ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (4) (2018): 171 – 174

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Adsorption of HDTMA-Br Surfactant with Concentration Variation by Rice Husk-Based Activated Carbon Produced by Variation of Carbonization Temperature
Galih N. R. Pargiman a , Arnelli a,* , Yayuk Astuti a,*
a Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: arnelli@live.undip.ac.id ; yayuk.astuti@live.undip.ac.id https://doi.org/10.14710/jksa.21.4.171-174
A r t i c l e   I n fo

## A b s t r a c t
Article history:
Received: 3 August 2018
Revised: 12 October 2018 Accepted: 14 October 2018 Online: 31 October 2018
Keywords: Activated carbon,
Hexadecyltrimethyl ammonium bromide ,
surfactant, adsorption
Research  has  been  conducted  on  the  adsorption  of  HDTMA-Br  surfactant  by  rice  husk- activated carbon with variation of carbonization temperature and concentration of HDTMA- Br. This study aims to produce surfactant modified activated carbon (SMAC), therefore it is necessary  to  determine  the  influence  of  carbonization  temperature  to  the  adsorption capability of activated carbon on HDTMA-Br surfactant by identifying the amount of HDTMA- Br  surfactant  absorbed,  to  characterize  the  characters  of  carbon,  activated  carbon  and activated carbon adsorbing surfactant using FTIR and SAA. Carbonization was carried out by pyrolysis  with  temperature  variations  of  300,  350  and  400°C.  The  carbon  produced  was activated using 60% H 3 PO 4 for 1 hour. After that, the activated carbon was applied to adsorb HDTMA-Br surfactant by varying the concentration that were 300, 1100, 1900, 2700, 3500 and 4300 ppm. The results showed that HDTMA-Br adsorbed tended to increase by increasing the concentration  of  surfactant.  In  addition,  the  best  carbonization  temperature  showing  high adsorption  capability  of  activated  carbon  was  at  300°C.  FTIR  spectra  of  activated  carbon showed  the  presence  of  P  =  O  peak;  at  the  SMAC  sampel  there  was  peak  of  N-(CH 3 ) 3 with different intensities in three samples. Moreover, SAA analysis showed that the surface area of activated  carbon  increased  compared  to  carbon  and  slightly  decreased  after  the  activated carbon absorbed HDTMA-Br.

## A b s t r a k
Kata Kunci: Karbon aktif,
Hexadecyltrimetil ammonium bromida , surfaktan, adsorpsi Telah dilakukan penelitian tentang adsorpsi surfaktan HDTMA-Br oleh karbon aktif dengan variasi  temperatur  karbonisasi  dan  konsentrasi  HDTMA-Br  berbahan  dasar  sekam  padi.
Penelitian ini bertujuan untuk membuat karbon aktif termodifikasi surfaktan (SMAC), untuk itu perlu ditentukan pengaruh temperatur karbonisasi terhadap kemampuan adsorpsi karbon aktif  pada  surfaktan  HDTMA-Br  melalui  jumlah  surfaktan  yang  terserap,  menentukan karakteristik  karbon,  karbon  aktif  dan  karbon  aktif  yang  telah  mengadsorpsi  surfaktan dengan FTIR dan SAA. Karbonisasi dilakukan dengan tiga variasi temperatur pirolisis yaitu 300, 350 dan 400°C. Karbon yang dihasilkan diaktivasi menggunakan H 3 PO 4 60% selama 1 jam. Kemudian, karbon aktif yang terbentuk digunakan untuk mengadsorpsi surfaktan HDTMA- Br dengan variasi konsentrasi 300, 1100, 1900, 2700, 3500, dan 4300 ppm. Hasil penelitian menunjukkan  bahwa  HDTMA-Br  teradsorpsi  cenderung  meningkat  dengan  meningkatnya konsentrasi  dan  temperatur  karbonisasi  yang  baik  adalah  300°C.  Spektra  FTIR  dari  karbon aktif terlihat adanya puncak P=O dan pada SMAC terdapat puncak N-(CH 3 ) 3 dengan intensitas yang berbeda diantara ketiga sampel dan analisis SAA menunjukkan luas permukaan karbon aktif  meningkat  dibandingkan  karbon  dan  sedikit  turun  setelah  karbon  aktif  tersebut menyerap HDTMA-Br.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (4) (2018): 171 – 174

