Volume  7  No.1 April 2018 ISSN : 2252 - 7311 e-ISSN : 2549 - 6840 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/konversi Email :  jurnalkonversi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## KARBON MESOPORI DARI PIROLISIS POLIMER SINTETIS DAN APLIKASINYA UNTUK PENJERAPAN GAS RUMAH KACA
Achmad Amrizal Fauzi (1) , Imam Prasetyo (1) , Rochmadi (1) , Teguh Ariyanto (1)
(1) Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada *teguh.ariyanto@ugm.ac.id
ABSTRAK . Struktur pori perlu disesuaikan dengan penggunaan karbon agar diperoleh peforma aplikasi yang tinggi. Pada penelitian ini, karbon  mesopori dibuat dari pirolisis resin  polimer  resorsinol-fenol-formaldehid-etilen  glikol  (RPFEG)  dan  digunakan  untuk penjerapan salah gas rumah kaca yaitu CO 2 . Berbagai karbon dibuat dengan pirolisis resin RPFEG pada rentang suhu 650 –775 o C. Karbon yang dihasilkan dipelajari strukur porinya  dengan  analisis  sorpsi-N 2 .  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  luas permukaan spesifik dan volume pori yang dihasilkan mempunyai rentang antara 1000- 1300 m 2 /g dan 0,6-1,4 cm 3 /g. Karbon dengan prosentase mesopori tinggi (>80%) mulai diperoleh  pada  suhu  pirolisis  750 o C.  Kurva  isoterm  menunjukkan  bahwa  adsorpsi pada  suhu  rendah  lebih  menguntungkan  untuk  memperoleh  kapasitas  adsorpsi  yang tinggi. Fenomena kondensasi kapiler di mesopori terjadi pada suhu 25 °C dan tekanan 30 bar dan diperoleh kapasitas adsorpsi CO 2 hingga 30 mmol/g.
Kata kunci: karbon berpori, resin polimer, mesopori, pirolisis, adsorpsi
ABSTRACT . Pore  structures  are  needed  to  be  tuned  depending  on  utilizations  of carbons,  hence  obtaining  high  application  performances.  In  this  work,  mesoporous carbon  was  synthesized  by  pyrolysis  of  polymeric  resin  of  resorcinol-phenol- formaldehyde-ethylene glycol (RPFEG) and employed to adsorb a  greenhouse gas of CO 2 .  Carbons  were  produced  at  650-775 o C  pyrolysis  temperatures.  Pore  structure was studied by N 2 -sorption analysis. The results showed that a high quality of carbon results, proven by high specific surface areas and pore volumes in the range of 1000- 1300  m 2 /g  and  0,6-1,4 cm 3 /g,  respectively.  Mesoporous  carbon  (>80%  mesopores) was  obtained  when  employing  pyrolysis  temperature  of  750 o C.  Isotherm  curves showed that adsorption at lower temperature is appropriate to obtain a high adsorption capacity. Capillary  condensation assisted to obtain high adsorption volume of  CO 2 up to 30 mmol/g at 25 °C and 30 bar pressure.
Keywords: porous carbon, polymeric resin, mesopore, pyrolysis, adsorption

## PENDAHULUAN
Pemanasan  global  saat  ini  menjadi salah  satu  pokok  permasalahan  dunia yang  berakibat  secara  luas  terhadap menurunnya  kualitas  lingkungan  hidup dan terganggunya sistem iklim di dunia (UN, 1992). Penyebab utamanya
adalah  meningkatnya  kadar  komposisi gas  rumah  kaca  ( green  house gas )  di atmosfer antara lain CO 2 , CH 4 dan N 2 O . Gas  rumah  kaca  berupa  CO 2 ,  saat  ini,
merupakan penyumbang
terbesar
sebagai green  house  gas dan  emisi terbesarnya disumbangkan oleh pembakaran  bahan  bakar  fosil  untuk listrik,  industri  dan  transportasi  (US EPA, 2017).
Upaya mengurangi pelepasan  CO 2 ke  udara  bebas  terus dilakukan baik dengan substitusi bahan bakar  yang  ramah  lingkungan  maupun penjerapan  CO 2 yang  keluar  dari proses  industri.  Setelah  diambil,  gas tersebut  dapat  disimpan  secara  aman misalnya  penyimpanan  bawah  tanah (Rao dan Rubin, 2002).
