penyerap (adsorben) yang sangat efektif. AC mampu menjerat berbagai kontaminan, mulai dari klorin dan bau tak sedap hingga zat warna dalam cairan dan uap.
Tingkat porositas yang tinggi, luas permukaan yang luas, dan beragam gugus fungsi pada AC menjadikannya solusi jitu untuk menghilangkan polutan dari air dan udara. Keunggulan lainnya, AC tergolong material yang hemat biaya. Tak heran jika AC dimanfaatkan di berbagai sektor, seperti pemurnian air, industri makanan dan minuman, kosmetik, otomotif, pemurnian gas industri, perminyakan, dan bahkan pemulihan logam mulia seperti emas.
Klasifikasi, Karakteristik, dan Aplikasi Karbon Aktif
Bab ini akan membahas lebih dalam mengenai klasifikasi, karakteristik, dan beragam aplikasi karbon aktif. Simak terus untuk mengungkap lebih banyak keajaiban material berpori ini.
1.1 Pendahuluan
Mari kita mulai perjalanan menjelajahi dunia karbon aktif!
Karbon Aktif: Material Ajaib dengan Luas Permukaan Luar Biasa
Pernahkah Anda mendengar tentang karbon aktif? Mungkin lebih familiar dengan sebutan arang aktif. Material ini, yang terbuat dari grafit kasar dan tidak berstruktur sempurna, memiliki rahasia tersembunyi: jaringan pori-pori yang luas dan beragam, mulai dari retakan yang terlihat mata hingga celah berukuran molekul. Rahasia inilah yang menjadikan karbon aktif begitu istimewa.
Luas Permukaan yang Menakjubkan
Bayangkan sebuah spons raksasa di tingkat mikroskopis. Itulah gambaran sederhana dari karbon aktif. Luas permukaannya yang luar biasa menjadikannya sangat efektif dalam berbagai aplikasi, terutama untuk menghilangkan kotoran dari udara dan air. Sebelum diaktifkan, arang hanya memiliki luas permukaan 2,0 hingga 5,0 m2 g-1. Namun, setelah diaktifkan, luas permukaannya melonjak drastis hingga mencapai 1000 m2 g-1, bahkan analisis menunjukkan bisa mencapai lebih dari 3000 m2 g-1! Keajaiban ini berkat mikroporositasnya yang tinggi.
Kekuatan Adsorpsi: Menangkap Molekul
Bagaimana karbon aktif membersihkan udara dan air? Kuncinya adalah adsorpsi, proses di mana molekul menempel pada permukaan. Ada beberapa gaya yang berperan dalam proses adsorpsi pada karbon aktif:
(a) Gaya Dispersi London (Gaya van der Waals): Gaya tarik-menarik antarmolekul ini sangat sensitif terhadap jarak. Semakin dekat molekul dengan permukaan karbon, semakin kuat gaya tariknya. Karena sifatnya yang aditif, gaya adsorpsi total merupakan gabungan dari semua interaksi atom. Kombinasi jarak dekat dan interaksi kumulatif ini membuat karbon aktif memiliki gaya adsorpsi fisik terkuat di antara material yang kita kenal.
(b) Adsorpsi Fase Gas: Proses ini banyak digunakan dalam skala industri untuk memurnikan atau memisahkan udara, gas alam, bahan kimia, dan petrokimia. Ketika gas bersentuhan dengan karbon aktif, molekul-molekul gas tertarik dan menempel pada permukaan pori-pori, seolah-olah mengembun di dalamnya. Rasio tekanan parsial senyawa terhadap tekanan uapnya mempengaruhi proses adsorpsi ini.
Adsorpsi Fase Cair
Bayangkan molekul-molekul kecil, seperti ion atau atom, menempel pada permukaan suatu material, seperti lem yang menempel pada kertas. Proses inilah yang disebut adsorpsi fase cair. Molekul-molekul tersebut berpindah dari cairan dan membentuk lapisan tipis, yang disebut adsorbat, pada permukaan material, yang disebut adsorben. Proses ini seperti spons yang menyerap air, di mana molekul-molekul "terjebak" dalam pori-pori material dalam keadaan semi-cair. Semakin tinggi konsentrasi dan kelarutan suatu senyawa, semakin mudah ia teradsorpsi.
Arang Aktif (AC) dan Aplikasinya
Arang aktif (AC) adalah material ajaib yang mampu menyerap berbagai zat. Meskipun semua zat dapat teradsorpsi, AC sangat efektif dalam menyerap molekul organik dan beberapa zat anorganik berat seperti yodium dan merkuri. Semakin besar berat molekul suatu senyawa, semakin banyak gugus fungsi khusus (seperti halogen atau ikatan rangkap), dan semakin mudah terpolarisasi, semakin kuat pula ia terikat oleh AC. Perawatan kimia khusus dapat lebih meningkatkan kemampuan adsorpsi AC.
Berbagai bahan limbah dapat diubah menjadi AC yang bermanfaat. Sumber-sumber ini termasuk sabut kelapa, limbah pabrik kertas, berbagai jenis batubara (bitumen, antrasit, lignit, sub-bitumen, dll.), resin fenolik, rayon, kayu, akrilonitril, pitch tar batubara, pitch minyak bumi, serbuk gergaji, abu rumput (gambut), bambu, gambut willow, dan serbuk gergaji. Bahan-bahan ini diproses menjadi arang terlebih dahulu sebelum "diaktifkan" menjadi AC. AC yang berasal dari batubara disebut batubara aktif.
