## KAJIAN STABILITAS TERMAL DAN KARAKTER KOVALEN ZAT PENGAKTIF PADA ARANG AKTIF LIMBAH GERGAJIAN
KAYU MERANTI ( Shorea spp)
Harry S. J. Koleangan 1)
1) Program Studi Kimia FMIPA Univesitas Sam Ratulangi, Manado 95115 e-mail: koleanganharry@yahoo.com

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penelitian  tentang  peranan  stabilitas  termal  dan  karakter  kovalen  pada  zat pengaktif pada arang aktif yang dibuat dari limbah gergajian kayu meranti dengan menggunakan agen  pengaktif  CaCl 2 dan  H 3 PO 4 .  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  zat  pengaktif  yang memiliki karakter kovalen yang dominan menghasilkan arang aktif dengan daya serap tertinggi.
Kata kunci: agen pengaktivasi, karbon aktif, limbah gergajian kayu meranti
THERMAL STABILITY AND COVALENT CHARACTER EVALUATION OF ACTIVATING AGENTS ON MERANTI (Shorea spp) TIMBER

## SAWMILL-WASTE ACTIVATED CARBON

## ABSTRACT
A research considering the role of thermal stability and covalent character of activating agent on meranti  timber  sawmill-waste  activated  carbon  using  H 3 PO 4 and  CaCl 2 as  activating  agents  had been  conducted.  The  result  showed  that  the  activating  agent  having  higher  covalent  character yielded highest-adsorption activated carbon.
Keywords: , activating agent, timber sawmill-waste, activated carbon.

## PENDAHULUAN
Indonesia  memiliki  potensi  sumber daya  alam  yang  besar,  di  antaranya  potensi kehutanan yang dititikberatkan pada pemanfaatan  kayu  menjadi  kayu  lapis  dan kayu gergajian.
Kegiatan tersebut
menghasilkan  produk  samping  yaitu  limbah berupa  serbuk  kayu  yang  umumnya  hanya dibiarkan menumpuk, membusuk, dibuang ke aliran sungai, atau dibakar sehingga menyebabkan  pencemaran  lingkungan.  Salah satu jenis kayu yang sering digunakan dalam industri  kayu  gergajian  adalah  kayu  meranti ( Shorea spp).
Salah satu jalan yang ditempuh untuk mengatasi  masalah  limbah  ini  adalah  dengan memanfaatkannya  menjadi  serbuk  arang aktif.  Arang  aktif  adalah  zat  dengan  daya jerap  tinggi  yang  mempunyai  aplikasi beragam dalam penjerapan zat-zat yang tidak diinginkan dari gas dan larutan. Semua bahan yang mengandung karbon dalam jumlah yang cukup  tinggi  dapat  diubah  menjadi  arang
aktif,  tetapi  hasil  akhirnya  akan  bervariasi tergantung  pada  bahan  baku,  zat  pengaktif dan  kondisi  proses  aktivasi  (Bansal et . al. , 1988).
Proses  aktivasi  arang  aktif  ada  dua macam,  yaitu  proses  aktivasi  fisika  dan aktivasi  kimia.  Aktivasi  fisika  biasanya berlangsung  pada  suhu  800  –  1100 o C, sedangkan  penggunaan  zat  kimia  dalam aktivasi  kimia  menyebabkan  proses  aktivasi dapat dilakukan pada suhu yang lebih rendah. Pada  aktivasi  kimia,  zat  pengaktif  akan masuk  di  antara  sela-sela  lapisan  karbon heksagonal dan selanjutnya membuka permukaan  yang  tertutup  (Bansal et . al. , 1988).  Dua  zat  pengaktif  yang  biasanya digunakan untuk tujuan ini adalah H 3 PO 4 dan CaCl 2 .  Sifat  zat  pengaktif  yang  berhubungan dengan  mutu  arang  aktif  adalah  stabilitas termal dan karakter kovalen. Stabilitas termal berperan  dalam  mempertahankan  kestabilan zat  pengaktif  dalam  proses  aktivasi  yang dilakukan  pada  suhu  tinggi  sedangkan karakter  kovalen  berkaitan  dengan  interaksi
kovalen  antara  arang  dengan  zat  pengaktif yang  berlangsung  pada  suhu  tinggi  untuk membuka  pori  arang.  Dalam  penelitian  ini dikaji  tentang  peranan  kedua  sifat  tersebut yang dikombinasi dengan variasi suhu dalam pembuatan  arang  aktif  dari  limbah  kayu meranti.

