CARBON CHARACTERIZATION FROM CANDLENUT SHELLS (Aleurites Moluccana (L) Willd ) WITH XRD
Karakterisasi Karbon Dari Tempurung Kemiri (Aleurites Moluccana (L) Willd ) Dengan Alat XRD

## Jolantje Latupeirissa*, Matheis F.J.D.P. Tanasale, Kalam Dade
Chemistry Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Pattimura University, Kampus Poka, Jl. Ir. M. Putuhena, Ambon 97134
*Corresponding author, e-mail: jolalatu@fmipa.unpatti.ac.id
Received:  Oct. 2015 Published: Jan. 2016

## ABSTRACT
The  research  of  carbon  characterization  from  candlenut  shells  before  and  after  activation  has  been  done. Activated  carbon  were  obtained  through  the  heating  process  at  350  °C  for  2  hours.  The  carbon  charcoal  were further cooled and sieved with a 100 mesh sieve. Then, calcinated at 450 °C and nitrogen (N 2 ) were flowed for 2 hours and characterized by XRD for carbon before activation. Carbon was activated by using KOH solution with a  concentration  of  50%  for  5  hours,  then  dried  in  an  oven  at  120  °C  for  1  hour  and  characterized.  XRD diffractogram of crystallization for carbon before activation produced three main peak were 2.93 Å, 3.25 Å, and 8.26 Å, and  at  2Ө region of 30.47°, 27.40°, and  10.70°, respectively. XRD diffractogram  of  crystallization  for activated  carbon  produced  three  main  peak  were  3.0195  Å,  3.3383  Å  and  8.0955  Å, the  2Ө  value  which  was shifted  of    29.560°,  26.682°,  and  10.920°.  This  shift  indicates  that  the  distance  difference  between  charcoal crystal  face  caused  by  KOH  activator.  Weight  acidity  solids  before  and  after  activation  was  27.370  x10 -3 and 33.1245x10 -3 mol.g -1 , respectively.
Keywords : Characterization, activated carbon, XRD

## PENDAHULUAN
Di  Indonesia,  tempurung  kemiri  merupakan hasil pengolahan biji kemiiri. Limbah pangan ini belum  dapat  dimanfaatkan  secara  optimal. Melihat  kesamaannya    dengan  tempurung kelapa,  tempurung  kemiri  diperkirakan  dapat dipergunakan  sebagai    bahan  baku  pembuatan arang  aktif.  Dalam  hal  ini  teksturnya  keras`  dan diduga  memiliki  kandungan    bahan  kayu  seperti lignin,  selulosa  dan  hemiselulosa  yang  tinggi (Anisya,  2009).  Tempurung  kemiri  dapat diperlihatkan pada Gambar 1.
Dengan  biji,  daun  dan  akar Aleurotus moluccana mengandung  saponin,  flavonoida, dan  polifenol,  di  samping  itu  daging  bijinya mengandung  minyak  lemak,  pada  korteksnya mengandung  tannin.  Daging  bijinya  bersifat laksatif.  Di  Ambon  kortesksnya    digunakan sebagai  anti  tumor,  di  Jawa    digunakan  sebagai obat  diare,  sariawan  dan  desentri,  di  Sumatra daunnya digunakan untuk obat sakit  kepala   dan gonnorhea. Minyak kemiri dibuktikan berkhasiat
sebagai  obat  penumbuh  rambut  (Romadhon, 2008).

