| dc.description.abstract | Karbon nanoporous memiliki sifat unik sehingga banyak digunakan pada beragam aplikasi seperti untuk baterai, superkapasitor, pendukung katalis dan sensor. Karbon nanoporous dengan struktur mikropori, luas permukaan besar dan volume pori tinggi dapat dihasilkan dari prekursor batu bara, turunan minyak bumi dan biomasa berlignoseluosa. Batu bara dan turunan minyak bumi bersumber dari fosil dimana suatu saat akan habis dan harganya cenderung naik, sementara itu biomasa berlignoselulosa jumlahnya melimpah, dapat diperbaharui dan lebih ramah terhadap lingkungan. Kayu dan limbah yang berbasiskan biomasa merupakan sumber potensial untuk pembuatan karbon nanoporous karena mengandung unsur karbon dan materi mudah menguap tinggi. Karbon nanoporous dari biomasa berlignoselulosa dapat diperoleh melalui tahapan karbonisasi dan aktivasi. Karbonisasi konvensional yang umum dilakukan adalah karbonisasi pirolisis (KP) pada suhu antara 400-600oC. Pada kondisi ini telah terbentuk struktur aromatik karbon pada arang (prekursor) sehingga untuk menghasilkan karbon aktif dengan porositas tinggi diperlukan aktivator dalam jumlah banyak. Dampak lain dari penggunaan aktivator adalah terbentuknya produk turunan selama proses aktivasi. Untuk mendapatkan karbon dengan tingkat kemurnian tinggi perlu menghilangkan produk pengotor tersebut melalui proses pencucian menggunakan pelarut asam seperti HCl sehingga semakin banyak aktivator yang digunakan, kebutuhan bahan kimia pencuci juga akan semakin besar. Alternatif teknik karbonisasi yang lebih ramah lingkungan adalah karbonisasi hidrotermal (KH). Proses ini dilakukan pada suhu rendah (hemat energi) dan berlangsung dalam reaktor tertutup menggunakan media air. Polutan berupa gas sebagai bahan pencemar dapat diminimalisir. Produk karbonisasi berupa arang-hidro bersifat amorf dan mengandung materi mudah menguap tinggi sehingga akan lebih sedikit aktivator yang diperlukan untuk menghasilkan karbon aktif dengan porositas tinggi. Berdasarkan pertimbangan tersebut maka pada penelitian ini dilakukan karbonisasi hidrotermal dan pirolisis pada suhu rendah untuk mendapatkan arang-hidro dan arang dalam kondisi lunak. Porositas tinggi pada karbon aktif dapat diperoleh melalui aktivasi kimia menggunakan aktivator KOH. Melalui teknik ini dihasilkan luas permukaan lebih dari 1,900 m2/g. Jumlah KOH yang digunakan masih cukup besar yaitu pada perbandingan KOH:karbon berkisar antara 1:2 hingga 6:1 dan bahkan 8:1. Perbandingan optimum untuk menghasilkan karbon aktif berukuran pori mikro (nanoporous) rata-rata sebesar 3:1. Dalam rangka meningkatkan efektivitas kinerja KOH selama proses aktivasi, maka teknik yang dapat dilakukan adalah mengkombinasikan antara aktivasi kimia (KOH) dan uap air. Prinsip dari proses ini adalah memanfaatkan produk turunan KOH seperti K2CO3, K dan K2O menjadi KOH melalui bantuan uap air sehingga terjadi siklus KOH sehingga penggunaan KOH dapat dikurangi. Tujuan penelitian ini adalah diversifikasi produk biomasa hutan menjadi karbon nanoporous konduktif melalui proses karbonisasi pirolisis dan hidrotermal suhu rendah, aktivasi menggunakan KOH rendah dikombinasikan dengan uap air, dan pemanasan lanjutan untuk meningkatkan konduktivitas. Sasaran yang diharapkan adalah diperoleh jenis biomasa hutan dan kondisi proses paling baik untuk menghasilkan karbon nanoporous konduktif. Analisis dilakukan menggunakan beberapa instrumen diantaranya XRD, FTIR, SEM, EDS, SAA, TEM, LCR meter dan Py-GCMS serta dilakukan juga analisis proksimat dan ultimat. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa karakteristik setiap biomasa berpengaruh terhadap sifat karbon aktif yang dihasilkan. Kemampuan dalam pembentukan porositas tidak hanya ditentukan oleh kandungan dan kadar komponen kimia tetapi juga oleh sifat lain seperti morfologi, struktur kristalin, materi mudah menguap dan proses karbonisasi. Pembentukan awal kerangka karbon bersifat amorf merupakan kunci untuk mendapatkan arang dan arang-hidro yang baik sebagai prekursor pembuatan karbon aktif atau karbon nanoporous. Karbon nanoporous terbaik dihasilkan dari biomasa kayu pinus. Kayu pinus memiliki kandungan selulosa rendah, lignin tinggi, morfologi permukaan porous (permeabilitas baik), derajat kristalinitas rendah dan kandungan materi mudah menguap lebih tinggi dibandingkan dengan kayu mangium. Hal tersebut menunjukkan bahwa kandungan selulosa tinggi dan lignin rendah pada kayu mangium bukan merupakan faktor utama yang berdiri sendiri dalam menghasilkan karbon aktif dengan porositas tinggi. Struktur kristalin dan morfologi permukaan turut berperan menciptakan porositas yang tinggi. Karbonisasi kayu pinus pada suhu 200oC merupakan tahap awal pembentukan kerangka aromatik karbon bersifat amorf (lunak) dengan kadar karbon terikat dan indeks kematangan karbon rendah serta materi mudah menguap tinggi. Pada kayu mangium, awal perubahan terjadi pada suhu karbonisasi 300oC sedangkan untuk tempurung kemiri diperlukan suhu lebih tinggi karena kandungan ligninnya sangat besar. Proses KH menghasilkan arang-hidro dengan struktur amorf dan memiliki kandungan materi mudah menguap tinggi daripada karbonisasi pirolisis. Pada proses aktivasi kondisi ini membantu penataan ulang unsur karbon bersifat porous. Aktivasi menggunakan KOH dalam jumlah kecil yang dikombinasikan dengan uap air mampu menghasilkan karbon nanoporous dari biomasa kayu pinus dan mangium. Porositas terbaik diperoleh dari prekursor arang-hidro pinus suhu 200oC menghasilkan luas permukaan sebesar 2,240 m2/g, total volume pori 1.58 cc/g dan diameter pori rata-rata 1.7 nm. Pemanasan lanjutan berhasil meningkatkan konduktivitas akan tetapi menurunkan porositas karbon nanoporous. | en |