## METODE PENELITIAN
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  serbuk  gergajian  kayu meranti, H 3 PO 4 10%, CaCl 2 10 %, larutan iod 0,1  N,  Na 2 S 2 O 3 0,1  N,  larutan  kanji  1%, kertas saring, akuades.
Alat yang digunakan terbagi atas alat untuk  pembuatan  arang  aktif  dan  alat  untuk analisis  mutu.  Alat  untuk  pembuatan  arang aktif:  oven,  tanur,  neraca  analitik,  cawan porselen  dengan  penutup,  mortar,  saringan, wajan,  burner,  dan  wadah  plastik  (ember). Alat  untuk  analisis  mutu:  cawan  porselen dengan  penutup,  botol  timbang,  oven,  tanur, desikator, kertas karbon, labu asah, peralatan titrasi dan peralatan gelas.
Preparasi  sampel  dilakukan  sebagai berikut:  serbuk  gergaji  kering  ±  300  g dimasukkan ke dalam wadah plastik kemudian  dicampur  dengan  H 3 PO 4 10%  dan didiamkan  selama  24  jam.  Campuran  ini kemudian  dikeringkan  dan  dikarbonisasi sampai terbentuk arang. Karbonisasi
dilakukan  dengan  cara  mengarangkan  serbuk kayu  yang  telah  direndam  dengan  pengaktif diatas pemanas (burner). Setelah itu dimasukkan ke dalam tanur dengan suhu 500 o C selama 3 jam. Arang aktif yang dihasilkan lalu  dicuci  dengan  akuades  sampai  pH  air netral dan dikeringkan dalam oven pada suhu 110 o C selama ± 3 jam. Perlakuan yang sama diulangi  untuk  aktivasi  menggunakan  suhu 600 o C  dan  700 o C  dengan  menggunakan pengaktif  CaCl 2 10%,    kemudian  arang  aktif siap  untuk  dianalisis.  Analisis  dilakukan untuk menentukan kadar zat mudah menguap, kadar abu, kadar karbon terikat dan daya  jerap  iod.  Penentuan  daya  jerap  iod dilakukan menggunakan prosedur dari American  Society  for  Testing  and  Material (1999).
Penelitian  ini  dilaksanakan  dengan menggunakan  rancangan  percobaan  faktorial yang  disusun  dalam  Rancangan  Acak Lengkap  (RAL),  yang  terdiri  dari  dua  faktor yaitu  jenis  pengaktif  dan  suhu  aktivasi. Masing-masing  kombinasi  perlakuan  diulang tiga kali.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis daya jerap purata arang aktif  dari  limbah  kayu  meranti  disajikan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Daya Serap Purata Arang Aktif dari Limbah Kayu Meranti 358.2693 561.4733 730.8463 209.679 223.253 288.927 500 600 700 Suhu ( o C)
H3PO4 CaCl2 D a y a J e ra p (m g/ g)
Dari  Gambar  1  terlihat  adanya perbedaan  daya  jerap  purata  antara  arang aktif  yang  dihasilkan  menggunakan  zat pengaktif  H 3 PO 4 dengan  arang  aktif  yang diaktivasi  dengan  CaCl 2 .  Perbedaan  daya jerap  ini  didukung  oleh  analisis  statistik (Lampiran)  yang  menyimpulkan  bahwa  daya jerap  purata  arang  aktif  yang  diaktivasi menggunakan  H 3 PO 4 berbeda  signifikan (dengan tingkat keyakinan 95%)
dibandingkan dengan daya jerap purata arang aktif yang diaktivasi menggunakan CaCl 2 . Dari  hasil  ini  juga  nampak  bahwa daya jerap purata arang aktif yang dihasilkan menggunakan  zat  pengaktif  H 3 PO 4 adalah lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  yang dihasilkan  oleh  zat  pengaktif  CaCl 2 .  Hal  ini menunjukkan  bahwa  H 3 PO 4 berperan  lebih sangkil  dalam  membuka  pori  pada  arang sehingga  arang  aktif  yang  dihasilkannya memiliki  daya  jerap  yang  lebih  baik. Kesangkilan  kedua  pengaktif  ini  dalam proses  aktivasi  arang  dapat  dipengaruhi  oleh dua faktor, yaitu stabilitas termal dan karakter kovalen dari zat tersebut.
Stabilitas  termal  dari  kedua  zat pengaktif  tercermin  dari  entalpi  (  H  ) dekomposisi  masing-masing  zat,  di  mana stabilitas  termal  akan  semakin  baik  dengan semakin tingginya entalpi dekomposisi (Shriver et . al. ,  1990).  Dari  penelusuran pustaka  diketahui  H  CaCl 2 =  795,8 kJ/mol  dan  H  H 3 PO 4 =  964,4  kJ/mol (Atkins,  1990).  Dari  data  ini  nampak  bahwa H 3 PO 4 memiliki  stabilitas  termal  lebih  baik dari  CaCl 2 ,  sehingga  secara  teoritis  pada proses pengarangan akan lebih banyak H 3 PO 4 yang tersedia dibandingkan CaCl 2 . Gambar 1 menunjukkan bahwa sepertinya faktor stabilitas  termal  membuat  H 3 PO 4 menjadi lebih  sangkil  dibandingkan  CaCl 2 karena lebih  tingginya  daya  jerap  arang  yang diaktivasi  menggunakan  H 3 PO 4 pada  semua suhu.  Namun,  apabila  ditelaah  lebih  dalam dengan  membandingkan  daya  jerap  arang aktif pada ketiga suhu, terlihat bahwa dengan meningkatnya suhu tidak membuat daya jerap menjadi lebih rendah. Dengan kata lain, pada kisaran  suhu  500 o C  sampai  700 o C  belum membawa  pengaruh  yang  berarti  pada kestabilan termal kedua zat tersebut. Jadi ada faktor lain yang lebih menentukan dibandingkan  faktor  stabilitas  termal.  Faktor