Sumber Bahan Baku AC
Struktur AC
(Penjelasan selanjutnya tentang struktur AC akan ditempatkan di sini)
Struktur AC memiliki dampak signifikan pada kemampuannya untuk menyerap zat. AC dan grafit murni memiliki struktur kimia dasar yang sangat mirip. Lapisan segi enam yang menyatu yang membentuk kristal grafit tetap bersatu oleh gaya van der Waals yang lemah. Struktur AC berbeda dari grafit dalam hal jarak antar lapisan. Jarak antar lapisan adalah 0,34 hingga 0,35 nm di AC, sedangkan 0,33 nm di grafit. AC dibagi menjadi varietas grafitisasi dan non-grafitisasi berdasarkan kemampuannya untuk membentuk grafit. Ada beberapa lapisan grafena dalam karbon grafitisasi yang diposisikan sejajar satu sama lain. Karena ikatan silang yang lemah antara mikrokristalit di dekatnya dan struktur berpori yang belum berkembang, karbon yang dihasilkan sensitif. Ikatan silang yang kuat antara kristalit membuat karbon non-grafitisasi menjadi kuat, dan mereka menunjukkan struktur mikropori yang berkembang dengan baik. 26,27 Bila oksigen terikat hadir atau bila jumlah hidrogen dalam bahan baku awal tidak mencukupi, struktur non-grafitisasi dengan ikatan silang yang kuat dapat terbentuk lebih mudah. Ikatan karbon-karbon menyatukan lapisan-lapisan tersebut. Fitur utama AC, yang meliputi struktur pori-porinya, sebagian besar dipengaruhi oleh bahan baku dan proses pembuatannya. Sudah lama menjadi kontroversi untuk mengidentifikasi struktur AC. Harry Marsh dan Francisco Rodrguez–Reinoso meneliti lebih dari 15 model untuk struktur yang disebutkan dalam buku mereka yang dirilis pada tahun 2006, tetapi mereka tidak dapat menentukan mana yang paling akurat. 28,29 Struktur AC terdiri dari cincin heptagonal dan pentagonal yang sangat mirip dengan struktur fullerene, menurut penelitian terkini yang menggunakan mikroskopi elektron transmisi yang dikoreksi aberasi. 29
Struktur bahan baku juga memengaruhi struktur berpori dan sifat-sifat bermanfaat dari adsorben karbon. Oleh karena itu, pemilihan bahan yang tepat sama pentingnya dengan pemilihan teknologi produksi yang tepat dan penentuan kondisi pemrosesan yang ideal. Oleh karena itu, berbagai upaya telah dilakukan untuk menemukan sumber daya baku baru yang dapat digunakan dalam pembuatan adsorben karbon. Secara khusus, limbah biomassa dari kayu, makanan, dan sumber-sumber lain serta pertanian telah menarik perhatian dalam hal ini. Pembuatan AC yang berasal dari limbah biomassa dapat meningkatkan keuntungan ekonomi dan mengurangi polusi karena pemrosesan kayu, pertukangan, dan industri terkait lainnya memiliki potensi pasokan bahan baku yang besar. Kwiatkowski et al. menyelidiki produksi AC dari berbagai sumber daya yang berasal dari biomassa dengan aktivasi dengan KOH. Mereka juga melakukan analisis komputer menyeluruh terhadap struktur berpori dan karakteristik adsorpsi karbon berdasarkan isoterm adsorpsi benzena (C 6 H 6 ). Hasil pencitraan SEM menunjukkan bahwa struktur topologi AC yang terbuat dari kayu hitam (EBAC/3), mahoni (MAAC/3), dan kayu hornbeam (HBAC/3) sangat mirip ( Gambar 1.2 ). Oleh karena itu, pemeriksaan struktur berpori AC mengungkapkan potensi substansial untuk memproduksi AC dari limbah biomassa dengan kapasitas adsorpsi yang sangat tinggi dan luas permukaan spesifik yang signifikan dengan aktivasi dengan KOH. 30 Gambar 1.2 Mikrograf SEM dari sampel AC yang diperoleh dari berbagai bahan biomassa.30 Direproduksi dari ref. 30, https://doi.org/10.3390/ma14154121, berdasarkan ketentuan lisensi CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. Lihat slide besar Unduh Mikrograf SEM dari sampel AC yang diperoleh dari berbagai bahan biomassa. 30 Direproduksi dari ref. 30 , https://doi.org/10.3390/ma14154121 , berdasarkan ketentuan lisensi CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ . Gambar 1.2
Mikrograf SEM dari sampel AC yang diperoleh dari berbagai bahan biomassa.30 Direproduksi dari ref. 30, https://doi.org/10.3390/ma14154121, berdasarkan ketentuan lisensi CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. Lihat slide besar Unduh Tutup modal 1.1.2 Reaksi Aktivasi atau Pengaktifan Karbon Karbon mentah diubah menjadi zat berpori melalui aktivasi, sehingga luas permukaannya meningkat. Aktivasi kimia dan fisika adalah dua metode aktivasi, yang dijelaskan dalam bagian berikut: 1.1.2.1 Aktivasi Fisik Gas panas digunakan untuk menghasilkan AC dari bahan sumber. 31,32 Gas tersebut kemudian dibakar dengan bantuan udara, sehingga menghasilkan bentuk AC yang disaring, dipoles, dan disikat ( Gambar 1.3 ). Satu atau beberapa prosedur berikut yang dijelaskan dalam daftar berikut biasanya digunakan untuk mencapai hal ini: (i) Karbonisasi: dengan adanya gas seperti nitrogen dan argon (lingkungan inert) dan pada suhu berkisar antara 600 dan 900 °C, material yang mengandung karbon dipirolisis. (ii) Aktivasi/oksidasi: pada suhu antara 600 dan 1200 °C, bahan baku terkena atmosfer pengoksidasi (uap atau oksigen). Sampel dipanaskan selama 1 jam pada suhu 450 °C dalam tungku peredam berisi udara untuk mengaktifkannya. Gambar 1.3 Ilustrasi proses aktivasi fisik karbon. Lihat slide besar Unduh Ilustrasi proses aktivasi fisik karbon. Gambar 1.3 Ilustrasi proses aktivasi fisik karbon. Lihat slide besar Unduh Tutup modal 1.1.2.2 Aktivasi Kimia
Berbagai senyawa diinfus ke dalam material karbon. Biasanya, zat yang diinfus adalah salah satu dari berikut ini: asam fosfat (25%), kalium hidroksida (5%), natrium hidroksida (5%), kalsium klorida (25%), dan seng klorida (25%). Setelah menghalangi udara, karbon dipanaskan hingga suhu tinggi (500–700 °C) untuk mencegah pembentukan tar dan AC ( Gambar 1.4 ). Karbon diperkirakan diaktifkan pada titik ini oleh suhu, yang menyebabkan zat tersebut retak terbuka dan mengembangkan lebih banyak pori-pori kecil. Karena suhu yang lebih rendah, keseragaman kualitas yang lebih baik, dan waktu aktivasi yang lebih singkat yang diperlukan untuk material, aktivasi kimia lebih disukai daripada aktivasi fisik. Untuk mencegah produksi tar, produk berbasis kayu (seperti serbuk gergaji dan serpihan kayu) dipanaskan hingga suhu tinggi. Agen kimia yang mendegradasi serat material berbasis kayu diterapkan dan dibiarkan masuk, seperti seng klorida dan asam fosfat. K 2 CO 3 , KOH, ZnCl 2 , dan H 3 PO 4 merupakan aktivator kimia yang paling sering digunakan. 33–35 Proses kompleks seperti kondensasi, pengeringan, karbonisasi, polimerisasi, dan oksidasi semuanya merupakan bagian dari reaksi ini. Gambar 1.4 Ilustrasi proses aktivasi kimia karbon. Lihat slide besar Unduh Ilustrasi proses aktivasi kimia karbon. Gambar 1.4 Ilustrasi proses aktivasi kimia karbon. Lihat slide besar Unduh Tutup modal 1.2 Kategorisasi AC AC merupakan produk rumit yang dikategorikan berdasarkan perilaku, sifat permukaan, dan sifat penting lainnya. Beberapa klasifikasi umum berdasarkan teknik pemrosesan, ukuran, dan aplikasi industri dijelaskan di bagian berikut. 36 1.2.1 AC Serbuk (PAC)
PAC atau pulverized AC adalah istilah yang digunakan oleh ASTM, yang sebelumnya dikenal sebagai American Society for Testing and Materials, untuk menggambarkan partikel yang lolos dari saringan 80 mesh (0,180 mm). PAC memiliki partikel AC kecil yang dibuat dengan menggiling atau menghancurkan AC, dengan ukuran rata-rata yang biasanya