## Gambar 1. Tempurung Kemiri
Kemiri  berasal  dari  Maluku    dan    tersebar ke Polynesia, India, Filipina, Jawa, Australia dan Kepulauan  Pasifik,  India  Barat,  Brazil  dan Florida.  Kemiri (Aleuritus  moluccana  ) adalah tumbuhan  yang  bijinya    dimanfaatkan    sebagai sumber  minyak  dari  rempah-rempah.  Tumbuhan ini  masih  sekerabat  dengan  singkong  dan termasuk dalam suku Euphorbiaceae (Anisya, 2009).
Tanaman  kemiri  ( Aleuritus  moluccana ) berpohon  besar  dengan  ketinggian  25–40  meter, beranting  banyak,  mempunyai  tunas  muda  yang tertutup  rapat  oleh  bulu  yang  berwarna  putih keabu-abuan  atau  coklat.  Daun  muda  berlekuk tiga  atau  lima,  sedangkan  daun  tua  berbentuk bulat    dengan  ujung    meruncing.  Daun  tersebut mempunyai kelenjar berwarna hijau kekuningan. Bunga  kemiri  merupakan  bunga    majemuk  yang berumah  satu,  berwarna  putih  dan  berangkai pendek.  Buah  kemiri  berkulit  keras  dengan berdiameter 5 cm, di dalamnya terdapat satu atau dua biji yang keras dengan permukaan kasar dan beralur (Anisya, 2009).
Buah kemiri  tidak dapat langsung di makan mentah    karena  beracun  yang  disebabkan  oleh toxalbumin.  Persenyawaan  toxalbumin  dapat dihilangkan  dengan  cara    pemanasan  dan  dapat dinetralkan    dengan  penambahan    bumbu  lainya seperti  garam,  merica  dan  terasi.  Bila  tejadi keracunan  karena  kemiri,  dapat  dinetralkan dengan meminum air kelapa.
Karbon  aktif  adalah  suatu  bahan  padat berpori yang merupakan hasil pembakaran bahan yang mengandung karbon. Karbon aktif merupakan  suatu  bentuk  arang  yang  telah melalui  aktivasi  dengan  menggunakan  gas  CO 2 , uap  air  atau  bahan-bahan  kimia  sehingga  pori- porinya  terbuka  dan  dengan  demikian  daya adsorpsinya  menjadi  lebih  tinggi  terhadap  zat warna  dan  bau.  Karbon  aktif  mengandung  5 sampai 15 persen air, 2 sampai 3 persen abu dan sisanya  terdiri  dari  karbon  diperlihatkan  pada Gambar 2.
Gambar 2. Karbon Aktif
Pengertian  karbon  aktif  ditujukan  pada karbon  yang  amorf  yaitu,  karbon  yang  telah dibuat dan diolah secara khusus untuk memperbesar daya penjerapanya. Pada umumnya bahan  baku  pembuatan    karbon  yang  terdapat pada binatang, tanaman, mineral dapat dijadikan
arang,  misalnya  tulang  binatang,  tempurung kelapa,    kayu,  serbuk  gergaji,  sekam  padi,  kulit durian,  batu  bara,  dan  tongkol  jagung.  Pada karbon  non  aktif,  struktur  pori-pori  yang  dapat menyerap sudah berbentuk garis putih yang lebih luas, sehingga mempunyai daya serap yang lebih besar (Arifin dan Ramli, 1989).