## 1. Pendahuluan
Karbon  aktif  dapat  dibuat  dari  bahan  yang mengandung  material  organik  dengan  kandungan karbon yang tinggi [1-3]. Karbon aktif dapat dibuat dari sekam padi karena harganya yang murah dan kandungan material organiknya yang banyak [3, 4].
Proses pengolahan sekam padi menjadi karbon aktif melalui beberapa tahapan yaitu meliputi karbonisasi dan aktivasi. Sekam padi dapat dikarbonisasi dengan metode pirolisis,  yaitu  proses  dekomposisi  biomassa  pada temperatur tinggi tanpa adanya oksigen sehingga karbon yang  dihasilkan  lebih  banyak.  Kondisi  pirolisis  dapat diatur  sesuai  dengan  kebutuhan,  misalnya  temperatur reaktor  [5].  Pada  penelitian  Naqvi,  dkk.  [6]  tentang pengaruh  temperatur  pirolisis  terhadap  jumlah  karbon yang  dihasilkan  dengan  variasi  temperatur  pirolisis 350°C  sampai  600°C  dan  diperoleh  temperatur  yang paling  banyak  menghasilkan  kadar  karbon  yang  paling tinggi adalah temperatur 450°C.
Aktivator yang digunakan dalam pembuatan karbon aktif  dapat  berupa  aktivator  asam,  basa,  dan  netral  [4]. Metode  yang  sering  digunakan  mengaktivasi  yaitu dengan aktivator asam.  Aktivator asam  yang  digunakan untuk penelitian ini adalah H 3 PO 4 . Pada proses aktivasi, larutan H 3 PO 4 akan meresap masuk kedalam kisi-kisi plat karbon  dan  akan  mengeluarkan  senyawa-senyawa pengotor  sehingga  pori-pori  karbon  akan  bertambah besar  [7].  Reskiandini  [8]  melaporkan  dalam penelitiannya  bahwa  pengaktivasian  karbon  dari  sekam padi  menggunakan  H 3 PO 4 pada  temperatur  420°C memiliki  efisiensi  adsorpsi  terhadap  surfaktan  sodium lauryl  sulphat  (SLS)  lebih  besar  yaitu  89,4% dibandingkan  karbon  dengan  pengaktivan  pada temperatur  25°C  hanya  sebesar  51,8%.  Lin,  dkk.  [9] menyatakan,  pada  konsentrasi  surfaktan  HDTMA-Br  di atas konsentrasi misel kritis (CMC) kemampuan adsorpsi surfaktan akan meningkat dengan konsentrasi optimum 3500 ppm.
Adsorpsi surfaktan oleh karbon aktif bertujuan untuk memodifikasi  karbon  aktif  sehingga  akan  terbentuk material  baru  yaitu  SMAC  ( Sufactant  Modified  Active Carbon ). SMAC mempunyai keunggulan sebagai adsorben yang  lebih  spesifik  dari  karbon  aktif,  di  mana  SMAC diaplikasikan  untuk  adsorben  kation  logam  berat  atau anion yang berbahaya di perairan karena surfaktan dapat merubah permukaan karbon aktif menjadi lebih polar dan bermuatan tergantung kepada surfaktan yang digunakan [10]. Dari penelitian yang telah dikemukakan di atas maka proses karbonasi sekam padi untuk mendapatkan karbon dilakukan pada temperatur berbeda yaitu 300, 350, 400°C dan surfaktan yang diadsorpsi adalah HDTMA-Br dengan variasi konsentrasi yaitu 300, 1100, 1900, 2700, 3500 dan 4300 ppm.

## 2. Metode Penelitian

## Bahan
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  sekam  padi,  aquades, bromophenol  blue,  buffer pospat pH 8, kloroform, H 3 PO 4 , NaOH 0,1 M. Semua bahan
yang digunakan dalam penelitian ini merupakan bahan- bahan pro analysis.

## Preparasi Sampel Karbon Aktif
Karbonisasi  sekam  padi  menggunakan  metode pirolisis  dengan  variasi  temperatur  karbonisasi  300°C, 350°C  dan  400°C.  Karbon  yang  dihasilkan  kemudian diaktivasi  menggunakan  H 3 PO 4 60%  pada  temperatur 420°C selama 1 jam [11].

## Modifikasi Karbon Aktif dengan Surfaktan
Sebanyak  1  gram  karbon  aktif  dikontakkan  dengan surfaktan  25  mL  surfaktan  HDTMA-Br  dengan  variasi konsentrasi  300;  1100;  1900;  2700;  3500  dan  4300  ppm selama 5 jam kemudian disaring.

## Penentuan Konsentrasi Surfaktan yang tidak terserap
Penentuan konsentrasi surfatan yang tidak terserap dilakukan dengan metode pengkompleksan bromophenol blue [12].

