## PERBANDINGAN GUGUS FUNGSI DAN MORFOLOGI PERMUKAAN KARBON AKTIF DARI PELEPAH KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN
AKTIVATOR ASAM FOSFAT (H 3 PO 4 ) DAN ASAM NITRAT (HNO 3 )
THE COMPARISON OF FUNCTION GROUP AND SURFACE MORPHOLOGY OF ACTIVATED CARBON FROM OIL PALM FROND USING PHOSPORIC ACID (H 3 PO 4 ) AND NITRIC ACID (HNO 3 ) AS AN ACTIVATOR
Vidyanova Anggun Mentari * , Gewa Handika, Seri Maulina Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
* Email : vidyanovaanggunmentari@gmail.com

## Abstrak
Indonesia termasuk negara produsen kelapa sawit terbesar di dunia. Berdasarkan laporan Badan Pusat Statistik luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2016 sebesar  11.672.861 Ha. Limbah perkebunan kelapa sawit tersedia dalam jumlah yang banyak dan belum dimanfaatkan secara optimal, salah satunya yaitu pelepah kelapa sawit. Pelepah kelapa sawit termasuk kategori limbah basah (wet by-products) dengan jumlah produksi pelepah kelapa sawit pada tahun 2016 yaitu sebesar 19.143.492 ton. Penelitian ini membahas perbandingan gugus fungsi dan morfologi permukaan karbon aktif dari pelepah  kelapa sawit dengan aktivator  H 3 PO 4 dan  HNO 3 . Penelitian  ini bertujuan untuk  mengetahui perbandingan gugus fungsi dan morfologi permukaan karbon aktif dari pelepah kelapa  sawit dengan aktivator  H 3 PO 4 dan  HNO 3 .  Metode  yang  dilakukan  meliputi  proses  impregnasi,  karbonisasi,  dan pencucian. Konsentrasi aktivator yang digunakan yaitu 20% dengan suhu aktivasi 400 o C. Analisa yang dilakukan pada penelitian ini meliputi analisis morfologi permukaan karbon aktif dengan menggunakan SEM dan analisis spektra secara FTIR terhadap karbon aktif.  Hasil analisa  morfologi  menggunakan SEM  menunjukkan  adanya  pori  yang  terbentuk  pada  karbon  aktif  dan  identifikasi  dengan spektrofotometer FTIR menunjukkan bahwa karbon aktif pada penelitian ini mengandung gugus fungsi C=O, C=C, C-C, N=O, C-N, C-OH, CH 2 dan C-H.
Kata kunci : karbon aktif, pelepah kelapa sawit, karbonisasi, asam fosfat, asam nitra t

## Abstract
Indonesia is one of the biggest producent of palm oil in the world. According to Badan Pusat Statistik (Central Bureau of Statistics), on 2016 wide of the palm oil estate in Indonesia is 11.672.861 Ha. The waste of palm oil plantations so many and isn’t used optimal, for the example is  oil palm frond. Oil palm frond is one of the wet of  waste with the number of production as much as 19.143.492 ton on 2016. This research will discuss the comparison of functional group and surface morphology activated carbon of oil palm frond with use H 3 PO 4 and HNO 3 as an activator. This research purpose to know the comparison of functional group and surface morphology activated carbon of  oil palm frond with use H 3 PO 4 and  HNO 3 as  an  activator.  The  method  includes  impregnation,  carbonization,  and  washing process. The  concentration of activator is 20%  with 400 o C activation temperature. This research is used morphology surface activated carbon analysis with SEM and FTIR spectrophotometer. The result of  analysis  with  SEM  show  there  is  pore  formed  on  activated  carbon  and  the  indentification  with spechtrophotometer FTIR shows that activated carbon is contain of functional group are C=O, C=C, C- C, N=O, C-N, C-OH, CH 2 and C-H.
Keywords : activated carbon, oil palm frond, carbonization, phospate acid, nitric acid.