Proses penjerapan CO 2 dapat
dilakukan  dengan  adsorpsi.  Secara singkat, adsorpsi adalah proses pengumpulan  substansi  yang  ada dalam  fasa  fluida  oleh  permukaan  zat atau  benda  penjerap  di  mana  terjadi suatu ikatan fisik dan atau kimia antara substansi dengan zat penjerap (Scheiwetzer, 1979). Bahan padat yang berfungsi  sebagai  penjerap  disebut adsorben sedangkan bahan atau senyawa yang dijerap disebut adsorbat. Proses  adsorpsi  CO 2 dapat  dilakukan menggunakan karbon berpori.
Karbon berpori dapat berperan sebagai adsorben  memanfaatkan  keunggulan karakteristik seperti afinitas atom karbon, luas permukaan dan volum pori tinggi. Karbon berpori dapat  dibuat dari pirolisis  bahan  alam  (polimer  alam)
ataupun  dari  bahan  polimer  sintetis. Struktur  pori  dari  bahan  sintetis  lebih mudah diatur dengan dengan memodifikasi bahan penyusunnya (Ariyanto dkk., 2012 dan Prasetyo dkk., 2013). Material tersebut dapat menjerap berbagai zat dengan menarik molekul ke permukaan internal.
Sebagai  adsorben,  volum  pori  dari
karbon  berpori  umumnya  lebih  besar dari  0,2 cm 3 /g  dan  luas  permukaan internal  umumnya  lebih  besar  dari 400 m 2 /g (Vohler  dkk.,  2002).  Diameter pori-pori  berkisar  antara  0,3  hingga beberapa  ribu  nanometer.  Semua karbon berpori ditandai oleh sistem pori bercabang  dengan  berbagai  ukuran dan berdasarkan IUPAC dibagi menjadi makropori  ( d >50  nm),  mesopori  (2<d  - 50  nm),  dan  mikropori  ( d <2,0  nm) (Thommes dkk., 2015).
Penjerapan CO 2 dengan menggunakan karbon  berpori  memiliki  kapasitas  yang lebih  besar  dibanding  adsorben  yang lain  seperti  silika  gel  dan  zeolit  (Berlier dan  Frere,  1997;  Prasetyo  dkk.,  2017). Selain itu, penelitian dari Himeno et. al. , (2005)  menunjukan  bahwa  semakin tinggi  luas  permukaan  pori  maka  akan diperoleh  kapasitas  penjerapan  CO 2 yang  lebih  besar.  Kapasitas  adsorpsi CO 2 akan  bisa  lebih  besar  lagi  jika terbentuk kondensasi kapiler dalam pori (kondensasi dalam pori dengan tekanan lebih rendah dibanding tekanan pada permukaan datar).
Kondisi  ini  tentunya  membutuhkan kondisi  spesifik  berupa  ukuran  pori yang  sesuai.  Ukuran  molekul  CO 2 cukup  besar  sehingga  dihipotesiskan bahwa  ukuran  mesopori  dibutuhkan untuk  terbentuknya  kondensasi  kapiler (Prasetyo dkk., 2011).
Pada  penelitian  ini,  pembuatan  karbon dengan karakteristik mesopori dilakukan  dengan  pirolisis  polimer sintetis. Pengaruh suhu terhadap karakteristik  karbon  yang  dihasilkan dipelajari dengan detail. Material karbon mesopori kemudian diuji kemampuannya  untuk  penjerapan  CO 2 dan parameter adsorpsi dievaluasi.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Bahan dan Alat
Bahan  untuk  membuat  polimer  sintetis yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  resorsinol,  formaldehid,  dan etilen  glikol.  Bahan  tersebut  diperoleh dari Sigma Aldrich, Singapura
( synthesis  grade ).  Gas  CO 2 dan  N 2 diperoleh dari PT Aneka Gas Industri.
Metode Penelitian Penelitian ini diawali dengan pembuatan resin (polimerisasi). Kemudian polimer yang dipirolisis sehingga  terbentuk  karbon.  Produk yang  dihasilkan  dikarakterisasi  struktur porinya. Ketika diperoleh karbon dengan karakteristik
mesopori, kemudian  uji  adsorpsi  CO 2 dilakukan. Diagram  alir  penelitian  ditunjukkan pada Gambar 1 .