itu  adalah  perbedaan  karakter  kovalen  dari zat pengaktif.
Unsur-unsur  yang  menyusun  H 3 PO 4 berikatan  secara  kovalen  polar  sedangkan pada CaCl 2 unsur-unsur penyusunnya berikatan  secara  ionik.  Dengan  demikian senyawa  H 3 PO 4 lebih  didominasi  oleh karakter kovalen, sedangkan CaCl 2 didominasi  oleh  karakter  ionik.  Perbedaan karakter kovalen antara H 3 PO 4 dengan CaCl 2 memiliki  dampak  terhadap  interaksinya dengan  arang.  Arang,  yang  tersusun  dari atom- atom C yang secara kovalen membentuk struktur heksagonal datar dengan satu  atom  C  pada  tiap  sudut,  akan berinteraksi  lebih  baik  dengan  zat  yang memiliki  karakter  kovalen  dibandingkan dengan  zat  berkarakter  ionik.  Jadi,  H 3 PO 4 memiliki  kemampuan  berinteraksi  lebih  baik dengan  arang,  dalam  hal  ini  lebih  sangkil dalam membuka pori pada arang, dibandingkan dengan CaCl 2 . Hasilnya nampak pada lebih tingginya daya jerap pada arang  yang  dihasilkan  dengan  menggunakan pengaktif H 3 PO 4 (Gambar 1).
Uji statistik (Lampiran) juga menunjukkan  bahwa  terdapat  perbedaan signifikan  (dengan  tingkat  keyakinan  95%) pada  daya  jerap  purata  antara  arang  aktif yang diaktivasi pada suhu 500 o C, 600 o C, dan 700 o C,  baik  yang  menggunakan  H 3 PO 4 maupun  CaCl 2 .  Uji  Beda  Nyata  Jujur  (BNJ) pada  lampiran  yang  sama  menunjukkan bahwa  daya  jerap  purata  pada  arang  yang dihasilkan  oleh  ketiga  suhu  tersebut  ternyata berbeda  secara  signifikan  dengan  tingkat keyakinan  95%,  baik  pada  arang  yang menggunakan  pengaktif  H 3 PO 4 maupun CaCl 2 di mana daya jerap tertinggi diperoleh dari  arang  yang  diaktivasi  pada  suhu  700 o C dengan menggunakan pengaktif H 3 PO 4 .
Dari  Gambar  1  juga  nampak  bahwa daya  jerap  purata  tertinggi  diperoleh  pada proses  aktivasi  menggunakan  suhu  700 o C kemudian, 600 o C dan 500 o C, baik menggunakan  pengaktif  H 3 PO 4 maupun CaCl 2 .    Hal  ini  menunjukkan  penggunaan suhu  700 o C  berperan  lebih  sangkil  dalam membuka pori pada arang sehingga memberikan  hasil  arang  aktif  yang  memiliki daya  jerap  yang  lebih  baik.  Kemampuan membuka  pori  ini  berhubungan  dengan  suhu yang  digunakan  dalam  proses  aktivasi.  Suhu tinggi  berkaitan  langsung  dengan  jumlah energi  yang  terlibat  dalam  proses  aktivasi
karena  semakin  tinggi  suhu  semakin  besar energi  yang  terlibat  dalam  proses  aktivasi. Semakin  banyak  energi  yang  digunakan dalam  aktivasi,  semakin  banyak  pori  yang terbuka  sehingga  semakin  baik  daya  jerap dari karbon aktif yang dihasilkan.
Secara keseluruhan, daya jerap terbaik  diperoleh  dari  arang  aktif  diaktivasi menggunakan  pengaktif  H 3 PO 4 dan  suhu aktivasi  700 o C,  yaitu  dengan  hasil  purata 730,8463 mg I 2 per gram arang aktif.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  maka dapat disimpulkan:
1. Perbedaan  stabilitas  termal  antara  H 3 PO 4 dengan CaCl 2 belum membawa pengaruh yang  berarti  daya  jerap  arang  aktif  dari limbah  kayu  gergajian  yang  diaktivasi pada suhu 500 o C, 600 o C, dan 700 o C. 2. Karakter  kovalen  yang  lebih  dominan pada  H 3 PO 4 membuat  agen  pengaktif  ini lebih  sangkil  dalam  aktivasi  arang  dari limbah gergajian kayu meranti.
3. Arang  aktif  dengan  daya  jerap  terbaik diperoleh menggunakan pengaktif H 3 PO 4
dan  suhu  aktivasi  600 o C,  yaitu  dengan hasil  purata  861,0579  mg  I 2 per  gram arang aktif.