Permukaan luar GAC lebih kecil daripada PAC karena ukuran partikelnya lebih besar. Kisaran ukuran partikel berbentuk tidak teratur yang membentuk GAC adalah 0,2 hingga 5 mm. Bahan dasar tersebut diaktifkan secara langsung atau setelah diaglomerasi untuk membuat GAC. Oleh karena itu, difusi adsorbat merupakan faktor yang signifikan. Karbon ini sesuai untuk adsorpsi gas dan uap karena difusi zat gas yang cepat. GAC digunakan untuk pemurnian air dan udara, pemisahan zat, dan penghilang bau umum di bak pencampur cepat dan sistem aliran. Tempurung kelapa, batu bara, gambut, dan bahan organik dasar lainnya yang tinggi karbon digunakan untuk membuat GAC. Saat air melewati filter yang terbuat dari GAC, panas digunakan untuk mengaktifkan luas permukaan karbon, menghilangkan beberapa senyawa yang telah terlarut dalam air. Karena karakteristiknya yang berpori, GAC menyerap senyawa kimia. Pada permukaan bagian dalam AC, adsorpsi terjadi. Adsorpsi adalah proses penghilangan zat dari cairan atau gas dengan cara menyebarkannya ke permukaan adsorben melalui struktur berpori AC. Gaya tarik menarik kemudian menahan zat tersebut pada permukaan adsorben. 1.2.3 AC Ekstrusi (EAC) Antrasit atau arang yang dihaluskan dan pengikat yang sesuai digabungkan untuk membuat AC yang diekstrusi (pelet yang ditekan), yang kemudian diekstrusi pada tekanan tinggi menjadi bentuk silinder dengan diameter berkisar antara 0,8 hingga 130 mm. Untuk mencapai bentuk pori tertentu, katalis aktivasi seperti kalium hidroksida kadang-kadang digunakan sebelum ekstrusi. Karena kekuatan mekanisnya yang sangat baik, kandungan debu yang minimal, dan kehilangan tekanan yang rendah, ini sebagian besar digunakan untuk aplikasi fase gas. 1.2.4 Arus Bolak-Balik (BAC)
BAC hadir dalam diameter berkisar antara sekitar 0,35 hingga 0,80 mm dan diproduksi dari minyak bumi. Mirip dengan EAC, meskipun dengan ukuran butiran lebih kecil, BAC juga terkenal karena konsentrasi polusinya yang rendah, kekuatan mekanisnya yang tinggi, dan penurunan tekanan yang sangat sedikit. BAC disukai untuk penyaringan air karena bentuknya yang bulat. 1.2.5 AC Terimpregnasi
Ketika bahan kimia dan partikel logam terdistribusi secara merata pada permukaan bagian dalam pori-pori AC, impregnasi permukaan mengubah material secara kimiawi. Sinergisme antara bahan kimia dan karbon secara signifikan meningkatkan kemampuan penyerapan karbon. Selain itu, hal ini menawarkan cara praktis untuk menghilangkan kontaminan dari aliran gas yang tidak mungkin dilakukan dengan cara lain. Yodium dan perak hanyalah dua contoh dari beberapa jenis komponen anorganik yang ditemukan dalam karbon berpori. Aluminium, mangan, seng, besi, litium, dan kalsium hanyalah beberapa kation yang telah digunakan untuk aplikasi khusus dalam pengurangan polusi udara, khususnya di pameran dan museum. AC dengan perak digunakan sebagai penyerap untuk penyaringan air rumah tangga karena sifat antibakteri dan antiseptiknya. Air alami dapat diubah menjadi air minum dengan mengolahnya menggunakan larutan AC dan flokulan Al(OH) 3 . Hidrogen sulfida (H 2 S) dan tiol juga dapat diserap pada karbon yang terimpregnasi. Telah dilaporkan tingkat penyerapan H 2 S hingga 50% berat. Karbon yang diresapi perak merupakan penyerap yang kuat untuk pemurnian di rumah-rumah berbasis tanah dan sistem air lainnya karena sifat antimikroba/antiseptiknya. Gas buang pada pembangkit listrik berbahan bakar batu bara dan aplikasi pengatur polusi udara lainnya diolah menggunakan AC yang diresapi. Aldehida, yodium radioaktif dan merkuri, dan gas anorganik seperti arsina dan fosfina semuanya dapat dihilangkan menggunakan AC dengan menghamilinya secara selektif dengan zat-zat ini. Gas anorganik seperti HCN, H 2 S, fosfina, dan arsina merupakan target karbon yang diresapi oksida logam. 1.2.6 Karbon berlapis polimer
Untuk menciptakan lapisan yang halus dan mudah menyerap tanpa menyumbat pori-pori, polimer biokompatibel dapat diaplikasikan pada karbon berpori menggunakan metode ini. Hemoperfusi dapat memperoleh manfaat dari karbon yang dihasilkan. Hemoperfusi adalah prosedur medis yang membuang senyawa berbahaya dari darah dengan mengalirkan darah pasien di atas bahan penyerap. 1.2.7 Karbon Tenun Kain AC untuk penyaringan karbon dapat diproduksi menggunakan serat rayon teknis. Menurut teori BET, kain aktif memiliki kemampuan penyerapan yang lebih tinggi daripada arang aktif (luas permukaan: 500–1500 m 2 g −1 , volume pori: 0,3–0,8 cm 3 g −1 ). 1.3 Sifat-sifat AC Karbon yang diaktifkan secara fisik menggunakan gaya van der Waals atau gaya dispersi London untuk mengikat bahan. Alkohol, diol, basa dan asam kuat, logam, dan sebagian besar zat anorganik, seperti natrium, litium, timbal, besi, fluor, arsenik, dan asam borat, tidak terikat dengan baik pada karbon aktif. Yodium diserap dengan sangat baik oleh karbon aktif. AC tidak terlalu efektif dalam menyerap karbon monoksida. Fakta bahwa bahan tersebut digunakan dalam filter pernapasan, lemari asam, atau peralatan pengatur gas lainnya harus menjadi perhatian khusus bagi mereka yang menggunakannya karena gas tersebut berbahaya bagi metabolisme dan sistem saraf serta tidak dapat dirasakan oleh indera manusia. Untuk meningkatkan kemampuan menyerap beberapa molekul anorganik (dan organik berbahaya) seperti amonia (NH 3 ), H 2 S, merkuri (Hg), formaldehida (HCOH), dan iodin radioaktif-131 (I-131), AC dapat digunakan sebagai media untuk menyerap berbagai bahan kimia. Pada bagian berikut, berbagai karakteristik AC dijelaskan. 1.3.1 Angka Yodium
Metode yang digunakan untuk menilai potensi adsorpsi AC adalah bilangan iodin. Jumlah iodin yang diserap oleh 1 g karbon pada tingkat mg adalah bilangan iodin, yang mengukur porositas AC. 37 Luas permukaan yang dapat digunakan dalam m 2 g −1 karbon murni ditunjukkan oleh bilangan iodin (atau “nilai iodin”) (ASTM D4607). Bilangan iodin, yang dikaitkan dengan “aktivitas” AC dan sering digunakan sebagai parameter kendali mutu (QC) dalam produksi dan reaktivasi AC, tidak selalu menawarkan ukuran kapasitas karbon untuk mengadsorpsi bahan kimia lain. Bilangan iodin biasanya 50 hingga 100 mg g −1 lebih rendah dari luas permukaan BET. Diketahui secara luas bahwa kompleks oksigen permukaan karbon, pH, dan komponen abu semuanya berdampak pada adsorpsi iodin dari larutan berair. Bilangan iodin AC murni akan berkurang 20 hingga 50 poin setelah dibasahi dengan air dan dikeringkan karena kompleks oksigen permukaan telah berubah. Dalam filter AC, sampel QC harus dikumpulkan dalam keadaan kering, bukan basah. Banyak karbon yang menyerap senyawa kecil secara selektif. Faktor paling penting yang digunakan untuk menggambarkan kinerja AC adalah bilangan iodin. Bilangan ini adalah pengukuran tingkat aktivitas (bilangan yang lebih besar menunjukkan tingkat aktivasi yang lebih tinggi) dan sering dinyatakan dalam mg g −1 (kisaran umum: 500–1200 mg g −1 ). Dengan penyerapan iodin dari larutan, kandungan mikropori AC (0–20, atau hingga 2 nm) diukur. Kandungan ini sesuai dengan luas permukaan karbon sebesar 900–1100 m 2 g −1 . Kandungan ini berfungsi sebagai tolok ukur dalam aplikasi fase cair. Nilai iodin untuk karbon yang digunakan dalam pengolahan air biasanya berkisar antara 600 hingga 1100. Metrik ini sering digunakan untuk menilai seberapa banyak karbon yang digunakan. Interaksi kimia antara adsorben dan iodin dapat mengubah penyerapan iodin jika metode ini digunakan secara sembarangan dan menghasilkan hasil yang tidak akurat. Mengingat hal ini, penggunaan bilangan iodin sebagai pengukur tingkat penipisan lapisan karbon hanya disarankan jika lapisan tersebut telah terbukti bebas dari interaksi kimia dengan adsorbat dan jika hubungan eksperimental antara bilangan iodin dan tingkat penipisan telah ditetapkan untuk aplikasi tertentu.