## Karakterisasi
Sampel  karbon,  karbon aktif dan  karbon aktif  yang telah  menyerap  surfaktan  paling  banyak  pada  masing- masing temperatur karbonisasi dikaraterisasi menggunakan  spekrofotometer  Infra  Merah  (FTIR)  dan Surface Area Analyzer (SAA).

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Pengaruh Temperatur Karbonisasi dan Konsentrasi Surfaktan
Penambahan aktivator H 3 PO 4 60% dapat meningkatkan  luas  permukaan  karbon  sehingga kemampuan  daya  serap  dari  karbon  akan  meningkat. Karbon  aktif  yang  telah  terbentuk  dikontakkan  dengan surfaktan  HDTMA-Br  sehingga  akan  menjadi  karbon aktif yang telah menyerap surfaktan yang berguna untuk menyerap ion-ion spesifik di perairan.
Gambar 1 Pengaruh penambahan konsentrasi HDTMA- Br terhadap konsentrasi HDTMA-Br yang teradsorp
Berdasarkan  Gambar  1  terlihat  adanya  peningkatan daya  serap  karbon  aktif  seiring  dengan  penambahan konsentrasi  surfaktan  pada  temperatur  karbonisasi 300°C,  350°C  dan  400°C.  Pada  temperatur  karbonisasi 300°C  terlihat  paling  banyak  mengadsorpsi  surfaktan yaitu sebesar 3911,1 ppm pada konsentrasi surfaktan 4300 ppm. Pada temperatur 350°C terjadi penurunan adsorpsi surfaktan  sebesar  0,28%,  sedangkan  temperatur  400°C terjadi penurunannya 2,3%.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (4) (2018): 171 – 174
Peningkatan  kemampuan  adsorpsi  seiring  dengan bertambahnya  konsentrasi  surfaktan  ini  dimungkinkan karena pada karbon aktif yang menggandung gugus P=O (Gambar  2)  di  mana gugus P=O  diperkirakan  situs  aktif dalam menyerap misel surfakatan yang sudah terbentuk pada  saat  membuat  larutan  surfaktan,  sehingga permukaan karbon aktif akan membentuk bilayer. Selain itu  juga,  seiring  dengan  peningkatan  jumlah  dan konsentrasi  surfaktan  yang  digunakan  maka  interaksi yang terjadi pada permukaan karbon aktif akan semakin meningkat  pula,  karena  semakin  banyaknya  surfaktan yang  menempel  pada  permukaan  karbon  aktif  dan membentuk bilayer [13].

## Karakterisasi menggunakan Spektrofotometer FTIR
Karakterisasi  menggunakan  spektrofotometer  FTIR berfungsi untuk mengetahui gugus fungsi pada masing- masing sampel
Gambar 2 Spektra FTIR karbon aktif yang telah menyerap surfaktan dengan variasi temperatur karbonisasi
Gambar 2 merupakan spektra FTIR karbon aktif yang sudah  dikontakkan  dengan  surfaktan  HDTMA-Br  4300 ppm dengan variasi suhu karbonisasi. Pada ketiga SMAC muncul  puncak  kisaran  2920  cm -1 yang  menunjukkan adanya  regangan  CH 3 -R,  selain  itu  ketiga  SMAC  juga muncul  puncak  kisaran  1500  cm -1 yang  menunjukkan adanya  CH 3 dari  N-(CH 3 ) 3 yang  berasal  dari  surfaktan HDTMA-Br [14].
Tabel 1 Luas area% transmitansi SMAC pada masing- masing suhu karbonisasi Gugus yang muncul Suhu Karbonisasi (  C)
Luas Area % T
N-(CH 3 ) 3 300 298,16 350 387,59 400 429,11
Berdasarkan  Tabel  1  menunjukkan  bahwa  semakin tinggi  suhu  karbonisasi  maka  surfaktan  HDTMA-Br semakin  banyak  terserap.  Gugus-gugus  yang  telah ditemukan  dari  masing-  masing  panjang  gelombang dapat disimpulkan bahwa karbon sebelum aktivasi tidak ditemukan  gugus  P=O,  setelah  diaktivasi  dengan  H 3 PO 4 muncul  gugus  P=O  pada  bilangan  gelombang  sekitar 1172-1174 cm -1 yang berasal dari aktivator H 3 PO 4 , setelah ditambahkan  surfaktan  HDTMA-Br  muncul  gugus  CH 3 dari N-(CH 3 ) 3 yang berasal dari surfaktan HDTMA-Br.