## DAFTAR PUSTAKA
American  Society  for  Testing  and  Material. 1999. Standard  Test  Method  for
Determination  of  Iodine  Number  of Activated Carbon . ASTM. Philadelphia.
Atkins,  P.  W.  1990. Physical  Chemistry .  W. H. Freeman and Company. New York.
Bansal,  C.  R.  ,  J.  B.  Donnet,  F.  Stoeckli  . 1988. Active  Carbon .  Marcel  Dekker
Inc. New York .
Pari, G. 2002. Teknologi alternatif pemanfaatan limbah industri pengolahan kayu . http :
//rudyet.tripod.com/sem  2.012  gustan- pari.htm.
Shriver, E. F., P. W. Atkins, C. H. Langford. 1990. Inorganic  Chemistry .    Oxford
University Press. Oxford. Lampiran. Analisis  Sidik  Ragam  Daya  Jerap  Purata  Arang  Aktif  dari  Limbah  Kayu Meranti ANOVA Sumber Ragam JK db KT F P-value F crit Jenis Pengaktif 431268.8 1 431268.8  6169.436 1.21E-17 4.747225 Suhu 153192.8 2 76596.41  1095.736 2.61E-14 3.885294 Interaksi 66377.46 2 33188.73  474.7753 3.78E-12 3.885294 Galat 838.849 12 69.90408 Total 651677.9 17

## Uji Beda Nyata Jujur (BNJ)
Pengujian Efek Sederhana 1. Pengaruh suhu pada masing- masing jenis zat pengaktif   198349 , 18 ) , ( galat 1 05 , 0    r KT n p q BNJ Di mana : ) , ( 1 n p q = nilai dari tabel q pada kolom ke- p 1 dan baris ke- n
p 1 = banyak perlakuan suhu (= 3) n = derajat bebas galat (= 12)
r = banyaknya ulangan (= 3) 2. Pengaruh jenis pengaktif pada masing-masing suhu   867617 , 14 ) , ( galat 2 05 , 0    r KT n p q BNJ Di mana : ) , ( 2 n p q = nilai dari tabel q pada kolom ke- p 2 dan baris ke- n p 2 = banyak jenis kayu (= 2) n = derajat bebas galat (= 12) r = banyaknya ulangan (= 3)

## Tabel Pengujian Efek Sederhana
Jenis Pengaktif Suhu ( o C) Keterangan 500 600 700 H 3 PO 4 358.2693a A 561.4733b A 730.8463c A Huruf kecil ke samping untuk pengujian suhu. CaCl 2 209.6793a B 223.2533a B 288.9273b B Huruf besar ke bawah untuk pengujian jenis pengaktif.