Menurut Cheremisinoff dan Morresi (1978), proses  pembuatan  karbon  aktif  dapat  dibagi menjadi  tiga  tahap  yaitu  :  (a)  dehidrasi  (proses penghilangan  air  yaitu,  bahan  baku  dipanaskan sebagai  temperatur  170 °C),  (b)  karbonisasi (pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon).  Pada  Suhu  di  atas  270  °C,  akan menghasilkan  CO,  CO 2 dan  asam  asetat.    Pada suhu  275 ° C,  dekomposisi  menghasilkan  “ter’’ metanol  dan  hasil  samping  lainya.  Pembentukan karbon  terjadi pada temperatur 400–600 °C dan aktivasi dekomposisi ter dan perluasan pori-pori, dapat  dilakukan  dengan  uap  atau  CO 2 .  Proses aktivasi  yang  dilakukan  adalah  aktivasi  fisis yaitu oksidasi dari udara pada temperatur rendah atau  dengan  aliran  gas  pada  temperatur  tinggi. Dengan  adanya  proses  aktivasi  ini  akan memperluas  permukaan  aktif  pada  karbon,  yaitu dengan terbentuknya pori-pori.
Coocson  (1978)  menyatakan  karbon  aktif mempunyai pori- pori yang saling berhubu ngan, yaitu  :  pori  makro,  mikro  dan  transisi.  Melalui pori inilah terjadi proses penyerapan. Pori makro dapat  menyerap  molekul  adsorbat  dan  pelarut yang  berhubungan  dengan  permukaan  luar  dari partikel  karbon,  pori  karbon  merupakan  cabang dari pori makro dan dapat menyerap pelarut  dan adsorbat  dengan  ukuran  yang  lebih  kecil, sedangkan  pori  transisi  merupakan  cabang  dari pori makro yang hanya dapat menyerap molekul pelarut yang lebih kecil.
X-ray  diffraction  (XRD)  merupakan  salah satu  metoda  karakterisasi  material  yang  di gunakan  untuk  mengidentifikasi  fasa  kristalin dalam  material  dengan  cara    menentukan  para meter  struktur  kisi  serta  untuk  mendapatkan ukuran  partikel. Difraksi  sinar  X  terjadi  pada hamburan  elastis  foton-foton  sinar  X  oleh  atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis  sinar  X  dalam  fasa  tersebut memberikan  interferensi  yang  konstruktif. Dasar dari  penggunaan  difraksi  sinar  X  untuk mempelajari  kisi  kristal  adalah  berdasarkan persamaan Bragg :
n. λ = 2. d .sin θ ; n = 1,2 … ..... (1)
Dengan  λ  adalah  panjang  gelombang  sinar  X yang  digunakan, d adalah  jarak  antara  dua bidang  kisi,  θ  adalah  sudut  antara  sinar  datang dengan  bidang  normal,  dan n adalah  bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan.
Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar X dijatuhkan pada sampel  kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar X yang  memiliki  panjang  gelombang  yang  sama dengan  jarak  antar  kisi  dalam  kristal  tersebut. Sinar  yang  dibiaskan  akan  ditangkap  oleh detektor  kemudian  diterjemahkan  dalam  sebuah puncak  difraksi.  Makin  banyak  bidang  Kristal yang  terdapat  dalam  sampel,  makin  kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya.
Tiap  puncak  yang  muncul  pada  pola  XRD mewakili pada satu bidang Kristal yang memiliki orientasi  tertentu  dalam  sumbu  tiga  dimensi. Puncak-puncak  yang  didapatkan  dari  data pengukuran  ini  kemudian  dicocokan  dengan standar  difraksi  sinar  X  untuk  hampir  semua jenis  material  (Fitriadi,  2011).  Difraksi  sinar  X serbuk  yang  paling  banyak  di  gunakan  untuk identifikasi  bahan  kristalin  (mineral  misalnya, senyawa anorganik). Penentuan padatan diketahui sangat penting untuk di bidang geologi, ilmu  lingkungan,  ilmu  material,  teknik  dan teknologi.