1.3.2 Jumlah Molase Karbon tertentu lebih baik dalam menyerap senyawa berat. Dengan menyerap molase dari larutan, kandungan mesopori AC (>2 nm) diukur sebagai jumlah molase atau efisiensi molase. 38 Peningkatan penyerapan molekul besar ditunjukkan oleh jumlah molase yang tinggi (kisaran 95–600). Kinerja penghilangan warna karamel sebanding dengan molase. Efisiensi molase berada dalam kisaran 40% hingga 185%, dan itu sesuai dengan jumlah molase (600 = 185%, 425 = 85%). Kemampuan penghilangan warna AC diukur menggunakan jumlah molase (DSTM 16), yang juga berfungsi sebagai indikator struktur pori makro dan pori transpor material. Sejumlah karbon bubuk dikombinasikan dengan larutan molase standar dan dipanaskan selama periode yang telah ditentukan. Jumlah molase menggambarkan seberapa banyak warna yang dihilangkan oleh AC dibandingkan dengan karbon biasa. Jadi, semakin baik produknya, semakin tinggi angka molasenya. Hubungan antara angka molase Eropa dan Amerika Utara (525–110) adalah terbalik. Larutan molase encer standar yang distandarisasi terhadap AC diberi angka molase, yang menunjukkan tingkat dekolorisasi. Angka molase menunjukkan kemungkinan kapasitas pori yang dapat diakses oleh entitas penyerap yang lebih besar karena ukuran badan warna. 1.3.3 Kepadatan Tampak Volume tetap berat AC dihitung menggunakan kerapatan tampak. Kepadatan padat atau rangka AC biasanya berkisar antara 2,0 dan 2,1 g cm -3 (125–130 lbs per kaki) 3 Bahasa Indonesia: yaitu , jika semua celah pori dihilangkan). Namun demikian, karena ada sejumlah besar ruang hampa antara partikel dalam sampel AC, kerapatan operasional (tampak) aktual sering kali lebih rendah, berkisar antara 0,4 hingga 0,5 g cm -3 (25–31 pon per kaki 3 ). Ketika membandingkan bahan sumber yang sama, aktivitas volume yang lebih besar dan karbon aktif yang lebih baik biasanya ditunjukkan dengan kerapatan tampak yang lebih tinggi. Ini juga dapat menunjukkan berbagai bahan awal (seperti batu bara bitumen
melawan batu bara lignit melawan kayu). AC biasanya memiliki kerapatan padat atau rangka 2000–2100 kg m -3 (125–130 lbs per kaki kubik). Kepadatan nyata atau tampak dari sampel AC akan lebih rendah, sekitar 400 hingga 500 kg m -3 (25–31 lbs per kaki kubik), karena sebagian besar sampel akan terdiri dari ruang udara di antara partikel. Aktivitas volume yang lebih besar dan AC berkualitas lebih baik biasanya dikaitkan dengan kepadatan yang lebih tinggi. Kepadatan tampak AC dihitung menggunakan ASTM D 2854-09 (2014). 1.3.4 Angka Kekerasan/Abrasi Kekuatan mekanis AC merupakan salah satu karakteristik mekanis fundamentalnya. Kekuatan ini dapat dideskripsikan sebagai ketahanan material terhadap keausan dan kerusakan saat digunakan. Ada banyak pengujian yang tersedia untuk menilai ketangguhan mekanis GAC. Pengujian ini mengukur jumlah partikel halus yang dihasilkan atau perubahan distribusi ukuran partikel. Untuk mengukur karakteristik kekuatan yang berbeda, berbagai metode pengujian kekuatan mekanis tidak dapat dihubungkan secara matematis satu sama lain. Angka kekerasan merupakan metode pengujian yang paling populer, diikuti oleh angka abrasi. Angka kekerasan (DSTM 20) mengukur seberapa baik integritas eksternal AC bertahan terhadap keausan di sepanjang tepi dan kerusakan pada titik-titik kecil. Setelah mengocok butiran dalam keadaan tertentu, angka tersebut dinyatakan sebagai persentase kehilangan pada saringan tertentu. Angka abrasi AWWA B604 mengukur daya tahan struktural GAC. Angka ini menilai ketahanan partikel terhadap tekanan geser yang disebabkan oleh partikel yang bergesekan satu sama lain atau terhadap permukaan seperti layar penyangga atau dinding kolom. 39
Hal ini dinilai sebagai persentase penurunan diameter partikel rata-rata (MPD) dengan mengaduk butiran dengan bola baja dalam wadah dalam kondisi tertentu. Ketahanan AC terhadap gesekan diukur dengan parameter ini. Kemampuan AC untuk mempertahankan integritas fisiknya dan menahan gaya gesekan merupakan indikator penting. Bahan baku dan tingkat aktivitas memiliki dampak signifikan terhadap kekerasan AC. 1.3.5 Kandungan Abu Total abu mengukur konsentrasi oksida mineral berbasis berat dari AC. Pada 800 °C, komponen mineral diubah menjadi oksida yang sesuai untuk menentukan nilainya. Jumlah abu, yang terutama terbuat dari silika dan aluminium, bergantung pada bahan baku utama yang digunakan untuk membuat produk jadi. Nilai tipikal untuk AC berbasis kayu, tempurung kelapa, dan batu bara masing-masing adalah 2–3% b/b, 5% b/b, dan 8–15% b/b. Abu menurunkan aktivitas total AC dan efektivitas reaktivasi; jumlahnya hanya berdasarkan bahan baku dasar yang digunakan untuk membuat AC ( misalnya , kelapa , kayu, batu bara). Perubahan warna dapat berasal dari oksida logam (Fe2O3 ) yang keluar dari AC. Kandungan abu yang larut dalam asam/air lebih penting daripada kandungan abu total. Bagi akuarium, jumlah abu yang larut dapat menjadi krusial karena oksida besi dapat mendorong pembentukan alga. Untuk ikan laut, ikan air tawar, dan akuarium terumbu karang, karbon dengan konsentrasi abu terlarut rendah harus digunakan untuk mencegah keracunan logam berat dan pertumbuhan tanaman/alga yang berlebihan. Kandungan abu karbon dioksida dipastikan menggunakan ASTM (Metode Uji Standar D2866). 1.3.6 Aktivitas Karbon Tetraklorida Tingkat aktivasi AC dapat ditentukan menggunakan prosedur pengujian ini. Ketika AC jenuh dengan karbon tetraklorida (CCl4 ) dalam keadaan yang ditentukan dalam metode pengujian ini, aktivitas karbon tetraklorida didefinisikan sebagai berat CCl4 yang diserap oleh sampel AC dibagi dengan berat sampel (dalam %). 1.3.7 Distribusi Ukuran Partikel
Meningkatkan Efisiensi Karbon Aktif (AC)
Ukuran Partikel dan Pengaruhnya
Ukuran partikel AC yang lebih halus dapat secara signifikan meningkatkan akses ke area permukaan dan mempercepat laju kinetika adsorpsi. Hal ini berdampak positif pada proses penyerapan. Namun, perlu diingat bahwa partikel yang lebih halus dapat menyebabkan penurunan tekanan, yang pada akhirnya akan meningkatkan biaya energi, terutama pada sistem yang melibatkan fase uap. Oleh karena itu, penting untuk menentukan distribusi ukuran partikel yang tepat untuk mengoptimalkan manfaat operasional.