## Pendahuluan
Pelepah  kelapa  sawit  merupakan  jenis limbah  padat  yang  dihasilkan  sepanjang  tahun oleh  perkebunan  kelapa  sawit  [6],  merupakan sumber  biomassa  terbesar  yang  tersedia  di perkebunan [10]. Pelepah kelapa sawit termasuk kategori  limbah  basah  (wet  by-products) karena masih  mengandung  kadar  air  sekitar  70-75% [12].  Jumlah  produksi  pelepah  kelapa  sawit sekitar 5500 kg/(ha) (tahun) [4].
Unsur kimiawi yang terdapat pada pelepah kelapa  sawit  berupa  selulosa,  lignin,  dan hemiselulosa menyebabkan pelepah kelapa sawit dapat  digunakan  sebagai  bahan  alternatif  untuk membuat  karbon  aktif.  Komposisi  kimia  serat pelepah  kelapa  sawit  ditunjukkan  pada  tabel  1 [12].
Penelitian pemanfaatan limbah perkebunan kelapa sawit menjadi produk yang memiliki nilai ekonomis pada saat ini masih terbatas, misalnya pada pemanfaatan selulosanya digunakan
sebagai bahan baku pembuatan pulp, pembuatan karbon  aktif  dari  bahan  baku  cangkang  dan tandan  kosong  kelapa  sawit  sedangkan  dari pelepah  sawit,    diolah  menjadi  pakan  ternak tetapi  masih  sebatas  penelitian  [8].  Unsur kimiawi yang terdapat pada pelepah kelapa sawit berupa  selulosa,  lignin,  dan  hemiselulosa menyebabkan  pelepah  kelapa  sawit  dapat digunakan  sebagai  bahan  alternatif  untuk membuat karbon aktif [1]. Komponen- komponen  yang  terdapat  pada  serat  pelepah kelapa sawit ditunjukkan pada Tabel 1.

## Tabel 1. Komponen dan Komposisi Senyawa Penyusun Pelepah Kelapa Sawit
Karbon  aktif  adalah  karbon  padat  atau serbuk dengan luas permukaan yang besar yang dihasilkan  dengan  cara  pirolisis  menggunakan metode  aktivasi  fisika  atau  kimia  [5].  Karbon aktif banyak dimanfaatkan oleh berbagai bidang industri  untuk  berbagai  tujuan,  diantaranya pemurnian  gas,  pembersih  air,  pengolahan limbah cair, mengadsorpsi bau, warna, gas serta logam  [9].  Pada  penelitian  ini  akan  dianalisa perbandingan  morfologi  dan  gugus  fungsi  dari karbon  aktif  dengan  aktivator  asam  fosfat  dan asam nitrat.

## Teori
Pelepah  sawit  atau oil  palm  frond (OPF) sangat  besar,  jumlahnya  hampir  sama  dengan produksi  tandan  buah  segarnya  seperti  terlihat pada Tabel 2 [12,15].
Tabel  2.  Ketersediaan  Limbah  Padat  Pelepah Kelapa Sawit tahun 2011-2016.
Tahun Luas Perkebuan (ha) Pelepah (Ton) 2011 8.992.824 14.748.231 2012 9.572.715 15.699.252 2013 10.465.020 17.162.632 2014 10.754.801 17.637.873 2015 11.300.370 185.326.068 2016 11.672.861 191.434.920 Karbon  aktif  memiliki    luas  permukaan yang  besar  dan  daya  adsorpsi  yang  tinggi sehingga pemanfaatannya dapat optimal. Karbon aktif  yang  baik  harus  memiliki  luas  permukaan
yang besar sehingga daya adsorpsinya juga besar [2].
Secara  umum  proses  pembuatan  karbon aktif  terdiri  dari  tiga  tahapan  yaitu  dehidrasi, aktivasi  dan  karbonisasi  [2].  Dehidrasi  adalah proses penghilangan kandungan air yang terdapat dalam  bahan  baku  karbon  aktif  dengan  tujuan untuk  menyempurnakan  proses  karbonisasi  [3]. Karbonisasi  adalah  proses  pembakaran  material organik  pada  bahan  baku  yang  menyebabkan terjadinya  dekomposisi  material  organik  bahan baku  dan  pengeluaran  pengotor  [16].  Aktivasi adalah proses pengaktifan karbon yang bertujuan untuk  membuka  pori-pori,  memperbesar  luas permukaan  dan  meningkatkan  porositas  yaitu dengan  cara  memecahkan  ikatan  hidrokarbon atau mengoksidasi  molekul-molekul permukaan sehingga karbon mengalami perubahan sifat baik fisika  maupun  kimia  yaitu  luas  permukaannya bertambah  besar  sifat  baik  fisik  maupun  kimia yaitu  luas  permukaannya  bertambah  besar  dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi [7].
Kualitas karbon  aktif tergantung dari  jenis bahan baku, teknologi pengolahan, cara pengerjaan  dan  ketepatan  penggunaannya. Indonesia  telah  membuat  pula  standar  mutu karbon  aktif  menurut  standar  industri  Indonesia yaitu  SII  0258-79  yang  kemudian  direvisi menjadi  SNI  06-3730-1995  [14]  seperti  terlihat pada Tabel 3.