## METODOLOGI

## Bahan
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian ini adalah tempurung kemiri, akuades, KOH (p.a. Merk),  NH 3 (p.a.Merk),  gas  nitrogen,  kertas saring Whatman no.42,

## Alat
Seperangkat  alat  gelas,  desikator,  pengerus, ayakan  Tatonas  (100  mesh),  neraca  analitik Ohaus,  shaker,  oven,  alat  kalsinasi,  tanur,  pipet tetes, pipet volum,  XRD (Shimadzu XD -160).

## Prosedur Kerja Preparasi sampel
Tempurung  kemiri  diambil  dari  buah kemiri,  dilepaskan  isinya  kemudian  diambil tempurungnya.  Setelah  itu  dicuci  berulang  kali dengan  air  suling,  kemudian  dikeringkan  dan dimasukkan  di  dalam  tanur  pada  suhu  450  °C
selama 2 jam. Arang yang dihasilkan  kemudian dihaluskan,  diayak  dengan  ayakan  Tatonas (100  mesh)  dan  dikarakterisasikan  dengan X-RD.

## Uji keasaman permukaan sebelum aktifasi
Metode  yang  digunakan  untuk  menentukan keasaman  permukaan  dari  arang  aktif  adalah metode  gravimetri  yaitu  karbon  yang  dihasilkan dari  tempurung  kemiri,  diambil  sebanyak    0,2  g dimasukkan  dalam  wadah  dan  diletakkan  dalam desikator  yang  di  dalamnya  terdapat  adsorbat amonia  (p.a).  Desikator  ditutup  selama  24  jam kemudian  dikeluarkan  dan  dibiarkan  selama  2 jam pada tempat terbuka  untuk melepaskan basa yang  teradsorpsi  fisik.  Bobot  karbon  yang  telah mengadsorpsi  basa  diukur  untuk  mendapatkan mol  basa  yang  teradsorpsi  pada  karbon  dengan rumus :
Bobot  teradsorpsi =
mol g -1 ….. (2)
dengan :
= Bobot kosong = Bobot wadah  dan cuplikan
= Bobot  dan cuplikan  yang telah mengadsorpsi ammonia
Proses  kalsinasi  dan  aktifasi  karbon  pada tempurung kemiri
Sampel  arang  dimasukkan  dalam  perangkat alat  kalsinasi  yang  telah  dipanaskan  pada  suhu 450 °C dan dialiri dengan gas nitrogen, selama 2 jam.  Selanjutnya  diaktivasi  dengan  cara,  ambil 30  g  karbon  tempurung  kemiri  dan  direndam dalam reagen aktivator KOH 3 M selama 10 jam disaring dan dicuci dengan aquades. Karbon aktif yang  dihasilkan  kemudian  dikeringkan  dalam oven  pada  suhu  110  °C  selama  1  jam, selanjutnya  didinginkan  dalam  desikator  dan dikarakterisasikan dengan XRD.