Secara khusus, untuk adsorpsi mineral seperti emas, ukuran partikel AC yang ideal berkisar antara 1,4 hingga 3,35 milimeter (0,055 - 0,132 inci). Penggunaan partikel yang lebih kecil dari 1 mm tidak disarankan.
Modifikasi Sifat dan Reaktivitas AC
AC dikenal karena fleksibilitas dan kegunaannya yang luas dalam menghilangkan kontaminan. Para peneliti terus berupaya meningkatkan efisiensi AC dengan memodifikasi sifat uniknya agar lebih efektif dalam menarik polutan tertentu.
Peran Gugus Fungsi Permukaan
Komposisi gugus fungsi pada permukaan AC memegang peranan penting dalam sifat asam-basa, reaksi oksidasi-reduksi, dan proses adsorpsi. Permukaan AC konvensional bersifat reaktif dan dapat dioksidasi oleh berbagai zat seperti ozon, karbon dioksida, oksigen, dan uap plasma oksigen. Oksidasi juga dapat terjadi dalam fase cair dengan menggunakan bahan kimia seperti HNO3, H2SO4, dan KMnO4.
Proses oksidasi ini menghasilkan gugus basa dan asam pada permukaan karbon, yang dapat mengubah karakteristik penyerapan material dan sifat-sifat lainnya secara signifikan dibandingkan dengan kondisi awalnya.
Modifikasi dan Regenerasi Arang Aktif (AC)
Modifikasi Permukaan AC
Arang aktif (AC) dapat dimodifikasi dengan berbagai cara untuk meningkatkan kinerjanya. Penambahan nitrogen, misalnya dari senyawa alami, polimer, atau reagen nitrogenasi selama pemrosesan karbon, dapat men-nitrogenasi AC. Selain itu, unsur halogen seperti fluor, klorin, dan bromin juga dapat berinteraksi dengan AC. Salah satu metode yang menarik adalah difluoralkilasi permukaan AC melalui Chemical Vapor Deposition (CVD) atau perlakuan dengan (per)fluoropolieter peroksida. Modifikasi ini menghasilkan material dengan konduktivitas listrik dan termal yang sangat baik, hidrofobisitas tinggi, dan stabilitas kimia, sehingga cocok digunakan sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor.
Pengembangan AC dari prekursor terhalogenasi diyakini menghasilkan katalis yang lebih efisien berkat peningkatan stabilitas halogen yang tersisa. AC dengan situs superasam yang dicangkok secara kimia juga telah dipelajari. Kehadiran ikatan rangkap karbon aktif permukaan AC juga berperan penting dalam sejumlah fitur kimianya.
Regenerasi AC
Seiring waktu, AC dapat menjadi jenuh dan kehilangan kemampuan penyerapannya. Daripada mengganti AC secara rutin, yang boros sumber daya, regenerasi AC menawarkan keuntungan ekonomi dan lingkungan yang lebih besar. Proses adsorpsi melibatkan kesetimbangan antara AC, adsorbat (zat yang diserap), dan pelarut. Untuk meregenerasi AC dan memulihkan aktivitasnya, kesetimbangan ini perlu diganggu. Berikut beberapa metode yang dapat digunakan:
Metode Regenerasi
(i) Pemanasan Eksternal: Meningkatkan suhu dapat menggeser kesetimbangan adsorpsi. Karena jumlah massa yang teradsorpsi berkurang seiring peningkatan suhu, pemanasan akan memicu desorpsi.
(ii) Modifikasi Adsorbat: Mengubah karakteristik kimia adsorbat dapat mengganggu kesetimbangan dan melepaskan adsorbat dari AC.
(iii) Ekstraksi dengan Pelarut: Menggunakan pelarut dengan afinitas kuat terhadap adsorbat dapat menarik adsorbat dari AC.
(iv) Substitusi Adsorbat: Senyawa dengan afinitas tinggi terhadap AC dapat digunakan untuk menggantikan adsorbat yang ada. Material pengganti ini kemudian didesorpsi, sehingga meregenerasi AC.
(v) Penurunan Konsentrasi/Tekanan: Menurunkan konsentrasi (atau tekanan) zat terlarut dalam pelarut dapat memicu desorpsi adsorbat.
Aplikasi AC Termodifikasi: Superkapasitor
Sebagaimana dijelaskan sebelumnya, AC yang dimodifikasi dengan fluor dapat digunakan sebagai material elektroda untuk superkapasitor.
Regenerasi Karbon Aktif
Karbon aktif (AC) memiliki kemampuan luar biasa untuk menyerap berbagai macam zat. Namun, seiring waktu, AC akan jenuh dengan zat-zat tersebut dan kehilangan kemampuannya untuk menyerap lebih banyak. Untuk mengembalikan kemampuan adsorpsi AC, diperlukan proses yang disebut regenerasi atau reaktivasi.
Apa itu Regenerasi AC?