## Karakterisasi menggunakan SAA
Karakterisasi SAA digunakan untuk mengetahui luas permukaan, volume pori dan yang dianalisis dengan SAA ini  adalah  karbon,  karbon  aktif  dan  SMAC  pada konsentrasi awal HDTMA-Br 4300 ppm (Tabel 1). Tabel 1 memperlihat  terjadi  peningkatan  luas  permukaan  dari karbon  menjadi  karbon  aktif  setelah  diaktivasi menggunakan  H 3 PO 4 ,  kemudian  luas  permukaan  untuk karbon  aktif  yang  telah  menyerap  surfaktan  juga meningkat  setelah  ditambahkan  surfaktan  HDTMA-Br dibandingkan  karbon.  Peningkatan  luas  area  tersebut dapat  meningkatkan  kemampuan  adsorbsi  dari  karbon aktif, sebagaimana digambarkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil analisis luas area pada karbon, karbon aktif dan karbon aktif yang telah menyerap surfaktan
Sampel Temperatur (°C) Luas permukaan (m 2 /g) Volume pori (cc/g) karbon 300 1,937 0,012 350 1,110 0,010 400 2,146 0,013 karbon aktif 300 15,039 0,049 350 22,499 0,052 400 18,078 0,045 Karbon aktif setelah menyerap surfaktan 300 14,141 0,049 350 15,309 0,074 400 26,062 0,066
Peningkatan  luas  permukaan  dan  volum  pori  dari karbon  menjadi  karbon  aktif,  dikarenakan  peran  H 3 PO 4 dalam  proses  aktivasi  yang  dapat  membantu mengeluarkan  pengotor  sehingga  pori  karbon  semakin terbuka  dan  luas  permukaan  karbon  bagian  dalam ( Internal  Surface )  semakin  meningkat.  SMAC  juga mempunyai luas permukaan dan volum pori lebih besar dibandingkan  karbon.  Luas  permukaan  SMAC  menurun pada  suhu  karbonisasi  300  dan  350°C  dibandingkan karbon  aktif,  dapat  dijelaskan  bahwa  sebagian  molekul HDTMA-Br  menutupi  permukaan  karbon  aktif.  Hal  ini terlihat  dari  efisiensi  adsorpsi  HDTMA-Br  pada konsentrasi awal 4300 ppm oleh karbon aktif (lihat Tabel 3).
Tabel 3. Efisiensi Adsorpsi Surfaktan HDTMA-Br oleh
karbon aktif Suhu karbonisasi (°C) Efisien Adsorpsi (%) Luas permukaan (m2/g) Volume pori (cc/g) 300 90,9 14,141 0,049 350 90,7 15,309 0,078 400 88,8 26,062 0,066
Tabel  3  memperlihat  bahwa  efisiensi  adsorpsi HDTMA-Br  oleh  karbon  aktif  dengan  suhu  karbonisasi 300°C dan 350°C hampir sama dan luas permukaan SMAC juga tidak jauh berbeda. SMAC (suhu karbonisasi 400°C) memiliki luas permukaan yang besar  sebanding dengan HDTMA-Br yang terserap, karena karbon aktif menyerap HDTMA-Br lebih rendah sehingga ada permukan karbon aktif  yang  masih  kosong.  Luas  permukaan  SMAC  yang cukup  besar  dan  permukaan  SMAC  bermuatan  posittif
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (4) (2018): 171 – 174
maka  memungkinkan  SMAC  dipakai  untuk  adsorben anion.

## 4. Kesimpulan
Adsorpsi  surfaktan  oleh  karbon  aktif  semakin menurun dengan meningkatnya temperatur karbonisasi. Penambahan  konsentrasi  surfaktan  menunjukkan kecenderungan  peningkatan  surfaktan  yang  terserap dengan  nilai  peningkatan  rata-rata  pada  karbonisasi temperatur 300°C sebesar 36%. Peningkatan kecenderungan  juga  bisa  dilihat  pada  karbonisasi temperatur 350°C dan 400°C. penambahan aktivator, dan pengontakkan dengan surfaktan.

## 5. Ucapan Terima Kasih
Seluruh  penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada RISTEK  DIKTI  yang  telah  memberikan  dana  penelitian melalui skim Penelitian Fundamental pada tahun 2016.