## Tabel 3. Standar Kualitas Karbon Aktif

## Metodologi Penelitian
Pelepah kelapa sawit lolos ayakan 32 mesh sebanyak  30  gram  diaktivasi  dengan  aktivator asam  fosfat  dan  asam  nitrat  dengan  konsentrasi 20%,  selama  2  jam  pada  suhu  80 o C  lalu diimpregnasi selama 24 jam pada suhu ruangan.
Kemudian disaring untuk memisahkan filtrat dan Komponen Kimia Kandungan (%) Lignin 16,77 ± 0,30 Selulosa 36,33 ± 4,10 Hemiselulosa 30,34 ± 4,54 Komponen kimia lain 6,66 Uraian Satua n Persyaratan Butiran Serbuk Bagian yang hilang pada pemanasan 950 o C % Maks.15 Maks. 25 Kandungan air % Maks. 4,5 Maks. 15 Kandungan abu % Maks. 2,5 Maks. 10 Bagian yang tidak terkarbon - 0 0 Daya serap I 2 mg/g Min. 750 Min. 750 Karbon aktif murni ( Fixed carbon ) % Min. 80 Min. 60
larutan.  Sampel  dikarbonisasi  menggunakan furnace pada  suhu  400 o C  selama  1  jam. Kemudian  dicuci  hingga  pH  netral  dengan  air destilat pada suhu 85 o C. Kemudian dipanaskan di  dalam  oven  pada  suhu  110 o C  selama  2  jam untuk proses pengeringan karbon aktif.

## Hasil Analisis Morfologi Permukaan Karbon Aktif
Analisa morfologi permukaan karbon aktif dikarakterisasi menggunakan SEM pada masing- masing aktivator. Hasil yang diperoleh dari hasil analisis SEM ditunjukkan pada Gambar 1.
(a)

## (b)
Gambar 1. Hasil Analisis Morfologi Menggunakan SEM (a) Karbon Aktif Teraktivasi Asam Fosfat (b) Karbon Aktif Teraktivasi Asam Nitrat
Pada  gambar  1  dapat  dilihat  morfologi permukaan  karbon  aktif  dari  pelepah  kelapa sawit  memiliki  permukaan  pori-pori  yang  kasar dan tidak teratur. Pembentukan dan pembesaran pori  disebabkan  oleh  penguapan  komponen selulosa  yang  terdegradasi  dan  lepasnya  zat terbang.  Pengurangan  senyawa  hidrokarbon menghasilkan  permukaan  karbon  aktif  terlihat semakin  jelas.  Proses  aktivasi  bertujuan  untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau
mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga karbon mengalami perubahan yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap  daya  adsorpsi.  Struktur  pori-pori  yang terbentuk  berasal  dari  penguapan  dan  pelarutan senyawa-senyawa  non-karbon  yang  terdapat  di dalam  bahan  baku  yang disebabkan oleh proses pirolisis,  yang  bisa  meninggalkan  beberapa ruang kosong yang membentuk pori-pori [13].
Pada  gambar  di  atas  terdapat  perbedaan struktur pori karbon aktift eraktivasi asam fosfat dengan karbon aktif teraktivasi asam nitrat. Pada karbon  aktif  teraktivasi asam  fosfat, pori-pori yang  terbentuk  lebih  banyak  dan  membentuk rongga  pori-pori  dengan  kedalaman  yang  lebih besar  dan  merata  serta  kontur  permukaan  yang lebih  kasar  dan  tidak  teratur  bila  dibandingkan dengan karbon aktif teraktivasi asam nitrat.