Regenerasi AC adalah proses pemulihan efisiensi adsorpsi AC jenuh dengan menghilangkan bahan yang teradsorpsi, baik secara fisik maupun kimia, tanpa mengubah struktur aslinya. Pemahaman mendalam tentang zat yang dirawat dan tingkat perawatannya sangat penting sebelum memilih teknik regenerasi yang tepat. Pelajari lebih lanjut tentang berbagai metode regenerasi.
Fasilitas reaktivasi terbesar di dunia berada di Feluy, Belgia, dan terdapat pula pusat reaktivasi AC di Roeselare, Belgia.
Metode Regenerasi AC
Berbagai metode dapat digunakan untuk meregenerasi AC, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri. Beberapa metode yang umum digunakan meliputi regenerasi termal, regenerasi biologis, regenerasi oksidasi basah, regenerasi elektrokimia, regenerasi pelarut, dan oksidasi basah katalitik. Berikut penjelasan lebih lanjut mengenai metode regenerasi termal:
1.4.1.1 Metode Regenerasi Termal
(Penjelasan metode regenerasi termal akan disajikan di sini)
Salah satu teknik regenerasi AC tertua dan paling mapan adalah regenerasi termal. Setelah mengolah air limbah organik, AC biasanya diregenerasi dalam tiga tahap: pengeringan, karbonisasi suhu tinggi, dan aktivasi tergantung pada bagaimana bahan organik berubah pada berbagai suhu. Elemen volatil pada AC sebagian besar dihilangkan selama proses pengeringan. Sementara sebagian bahan organik yang diserap pada AC mendidih, menguap, dan terurai dalam tahap karbonisasi suhu tinggi, bahan organik lain terurai untuk menghasilkan hidrokarbon molekul kecil dan terurai, dengan bahan organik yang tersisa tetap berada di pori-pori AC untuk diubah menjadi karbon tetap. Suhu akan meningkat menjadi 800–900 °C pada titik ini. Prosedur ini biasanya dilakukan dalam ruang hampa atau lingkungan inert untuk mencegah oksidasi AC. Langkah aktivasi berikutnya melibatkan penambahan CO 2 , CO, H 2 , atau uap air ke reaktor untuk membersihkan mikropori AC dan memulihkan kapasitas adsorpsinya, yang penting untuk seluruh proses regenerasi. Meskipun teknik regenerasi termal penggunaannya luas dan tingkat efektivitas regenerasinya tinggi, diperlukan energi ekstra untuk pemanasan selama proses regenerasi, sehingga meningkatkan biaya investasi awal dan operasional berkelanjutan. 1.4.1.2 Metode Regenerasi Biologis
Untuk menghilangkan bahan organik yang telah teradsorpsi pada AC dan selanjutnya mencerna dan mendegradasinya menjadi H 2 O dan CO 2 , proses regenerasi biologis menggunakan bakteri domestikasi. Ada juga pendekatan aerobik dan anaerobik, dan metode regenerasi biologis sebanding dengan metode pengolahan air limbah biologis. Secara umum diterima bahwa autolisis sel terjadi selama proses regenerasi, dalam hal ini enzim sel mengalir ke ruang ekstraseluler, dan AC memiliki efek adsorpsi pada enzim, membentuk pusat enzimatik pada permukaan karbon, dengan demikian mendorong dekomposisi polutan dan mencapai tujuan regenerasi. Ukuran pori AC sendiri sangat kecil, beberapa hanya beberapa nanometer, sehingga mikroorganisme tidak dapat memasuki pori-pori tersebut. Proses biologis memakan waktu lama dan sangat dipengaruhi oleh kualitas dan suhu air, namun mudah dan dapat dieksekusi dengan cepat dengan biaya awal dan operasional yang murah. 1.4.1.3 Metode Regenerasi Oksidasi Basah Dalam kondisi suhu dan tekanan tinggi, oksigen atau udara digunakan untuk mengoksidasi dan memecah bahan organik yang teradsorpsi pada AC menjadi molekul-molekul kecil. Proses ini dikenal sebagai regenerasi oksidasi basah. Berikut ini adalah kondisi regenerasi ideal untuk AC: suhu regenerasi 230 °C, periode regenerasi 1 jam, oksigenasi 20,6 MPa, 15 g karbon, dan 300 mL air. Setelah 5 putaran regenerasi, efisiensi regenerasi hanya turun 3% dari puncaknya sebesar 45 ± 5%. Faktor utama yang menyebabkan penurunan efisiensi regenerasi adalah oksidasi parsial mikropori permukaan AC. 1.4.1.4 Metode Regenerasi Pelarut
Metodologi regenerasi pelarut menggabungkan kesetimbangan fase antara AC, pelarut, dan material yang diadsorpsi untuk mengganggu kesetimbangan adsorpsi dengan menyesuaikan suhu, nilai pH pelarut, dan variabel lain untuk mendesorpsi material yang diadsorpsi dari AC. Untuk adsorpsi reversibel tersebut, termasuk adsorpsi limbah organik dengan konsentrasi tinggi dan titik didih rendah, pendekatan regenerasi pelarut lebih cocok. Pendekatan ini lebih terfokus karena pelarut sering kali memiliki rentang kontaminan terbatas yang dapat diadsorpsi, sementara proses pengolahan air dapat menangani berbagai macam polutan. 1.4.1.5 Metode Regenerasi Elektrokimia Pendekatan baru untuk regenerasi arus bolak-balik adalah regenerasi elektrokimia. Dalam prosedur ini, medan listrik DC diaplikasikan ke elektrolit sementara arus bolak-balik diapit di antara dua elektroda primer. Sel mikro-elektrolitik dibuat ketika medan listrik menyebabkan arus bolak-balik menjadi terpolarisasi, dengan satu ujung bertindak sebagai anoda dan ujung lainnya sebagai katoda. Teknik ini mudah digunakan, sangat efektif dan menggunakan sedikit energi, dan objek perawatannya tunduk pada lebih sedikit batasan. Jika prosedur perawatannya sempurna, kontaminasi sekunder dapat dicegah. 1.4.1.6 Metode Oksidasi Basah Katalitik Regenerasi menggunakan pendekatan oksidasi basah konvensional menggunakan banyak energi tetapi hanya cukup efektif. Penentu utama efisiensi regenerasi adalah suhu regenerasi, meskipun menaikkan suhu juga dapat mempercepat oksidasi permukaan AC, sehingga menurunkan efisiensi regenerasi. Akibatnya, penggunaan katalis efisiensi tinggi diperkirakan akan memungkinkan regenerasi AC. 1.5 Aplikasi AC Penyaringan air minum, pengolahan air tanah dan pasokan air kota, pengurangan emisi gas dari tempat pembuangan sampah dan pembangkit listrik, serta pemulihan logam mulia hanyalah beberapa dari sekian banyak penggunaan AC dalam industri dan rumah tangga. Pada Gambar 1.5 , penggunaan AC ditunjukkan.