## Uji keasaman permukaan setelah diaktifasi
Metode  yang  digunakan  untuk  menentukan keasaman  permukaan  dari  karbon  aktif  adalah metode  gravimetri.  Karbon  yang  dihasilkan  dari tempurung  kemiri,  diambil  sebanyak  0,2  g, dimasukkan  didalam  wadah  dan  diletakkan dalam  desikator  yang  di  dalamnya  terdapat adsorbat  ammonia  (p,  a).  Desikator  ditutup selama  24  jam,  kemudian  dikeluarkan  dan dibiarkan  selama  2  jam  pada  tempat  terbuka
untuk  melepaskan  basa  yang  teradsorpsi  fisik. Bobot  karbon  aktif  yang  telah  mengandsorpsi basa  untuk  mendapatkan  mol  basa  yang teradsorpsi  pada  kabon  aktif  dengan  Persamaan (2).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Preparasi Karbon dari Tempurung Kemiri
Tempurung  kemiri  yang  telah  di  cuci,  di keringkan dalam oven pada  suhu 110  °C selama 2  jam  dan  di  lakukan  proses  pengarangan dengan  menggunakan  tanur  pada  suhu  450  °C hingga  menjadi  arang.  Proses  pengarangan  akan menghasilkan  arang  yang  tidak  begitu  aktif karena  luas  permukaannya  masih  begitu  rendah. Kemudian arang yang diperoleh  dihaluskan  dan di ayak dengan  ukuran 100 mesh, selanjutnya di lakukan  suatu  proses  yaitu  proses  kalsinasi bertujuan  untuk  menghilangkan  uap  air  dari pengotor-pengotor  lain.  Sehingga  yang  tersisa hanya  karbon  kemudian  dikarakterisasi  dengan menggunakan XRD.
Proses  kalsinasi  ini  dilakukan  dengan pemanasan pada suhu 450 °C  selama 2 jam serta dialiri  dengan  gas  nitrogen  (N 2 ).  Arang dimasukan  didalam  reaktor  setelah  dihubungkan dengan  tabung  nitrogen.  Reaktor  kemudian ditempatkan  pada furnace yang  suhunya  telah diatur, yang dihubungkan dengan regulator untuk menyelaraskan  suhu  tanur  dengan  pencatat  suhu yang telah ditentukan dan terhubung pula dengan stabilizer  untuk  menstabilkan  tegangan  listrik yang  masuk  kedalam furnace .  Setelah  itu didinginkan  pada  suhu  kamar.  Karbon  yang dihasilkan  dari  proses  kalsinasi  kemudian dikarakterisasi dengan XRD.
Analisis  difraksi  sinar-  X  dilakukan  dengan menggunakan  alat  XRD  dengan    panjang gelombang 1,54060 Å  menggunakan radiasi dari tabung  target  Cu,  pada  tegangan  40,0  kV,  arus 30,0  mA,  dan  daerah  pengamatan  antara 3,0200°–80,0000°,  selama  0,24  detik.  Hasil difratogram    dengan  XRD  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Berdasarkan difraktogram XRD yang diperlihatkan  pada  Gambar  3,  data  kristalitas untuk  sampel  karbon  sebelum  aktivasi  meliputi pemisahan  interlayer  karbon  yaitu  berturut-turut untuk tiga peak utama yaitu 2,93 Å, 3,25 Å, dan 8,26  Å,  ketiga  peak  tersebut  berada  pada  daerah
2Ө  masing-masing  adalah  30,47°,  27,40°,  dan 10,70°.
Gambar 3 . Difraktogram XRD Karbon
Sebelum Aktivasi Kalsinasi dan Aktivasi Arang dari Tempurung Kemiri
Karbon  yang  telah  dikalsinasi,  kemudian diaktivasi  dengan  menambahkan  aktivator  KOH 3  M  dan  direndam  selama  10  jam,  kemudian disaring  dan  dicuci  dengan  air  hingga  bersih, kemudian  dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu 110  °C  selama  1  jam.  Aktivasi  yang  dilakukan ini  merupakan  aktivasi  kimia  yaitu  proses pemutusan  rantai  karbon  dari  senyawa  organik dengan  pemakaian  bahan  –  bahan  kimia.  Proses aktivasi  merupakan  hal  yang  penting  dalam pembuatan  arang  aktif.  Melalui  proses  aktivasi arang akan memiliki daya adsorpsi yang semakin meningkat, karena arang hasil karbonasi biasanya  masih  mengandung  zat  yang  masih menutupi  pori-pori  permukaan  arang.  Pada  saat perendaman larutan KOH  akan teradsorpsi oleh arang  yang  akan  melarutkan  tar  dan  mineral anorganik. Hilangnya zat tersebut dari permukaan  arang  aktif  akan  menyebabkan semakin  besar  pori  dari  arang  aktif  (Subadra, 2005).  Besarnya  pori  arang  aktif  berakibat meningkatnya  luas  permukaan  arang  aktif.  Hal ini akan meningkatkan kemampuan adsorpsi dari arang aktif, yang diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Difraktogram XRD Karbon Sesudah Aktivasi
Dari  Gambar  4.  menunjukkan  bahwa terdapat juga tiga peak utama yang sama nilainya
berturut-turut 3,0195 Å, 3,3383 Å, dan 8,0955 Å dengan  masing-masing  berada  pada  nilai  2Ө dengan  nilai  yang  bergeser  yaitu  29,560°, 26,682°, dan  10,920°  yang  berbeda  dengan  nilai 2Ө  pada  difraktogram  arang  sebelum  aktivasi. Pergeseran ini menunjukkan terjadinya perbedaan  jarak  antara  muka  kristal  arang  yang disebabkan oleh zat aktivator KOH.