## Polimerisasi
Prosedur  polimerisasi  dapat  diperoleh lengkap di Prasetyo dkk., 2013. Secara singkat  dijelaskan  sebagai  berikut.
Resin disintesis dengan cara mencampurkan resorsinol, fenol, formaldehid dan etilen glikol (perbandingan  mol  0,7:0,3:2,8:2)  ke dalam gelas beker, Katalis HCl ditambahkan  dan  campuran  diaduk hingga terbentuk  polimer. Polimer sintetis  diberi  nama  resorsinol-fenol- formaldehid-etilen glikol (RPFEG).
Gambar  1. Diagram  Alir  Penelitian untuk Pembuatan Karbon Mesopori dan Uji Aplikasinya.
Pirolisis Polimer Sintetis
Polimer yang telah disiapkan
sebelumnya  kemudian  dimasukkan  ke dalam  krus  porselen. Temperature
controller diatur pada kondisi suhu yang diinginkan dengan kenaikan suhu
2 o C/menit.  Gas  inert  N 2 dialirkan  ke dalam furnace sebagai pengusir
oksigen  dan  agen  pembawa  gas  hasil pirolisis. Setelah suhu pirolisis tercapai, dilakukan  penahanan  suhu  selama  2 jam.  Suhu  akhir  proses  pirolisis  diset 650,  675,  700,  725,  750,  dan  775 o C. Hasil produk karbon ( m t ) ditimbang dan dibandingkan  dengan  berat  awalnya ( m o )    untuk  memperoleh  prosentase produk  ( P ),  seperti  dituliskan  dalam Persamaan (1) .
100% t o m P m   (1)
Karbon  yang  dihasilkan  dari  proses pirolisis  diberi  kode  nama  Karbon Polimer  (KP)  kemudian  diikuti  nomor, sesuai Tabel 1.
Tabel 1. Penamaan Karbon Hasil Pirolisis Polimer Suhu pirolisis, °C Nama sampel 650 KP-1 675 KP-2 700 KP-3 725 KP-4 750 KP-5 775 KP-6 Uji Karakteristik Karbon Berpori a.  Menentukan luas permukaan karbon berpori Penentuan  luas  permukaan  spesifik dilakukan dengan metode sorpsi nitrogen  menggunakan  alat  analisis NOVA  2000  (Quantrachrome,  USA). Sampel  karbon  sebanyak  0,06  gram dimasukkan  dalam  tabung  sampel kemudian  sampel  di- degass pada tekanan  hampa  dan  temperatur  150°C selama  12  jam.    Tujuannya  adalah untuk  menguapkan  air  dan  zat-zat  lain yang  masih  tertinggal  dalam  pori-pori sampel.  Proses  pengambilan  data isoterm  pada  suhu  77  K  kemudian dilakukan dengan mengalirkan nitrogen murni  ke  dalam  labu  tempat  sampel sampai  semua  pori-porinya  penuh (P/Po  mendekati  1).  Persamaan  BET ( Persamaan  (2) )  kemudian  digunakan
Pirolisis Polimer Resin
Uji Penjerapan Gas Rumah Kaca (CO 2 ) CO 2 Bahan baku:  resorsinol, formaldehid,  etilen glikol Uji Karakteristik Karbon Berpori Polimerisasi Katalis: HCl Polimer resin Karbon berpori Karbon mesopori ? Tidak Ya
untuk  mengevaluasi  data  isoterm  (Do,
1998). 1 1 ( 1) ( ) ( 1) o m m o C P P W C
W C P W P     (2)
di  mana W adalah  massa  gas teradsorbsi pada permukaan adsorbent pada  saat  setimbang, W m adalah massa  adsorbat  (gas) monolayer pada permukaan adsorben, P o adalah tekanan  jenuh  adsorbat, P adalah ekanan adsorbat (gas) pada kesetimbangan  (diambil  rentang P/P o sebesar  0,05 –0,35,  dan C adalah konstanta.