Gambar 1.5 Aplikasi AC. Lihat slide besar Unduh Aplikasi AC. Gambar 1.5 Aplikasi AC. Lihat slide besar Unduh Tutup modal Selain penggunaan tersebut, AC digunakan dalam produksi metana dan hidrogen klorida, penyimpanan hidrogen, dekafeinasi, pemurnian udara, deionisasi kapasitif, ekstraksi emas, pemulihan pelarut, adsorpsi ayunan superkapasitif, pemurnian air, obat-obatan, ekstraksi logam, dan pengolahan limbah. 49 Aplikasi AC dijelaskan secara rinci dalam bagian berikut: 50 1.5.1 Aplikasi Industri Memanfaatkan AC dalam pemolesan logam untuk membersihkan larutan elektroplating merupakan penggunaan industri yang signifikan. Misalnya, ini merupakan metode utama untuk memurnikan larutan pelapisan nikel yang cerah untuk menghilangkan kontaminan organik. Untuk meningkatkan atribut endapan larutan pelapisan dan untuk meningkatkan fitur seperti kecerahan, kehalusan, dan keuletan, berbagai senyawa organik ditambahkan. Aditif organik menghasilkan produk kerusakan yang tidak diinginkan dalam larutan sebagai akibat dari aliran arus searah dan proses elektrolitik oksidasi anodik dan reduksi katoda. Mereka dapat merusak karakteristik fisik logam yang diendapkan dan kualitas pelapisan. Kontaminan tersebut dihilangkan dengan perawatan AC, yang juga mengembalikan kinerja pelapisan ke tingkat yang diperlukan. 1.5.2 Obat-obatan
AC terdaftar sebagai salah satu obat esensial oleh Organisasi Kesehatan Dunia. Keracunan dan overdosis yang disebabkan oleh konsumsi obat secara oral diobati dengan AC, tetapi tidak efektif untuk keracunan sianida, litium, alkohol, dan zat besi, dan AC hanya perlu diberikan di fasilitas perawatan kesehatan. Banyak negara menggunakan tablet atau kapsul AC untuk meredakan diare, gangguan pencernaan, dan gas. Meskipun demikian, AC tidak berdampak pada gas usus dan diare dan biasanya tidak berguna secara terapeutik ketika keracunan disebabkan oleh konsumsi zat korosif seperti produk minyak bumi dan asam borat. AC juga tidak berguna ketika keracunan disebabkan oleh basa dan asam kuat seperti besi, sianida, arsenik, litium, metanol, dan etanol. AC juga digunakan untuk memutihkan gigi dan kesehatan mulut. AC dapat menyebabkan efek samping seperti tinja hitam, lidah hitam, muntah, sembelit, dan penyumbatan gastrointestinal (dalam kasus yang parah). 1.5.3 Kimia Analitik AC dapat digunakan dalam pemisahan kromatografi karbohidrat (fase stasioner = AC 50% b/b kombinasi dengan celite, dan fase gerak = larutan etanol). Antikoagulan oral langsung (DOAC) seperti apixaban, dabigatran, edoxaban, dan rivaroxaban dapat dihilangkan dari sampel plasma darah menggunakan AC. AC telah diproduksi menjadi "tablet mini" untuk penggunaan ini, dengan masing-masing mengandung 5 mg AC untuk mengolah 1 ml sampel DOAC. Karena heparin, sebagian besar antikoagulan lain, dan faktor pembekuan darah tidak terpengaruh oleh AC ini, sampel plasma dapat diperiksa untuk mengetahui adanya anomali yang biasanya dipengaruhi oleh DOAC. 1.5.4 Pemurnian Air
Penghapusan kontaminan dalam bidang pengolahan air limbah telah sangat terbantu dengan penggunaan AC yang terbuat dari limbah dan produk pertanian. Namun, harga adsorben ini sangat bergantung pada sumber bahan dasarnya. Sebagai hasil dari manfaat finansial dan manfaat lingkungan, metode pembuatan AC dari limbah pertanian sangat direkomendasikan. Sistem penyaringan air sering menggunakan AC. Banyak proses lapangan dan industri, termasuk remediasi air tanah, pemurnian udara, pembersihan tumpahan, penyaringan air minum, dan penangkapan senyawa organik volatil dari dry cleaning, pengecatan, dan penyaluran bensin, antara lain, menggunakan penyerapan karbon untuk menghilangkan polutan dari aliran udara atau air. Pejabat EPA membuat peraturan yang menganjurkan penggunaan GAC dalam fasilitas pengolahan air minum selama tahap awal penerapan Safe Drinking Water Act di Amerika Serikat pada tahun 1974. Sektor penyediaan air, terutama perusahaan air terbesar di California, sangat menentang apa yang disebut peraturan GAC karena biayanya yang tinggi di seluruh negeri. Akibatnya, badan tersebut mengabaikan peraturan tersebut. Karena sifatnya yang serbaguna, penyaringan AC merupakan cara yang berhasil untuk memurnikan air. Bergantung pada polutan yang ada, berbagai jenis teknik dan peralatan penyaringan AC direkomendasikan. 1.5.4.1 Penghapusan Tanin
Tanin, campuran molekul kecil dan besar, adalah golongan senyawa organik alami yang larut dalam air dan dihasilkan oleh metabolisme pohon dan tanaman. Tanin merupakan komponen bahan asam fulvik yang terbentuk selama penguraian vegetasi dan tahan terhadap degradasi. Kapasitas penyerapan karbon oleh tanin diukur dalam bagian per juta (200–362 ppm). Tanin, yang dapat memberi warna kekuningan hingga cokelat pada air, terbuat dari partikel koloid berbobot molekul tinggi yang sangat kecil yang memiliki muatan negatif yang sangat sedikit. Tanin dapat ditemukan di hampir setiap badan air tempat flora mengalami penguraian yang signifikan. Hal ini sering terjadi di daerah dengan tanah gambut, hutan lebat, atau rawa. Tanin lebih umum ditemukan di wilayah Timur Laut, Tenggara, Barat Laut, dan Great Lakes di Amerika Serikat. Biasanya, hanya tanin dengan bobot molekul yang sangat tinggi yang dapat diserap oleh AC. Akibatnya, ini merupakan pilihan perawatan yang paling jarang digunakan. Namun, metode ini memiliki keuntungan berupa berkurangnya biaya perawatan dan biaya sistem secara keseluruhan (dibandingkan dengan pertukaran ion). 51 1.5.4.2 Adsorpsi Metilen Biru Pencemaran zat warna terjadi dalam air limbah dari sektor tekstil, kosmetik, percetakan, pewarnaan, pengolahan makanan, dan kertas. Karena efeknya yang berbahaya dan dapat menyebabkan kanker pada makhluk hidup, pembuangan limbah berwarna menimbulkan tantangan lingkungan yang signifikan bagi negara-negara berkembang. Untuk menghilangkan pigmen, zat warna, dan polutan anorganik dan organik lainnya, penyerapan AC sangat berhasil. 52 1.5.4.3 Deklorinasi