## 6. Daftar Pustaka
[1]  Ratu  Yulia  Akhsanti,  Retno  Ariadi  Lusiana,  Khabibi Khabibi,  Pemanfaatan  Karbon  Aktif  Serbuk  Gergaji Kayu  Jati  untuk  Menurunkan  Chemical  Oxygen Demand  (COD)  Limbah  Cair  Industri  Tekstil, Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi , 13, 2, (2010) 66-70
[2]  Feti  Dwi  Kurniati,  Pardoyo  Pardoyo,  Suhartana Suhartana,  Sintesis  Arang  Aktif  dari  Tempurung Kelapa  dan  Aplikasinya  Untuk  Adsorpsi  Asap  Cair, Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi , 14, 3, (2011) 72-76
[3]  Arunrat  Cheenmatchaya,  Sukjit  Kungwankunakorn, Preparation  of  activated  carbon  derived  from  rice husk  by  simple  carbonization  and  chemical activation  for  using  as  gasoline  adsorbent, International  Journal  of  Environmental  Science  and
Development , 5, 2, (2014) 171 http://dx.doi.org/10.7763/IJESD.2014.V5.472
[4]  Diana Nur Al-Latief, Arnelli, Yayuk Astuti, Synthesis of  sodium  lauryl  sulphate  (SLS)-modified  activated carbon  from  risk  husk  for  waste  lead  (Pb) removal, AIP Conference Proceedings , (2015) 060017 https://doi.org/10.1063/1.4938371
[5]  Anchan  Paethanom,  Kunio  Yoshikawa,  Influence  of pyrolysis temperature on rice husk char characteristics  and  its  tar  adsorption  capability,
Energies , 5, 12, (2012) 4941-4951 http://dx.doi.org/10.3390/en5124941
[6]  Salman  Raza  Naqvi,  Yoshimitsu  Uemura,  Noridah Binti Osman, Suzana Yusup, Mohd Fadhil Nuruddin, Physiochemical  properties  of  pyrolysis  oil  derived from fast pyrolysis of wet and dried rice husk in a free fall  reactor, Applied  Mechanics  and  Materials ,  625, (2014)
604-607
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.62 5.604
[7]  Abdul Ghafur, Mintarlis, Pembuatan Arang Aktif Dari Limbah  Padat  Sintesis  Furfural  Berbahan  Dasar Sekam Padi Melalui Aktivasi Kimia, UNESA Journal of Chemistry , 3, 3, (2014) 1-8
[8]  Dewi  Reskiandini,  Aktivasi  Karbon  dari  Sekam  Padi Menggunakan  Aktivator  H 3 PO 4 Sebagai  Bahan Pembuat  Karbon  Aktif  Termodifikasi  Surfaktan
(SMAC) untuk Adsorpsi Pb2+, Diponegoro University, Semarang
[9]  Shu-Ying  Lin,  Wei-fang  Chen,  Ming-Tao  Cheng, Qian Li,  Investigation of factors  that  affect  cationic surfactant  loading  on  activated  carbon  and perchlorate  adsorption, Colloids  and  Surfaces  A: Physicochemical  and  Engineering  Aspects ,  434,  (2013) 236-242 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.05.048
[10] Eko Tri Sumarnadi Agustinus, Anggoro Tri Mursito, Happy  Sembiring,  Peningkatan  daya  serap  karbon aktif  terhadap  ion  logam  hexavalent  chromium (CrVI) melalui modifikasi dengan cationic surfactant (ethylinediamine), RISET Geologi dan Pertambangan , 23, 1, (2013) 15-26
[11]  Mamdoh  R.  Mahmoud,  Gehan  E.  Sharaf  El-deen, Mohamed  A.  Soliman,  Surfactant-impregnated activated carbon for enhanced adsorptive removal of Ce(IV) radionuclides from aqueous solutions, Annals
of Nuclear Energy , 72, (2014) 134-144 https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.05.006
[12] Widajanti  Wibowo,  Tresye  Utari,  Rika  Tri  Yunarti, Anion  exchange  capacity  of  chromate  on  modified zeolite  clinoptilolite  with  HDTMA-Br  and  its regeneration, Makara Journal of Science , 15, 1, (2011)
53-57 https://doi.org/10.7454/mss.v15i1.878
[13] Retno  Agnestisia,  Noer  Komari,  Sunardi  Sunardi, Adsorpsi Fosfat (PO 4 3- ) Menggunakan Selulosa Purun Tikus (Eleocharis dulcis) Termodifikasi Heksadesiltrimetilammonium Bromida (HDTMABr),
Jurnal Sains dan Terapan Kimia , 6, 1, (2016) 71-86
[14] U Aroke, U El-Nafaty, XRF, XRD and FTIR properties and characterization of HDTMA-Br surface modified organo-kaolinite  clay, International  Journal  of Emerging Technology and Advanced Engineering , 4, 4,
(2014) 817-825