## Penentuan Keasaman Padatan Karbon Aktif
Keasaman padatan dapat dinyatakan sebagai kekuatan asam dan jumlah situs asam. Penentuan keasaman karbon aktif dilakukan dengan metode gravimetri,  yaitu  adsorpsi  amoniak.  Keasaman karbon  aktif  sebanding  dengan  banyaknya  uap amoniak  yang  teradsorpsi  oleh  karbon  aktif dimana  proses  adsorpsinya  dilakukan  dengan memanfaatkan  keadaan  vakum  pada  desikator agar  tidak  ada  basa  lain  serta  uap  air  yang teradsorpsi  selain  amoniak.  Proses  uji  keasaman sebelum dan sesudah aktivasi diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan keasaman karbon aktif yang teradsorpsi  sebelum dan sesudah aktivasi
Sampel Karbon Cawan Kosong (g) Cawan+ Sampel (g) Cawan+ sampel Setelah teradsorpsi (g) Bobot Teradsorpsi (10 -3 )
(mol g -1 ) Sebelum diaktivasi 34,322 34,522 34,844 27,370 Sesudah diaktivasi 34,389 34,589 34,978 33,1245
Keasaman  padatan  harus  ditentukan  untuk mengetahui  kemampuan  adsorpsi  karbon  aktif yang  dilakukan  dengan  metode  gravimetri. Jumlah  asam  dari  suatu  padatan  dapat  diperoleh dengan  cara  mengukur  jumlah  basa  yang teradsorpsi    secara  kimia,  (kemisorpsi),  dalam fase  gas,  basa  yang  digunakan  adalah,  piridin, quinolin,  trimetilamin.  Karbon  sebelum  aktivasi ke  karbon  yang  sesudah  teraktivasi  makin bertambah  luasnya  permukaan  karbon  akibat proses  kalsinasi  dan  proses  aktivasi  sehingga memungkinkan lebih banyaknya yang teradsorpsi.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  diperoleh maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Difraktogram  XRD  kristalitas  menghasilkan tiga  peak  utama  yaitu  2,93  Å,  3,25  Å,  dan
8,26  Å,  dan  ketiga  peak  berada  pada  daerah 2Ө masing-masing adalah 30,47°, 27,40°, dan 10,70°.
2. Difraktogram  XRD  kristalitas  menghasilkan tiga  peak  utama  yaitu  3,0195  Å,  3,3383  Å, dan  8,0955  Å,  nilai  2Ө  yang  bergeser  yaitu 29,560°, 26,682°, dan 10,920°. Pergeseran ini menunjukkan  terjadinya  perbedaan  jarak antara  muka  kristal  arang  yang  disebabkan oleh  zat  aktivator KOH.
3. Berat keasaman padatan sebelum dan sesudah aktivasi  berturut-turut  (27,370  x10 -3 dan 33,1245x10 -3 ) mol g -1 .

## DAFTAR PUSTAKA
Anisya, D. S., 2009. Makalah Teknologi Minyak Nabati  ”MINYAK  KEMIRI”,  Fakultas Teknik Kimia, Surakarta.
Arifin,  B  dan  Ramli,  S.  1989.  Aktivasi  arang tempurung secara kimia. Laporan Penelitian . Universitas  Syah  Kulala  Darusallam.  Banda Aceh.
Fitriadi,  Y.  2011 Kimia  Organik  II Edisi  kedua, terjemahan A. Hadyana pudjaatmaka,
Penerbit Erlangga, Jakarta .
Cheremisinoff.,  dan  Morresi,  1978. Carbon Adsorption  Hand  Book. Ann  Arbor  Science Publishers. Universitas Michigan. Coocson,  1978, Adsorption  Mechanisme  The Chemistry of Organic Application .   Ann Arbor  Fitriadi,  Y.  2011 Kimia  Organik  II Edisi  kedua,  terjemahan  A.  Hadyana pudjaatmaka, Penerbit Erlangga, Jakarta Fitriadi,  Y.  2011 Kimia  Organik  II Edisi  kedua, terjemahan A. Hadyana pudjaatmaka, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Subadra,  I.  Bambang,  S.  dan  Iqmal,  T.  2005, Pembuatan  Karbon  Aktif  dari  Tempurung Kelapa dengan Aktivator (NH 4 )HCO 3 sebagai Adsorben untuk Pemurnian – Institut Teknologi Surabaya.