## Analisis Gugus Fungsi Karbon Aktif
Analisa  gugus  fungsi  karbon  aktif  yang diperoleh dapat dianalisa dengan metode Fourier Transform  Infrared  (FTIR),  yaitu  metode spektroskopi inframerah yang dilengkapi dengan transformasi  Fourier  untuk  analisis  hasil spektrumnya. Metode spektroskopi yang digunakan adalah metode absorpsi, yaitu metode spektroskopi  yang  didasarkan  atas  perbedaan penyerapan  radiasi  inframerah.  Hasil  yang diperoleh  dari  hasil  analisis  FTIR  ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar  2.  Hasil Fourier  Transform  Infra  Red (FTIR) Pelepah Kelapa Sawit, Karbon Aktif Asam Fosfat dan Karbon Aktif Asam Nitrat
Puncak  serapan  3734,19  cm -1 dimiliki oleh  pelepah  kelapa  sawit,  karbon  aktif  asam nitrat  dan  karbon  aktif  asam  fosfat.  Puncak serapan  pada  bilangan  3500  –  3200  cm -1 (merujuk  pada  O-H  stretching)  mengindikasi adanya gugus fungsi O-H (hidroksil). Dari hasil yang  diperoleh  terjadi  penurunan  puncak serapan, hal ini terjadi karena penguraian gugus hidroksil  dan  air  yang  teradsorpsi.  Besarnya
gugus  hidroksil  menunjukkan  adanya  ikatan hidrogen  yang  kuat  (dari  karboksil,  fenol  atau alkohol).
Penurunan  puncak  serapan  merupakan petunjuk  mulai  terbentuknya  senyawa  aromatik yang  merupakan  unsur  penyusun  karbon  aktif [10].  Pada  spectrum  gelombang  FTIR  karbon aktif asam nitrat dan asam fosfat, muncul puncak serapan dengan bilangan gelombang 1600,92 cm - 1 dan 1608,63cm -1 . Puncak serapan pada bilangan 1820-1600cm -1 mengindikasikan  keberadaan gugus C=O. Gugus C=O merupakan gugus khas yang terdapat pada karbon aktif dan
menunjukkan  bahwa  pelepah  kelapa  sawit membentuk zat aktif karbon [11]. Pada  karbon aktif teraktivasi asam  fosfat menunjukkan bahwa terbentuk bilangan gelombang  pada  rentang  900  -  1200  cm -1 ,  hal tersebut  dikarenakan  adanya  penyerapan  oleh OH, CH, C-OH dan CH 2 pada unit glikosil dalam karbon aktif [10].  Karbon aktif yang dihasilkan memiliki  pola  serapan  dengan  jenis  ikatan  OH, C=O,  dan  C-O.  Adanya  ikatan  OH  dan  C-O menunjukkan bahwa karbon aktif yang dihasilkan  cenderung  bersifat  lebih  polar. Dengan  demikian  karbon  aktif  yang  dihasilkan dapat  digunakan  sebagai  adsorben  zat  yang cenderung  polar  seperti  untuk  penjernihan  air, gula,  alkohol  atau  sebagai  penyerap  emisi formaldehid [11].
Proses  aktivasi  pada  karbon  aktif  asam nitrat telah membentuk ikatan C=C yang ditandai dengan  adanya  pemunculan  spectrum  pada bilangan  gelombang  1431,18  cm -1 .  Puncak serapan pada bilangan 1500-1400 cm -1 mengindikasikan keberadaan gugus C=C. Gugus C=C  menunjukkan  adanya  peningkatan  kadar karbon.
Karbon  aktif  teraktivasi  asam  nitrat membentuk  ikatan  amina  yang  ditandai  dengan adanya  spektrum  pada  bilangan  gelombang 1253,73  cm -1 mengindikasikan  keberadaan gugus C-N (1350-1000 cm -1 ) [11]. Pada puncak serapan 1431,18 cm -1 dimiliki oleh karbon aktif teraktivasi  asam  nitrat  hal  ini  mengindikasikan keberadaan gugus N=O (1550-1350 cm -1 ) yang menunjukkan  adanya  gugus  nitro.  Sedangkan pada puncak serapan dengan bilangan gelombang  2970,38  cm -1 dan  2904,60  cm -1 mengindikasikan keberadaan gugus C-H (3000- 2850  cm -1 )  yang  menunjukkan  adanya  senyawa alkana  [11].  Gugus  fungsi  yang  terdapat  pada karbon  aktif  pelepah  kelapa  sawit  yaitu  gugus
C=O, C=C, C-C, N=O, C-N, C-OH, CH 2 dan C- H.

## Kesimpulan
Hasil  yang  diperoleh  pada  penelitian  ini mengenai  analisa  morfologi  dan  gugus  fungsi pada  karbon  aktif  diperoleh  pada  morfologi permukaan  karbon  aktif  teraktivasi asam  fosfat pori-pori  yang  terbentuk  lebih  banyak  dan membentuk rongga-rongga pori dengan kedalaman  yang  lebih  besar  bila  dibandingkan dengan karbon aktif teraktivasi asam nitrat.
Hasil  identifikasi  dengan  spektrofotometer FTIR  menunjukkan  bahwa  karbon  aktif  pada penelitian  ini  mengandung  gugus  fungsi  C=O, C=C, C-C, N=O, C-N, C-OH, CH 2 dan C-H.