Deklorinasi adalah proses yang sangat cepat yang melibatkan AC, dan klorin bebas diubah menjadi klorida. Di 10 cm bagian atas lapisan filter, reaksi berlangsung cepat. Panjang waktu paruh deklorinasi, yang mengukur seberapa baik karbon aktif menghilangkan klorin, digunakan untuk menilai karbon tertentu. Jumlah karbon yang dibutuhkan untuk menghilangkan klorin hingga 50% dikenal sebagai panjang nilai setengah deklorinasi. Panjang nilai setengah yang lebih pendek menunjukkan efisiensi yang lebih tinggi. 53 1.5.5 Aplikasi Pertanian Petani organik diizinkan untuk menggunakan arang kayu (AC) dalam produksi anggur dan hewan. Arang kayu berfungsi sebagai pestisida, aditif pakan hewan, agen pemrosesan, bahan kimia nonpertanian, dan disinfektan dalam produksi hewan. Penggunaan arang kayu sebagai zat kimia antara untuk menghilangkan pigmen warna cokelat dari ekstrak anggur putih diizinkan dalam produksi anggur organik. 1.5.6 Pemurnian Minuman Beralkohol Suling Vodka dan wiski dapat dibersihkan menggunakan filter AC untuk menghilangkan kontaminan organik yang dapat mengubah rasa, warna, dan aromanya. Vodka dengan tingkat kemurnian organik yang jauh lebih tinggi, sebagaimana ditentukan oleh bau dan rasa, dapat diperoleh dengan melewatkan vodka yang terkontaminasi secara organik melalui filter AC pada laju aliran yang tepat. 1.5.7 Penyimpanan Bahan Bakar Berbagai bentuk pori dan kimia permukaan tersedia di AC untuk penyerapan gas. Kapasitas AC yang berbeda untuk menyerap hidrogen dan gas alam sedang diteliti. Zat berpori bekerja sebagai spons untuk berbagai gas. Gaya van der Waals menyebabkan gas tertarik ke zat karbon. Energi ikatan karbon tertentu telah terlihat berkisar antara 5 dan 10 kJ mol -1
. Ketika terkena suhu yang lebih tinggi, gas tersebut kemudian dapat diserap dan dibakar untuk menghasilkan daya atau digunakan dalam sel bahan bakar hidrogen. Dibandingkan dengan tangki tekanan, penyimpanan bahan bakar dalam AC lebih mudah karena persyaratan massa rendah, volume rendah, dan tekanan rendah yang dapat dipenuhi. Dalam domain mempelajari dan membuat bahan karbon nanopori, Departemen Energi AS telah menetapkan beberapa tujuan yang harus dipenuhi. Meskipun banyak organisasi, seperti program ALL-CRAFT, masih bekerja di area ini, belum semua tujuan telah terpenuhi. 1.5.8 Pemurnian Gas Untuk pemurnian gas, GAC sering digunakan. Siloksan, hidrogen sulfida, karbon dioksida, biometana, gas limbah, gas hidrogen, gas TPA, dan gas lainnya sering dihilangkan dari udara menggunakan filter yang mengandung AC dalam pemurnian udara terkompresi dan gas. Pada sebagian besar desain, AC disertakan dalam media filter dan ada satu langkah penyaringan atau dua tahap penyaringan. Gas radioaktif tetap terkurung di udara yang dihisap dari kondensor reaktor nuklir menggunakan filter AC. Gas-gas ini diserap dan ditahan di tempatnya oleh lapisan arang besar saat mereka dengan cepat terurai menjadi zat padat non-radioaktif. Sementara udara disaring, padatan ditahan dalam partikel arang. 1.5.9 Pemurnian Kimia AC dengan mutu tertentu dirancang untuk bekerja dalam proses kimia asam. Untuk memanfaatkan AC dalam suasana asam, beberapa di antaranya dicuci dengan asam untuk menghilangkan abu yang larut dalam asam. Asam seperti asam fosfat, HCl, dan asam sulfat sering kali diolah. Di laboratorium, AC sering digunakan untuk membersihkan larutan molekul organik yang mengandung kontaminan organik berwarna yang tidak diinginkan. AC dapat digunakan untuk mengolah asam organik seperti asam asetat, asam oksalat, asam laktat, asam malat, asam benzoat, dan asam format. 1.5.10 Pembersihan Merkuri
AC sangat efektif dalam menghilangkan merkuri dari gas buang (pembangkit listrik tenaga batu bara, pabrik semen, boiler industri, insinerator limbah, dll. ) serta gas alam cair. AC mahal untuk digunakan namun efektif. Masalah dengan membuang AC yang mengandung merkuri adalah sering kali tidak didaur ulang. Peraturan federal di Amerika Serikat mengizinkan stabilisasi AC ( misalnya , membungkusnya dalam beton) untuk penimbunan jika kandungan merkuri kurang dari 260 ppm. Namun, sampah dengan kandungan merkuri lebih dari 260 ppm diklasifikasikan sebagai limbah merkuri tinggi dan tidak dapat dibuang di tempat pembuangan sampah (Aturan Larangan Lahan). Akumulasi material ini sebanyak 100 ton per tahun sekarang terjadi di tambang dan gudang terbengkalai yang dalam. Masalah pembuangan AC yang mengandung merkuri tidak hanya terjadi di Amerika Serikat. Di Belanda, AC dibuang melalui pembakaran total, menghasilkan karbon dioksida (CO 2 ), dan merkuri sebagian besar dipulihkan. 1.5.11 Bahan Tambahan Pangan Untuk memberikan rasa berasap pada beberapa makanan, seperti dasar pizza, es krim hitam, dan hotdog, arang aktif digunakan sebagai bahan makanan. Makanan dan minuman yang mengandung arang aktif harus dihindari saat mengonsumsi obat-obatan, seperti pil KB dan antidepresan, karena dapat mengurangi efektivitas obat. Menurut penelitian, arang aktif dapat memperlambat laju penyerapan senyawa berbahaya oleh tubuh, tetapi belum ada cukup bukti konkret untuk mendukung kemampuan detoksifikasinya. 1.5.12 Perawatan Kulit Arang aktif merupakan bahan umum dalam berbagai perawatan kulit karena sifatnya yang menyerap. Daya pembersih sabun dipadukan dengan daya serap arang aktif dalam produk seperti sabun arang aktif, masker wajah, dan lulur. 1.6 Produsen AC Terbesar di Dunia Produsen AC terbesar di dunia adalah Norit NV dari Belanda, anak perusahaan Cabot Corporation. Berikut ini adalah beberapa penyedia AC terkemuka di dunia:
(i) Shinkwang Chem. Ind. Co., Ltd., Korea Selatan (ii) Indo German Carbons Terbatas, Oman (iii) Haycarb, Indonesia, Sri Lanka, dan Thailand (a) Jepang. Kuraray Co., Ltd, Kuraray Eropa (v) Oxbow Coal SARL, Belgia 1.7 Kesimpulan Kategorisasi, karakteristik, dan penggunaan AC dibahas secara singkat dalam bab ini. Berbagai macam material berkarbonisasi dengan luas permukaan dan porositas tinggi termasuk dalam AC. Di banyak wilayah di dunia, AC memiliki berbagai kegunaan dalam pemurnian air, kimia analitik, farmasi, perawatan kulit, penyimpanan bahan bakar, pengolahan air limbah industri, pemurnian gas, dan penghilangan bau karena sifat-sifat khususnya. Produksi AC saat ini melibatkan penggunaan berbagai limbah industri. Kombinasi proses fisik dan kimia digunakan untuk mengaktifkan AC. Aktivasi kimia lebih hemat biaya daripada aktivasi fisik karena memiliki suhu aktivasi yang lebih rendah, waktu pemrosesan yang lebih cepat, dan efisiensi karbon yang lebih tinggi.