## Daftar Pustaka
[1]   Allwar,  R.  Winarsi,  N.  Fitriyani,  K.
Merdekawati, Characterization and Application  of  Activated  Carbon  from  Oil Palm Shell Prepared by Pyhisical Activation and Nitric Acid for the Removal of Phenol and 2-Chlorophenol,
International  Journal  of  Science  and Research (IJSR) ISSN : 2319-7064, (2015).
[2]  Bansal  dan  R.  Chand,  Activated  Carbon Adsorption, Taylor & Francis Group, Boca Raton London New York, Singapore, LLC.
[3]  B.H Hameed, K. Y. Foo, Porous Structure and  Adsorptive  Properties  of  Pineapple Peel Based Activated Car bons Prepared Via Microwave  Assisted  KOH  and  K 2 CO 3 Activation, Malaysia : School of Chemical
Engineering, Engineering campus, University Sains Malaysia, 2011. [4] Dahlan,  Oil  Palm  Frond  a  Feed  for Herbivores, Asian-Australian Journal
Animal. University Putra Malaysia, (2000) C(3) : 300-303.
[5] D.  Kalderis,  S.  Bethanis,  et  al,  Production of  Activated  Carbon  From  Bagasse  And Rice  Husk  by  a  Single-Stage  Chemical Activation  Method  at  Low  Retention Times,  Bioresource  Technology  (2008) 99(15) : 6809-6816.
[6] E.  Hermiati,  L.  Risanto,  S.  H.  Anita,  Y. Aristiawan,  Y.  Sudiyani,  A.  Hanafi,  H. Abimanyu,  Sakarifikasi  Serat  Tandan
Kosong dan Pelepah Kelapa Sawit Setelah Pretreatment Menggunakan Kultur Campuran Jamur Pelapuk Putih Phanerochaete chrysosporium dan Trametes  Versicolor,  Jurnal  Penelitian Hasil Hutan, 32 (2) (2014): hal 111-122. [7] J.  S.  Aznar,  Characterization  of  Activated Carbon  Produced  from  Coffe  Residues  by Chemical  and  Physical  Activation,  KTH Chemical Science and Engineering, Stockholm, Sweden, 2011.
[8] K.  Simanihuruk,  Junjungan,  S.P  Ginting, Pemanfaatan  Silase  Pelepah  Kelapa  Sawit Sebagai  Pakan  Basal  Kambing  Kacang Fase Pertumbuhan (Utilization Of Oil Palm
Frond  Silages  As  Basal  Diet  For  Kacang Goats  In  Growth  Phase),  Badan  Pusat
Statistik Indonesia. Bps Jakarta –
Indonesia, 2008.
[9] L.  Mody, W. Syafii dan G. Pari, Sifat Mutu Arang  Aktif  Tempurung  Kelapa,  Jurnal Penelitian  Hasil  Hutan,  2012,  Vol.  30(2) :
100-113.
[10] Mohideen, M. Faizal, M. Faiz, H. Salleh, H. Zakaria,  R.  V.  Raghavan,  Drying  of  Oil Palm  Frond  via  Swirling  Fluidization Technique.  Proceedings  of  the  World Congress  on  Engineering,  (2011)  Vol  III.
ISSN : 2078-0966.
[11]  Pavia,  L.  Donald,  M  Gary,  S.  Lampman, George, Kriz, Introduction to Spectroscopy Aguide for Students of Organic Chemistry, Third Edition, Western Washington
University hal. 26.
[12]  Salman,  Optimization  of  Preparation Conditions for Activated Carbon From Oil Palm  Frond  Using  Response  Surface Methodology  on  Removal  of  Pesticides from  Aqeous  Solution,  Arabian  Journal
Chemsitry, (2014), 7 (3), 101-108.
[13]  S.M Yakout, G. Sharaf El-Deen, Characterization  of  Activated  Carbon
Prepared by Phosphoric Acid Activation of Olive Stones, Arabian Journal of Chemistry
9, (2016),  S1155-S1162.
[14] Standar  Nasional  Indonesia,  Arang  aktif Teknis  (SNI  06-3730-1995),  Jakarta  : Badan  Standarisasi  Nasional  Indonesia, 1995.
[15] United  States  Department  of  Agriculture, Oilseeds  and  Products  Annual  Report. 2016.
[16]  X. Wang, D. Li, J. Peng, H. Xia, L. Zhang, S.  Guo,  G.  Zhen,  Optimization  of Mesoporous Activated Carbon from
Coconut    Shells  by  Chemical  Activation With Phosporic Acid. Bioresouces (2013) 8 (4), 6184-6195.