Metode  regresi  linear  digunakan  untuk menyelesaikan Persamaan (2) sehingga  nilai C dan W m dapat diketahui.  Luas  permukaan  spesifik (SSA) kemudian dapat dihitung dengan persamaan berikut:
   
   m W N A SSA
M w  (3)
di  mana N adalah  bilangan  Avogadro (6,023x10 23 ), A adalah m olecular cross- sectional  area dari  adsorbat, M adalah berat  molekul  adsorbat  dan w berat kering adsorben.
b.  Menentukan distribusi ukuran pori Metode yang digunakan untuk mengevaluasi  distribusi  ukuran  pori adalah  metode  Barret-Joyner-Hallenda (BJH).  Mesoporositas  karbon  berpori yang  berupa  volum  mikropori  ( V mic ) dianalisis dengan
menggunakan metode t-plot yaitu  metode  yang menghubungkan volum gas yang teradsorpsi  dengan statistical  thickness ( t ) sesuai Persamaan (4) (Do, 1998).
    1/3 5 Å 3, 54 2, 303log / o t P P 
        (4)
Dengan  membentuk  kurva  hubungan volum gas teradsorpsi dengan statistical thickness , prosentase
mikropori  dan  non-mikropori  dapat dievaluasi.
c. Diameter rerata pori
Diameter  pori  rerata  dihitung  dengan menggunakan  asumsi  bahwa  pori berbentuk  silinder  ( Persamaan  (5) ). Volum pori total yang mengisi pori ( V liq ) diestimasi dari jumlah adsorbat terjerap pada P/Po sebesar 0,99.
4 liq v V d SSA  (5)
Uji  Kinerja  Penjerapan  CO 2 pada
Karbon Berpori Material  karbon  berpori  yang  akan dipergunakan dimasukkan dalam
sistem  penjerap  gas  CO 2 .  Sebelum dilakukan  pengujian,  material  karbon dibersihkan  dari  uap  air  dan  kotoran yang  lain,  dengan  cara  pemanaskan pada  suhu  125 o C  dan  penghampaan selama  12  jam.  Suhu  penjerapan kemudian  di-set  pada  kondisi  yang sesuai.  Percobaan  penjerapan  dimulai dengan  cara  memasukkan  sejumlah gas  CO 2 dialirkan  ke  dalam  bejana tekan  yang  berisi  material  karbon. Perubahan  tekanan  dalam  bejana diamati  dengan pressure  indicator sampai  tercapai  kesetimbangan.  Dari selisih  jumlah  mol  gas  CO 2 sebelum dan sesudah penjerapan dapat dihitung jumlah  mol  gas  CO 2 yang  terjerap dalam  material  karbon.    Percobaan dilakukan  untuk  berbagai  tekanan sehingga diperoleh suatu kurva kesetimbangan (isoterm). Evaluasi Model Kesetimbangan Adsorpsi Persamaan Langmuir (Pers. (6) )
digunakan  untuk  memodelkan  kurva isoterm penjerapan CO 2 . Dalam hal ini, data  adsorpsi  merupakan  data  kondisi tanpa kondensasi kapiler (Do, 1998).
max 1 bC P
C bP     (6)
di mana C µ adalah konsentrasi adsorbat  yang  terjerap  per  gram adsorben, P adalah  tekanan  pada kondisi setimbang,
C max adalah konsentrasi  adsorbat  maksimum  yang terjerap  per gram  adsorben,  dan b dan konstanta kesetimbangan Langmuir.
Untuk menyelesaikan persamaan Langmuir, Persamaan (6) dapat dilinearkan menjadi:
max max 1 1 1 C bP C C      (7)
Konstanta b dan  nilai C max kemudian dapat dievaluasi dengan metode regresi.
Dari  data  masing-masing  kapasitas adsorpsi  pada  masing-masing  suhu, dapat  diketahui  hubungan  tekanan kesetimbangan dengan mol gas terjerap  pada  tekanan  rendah  yang dapat  dinyatakan  dengan  model  Henry ( Persamaan (8) ). Nilai konstanta kesetimbangan Henry ( Kp* ) dicari untuk kondisi  yang  masih  linear  pada  kurva kesetimbangan.  Persamaan  v an’t  Hoff ( Pers.  (9) )  kemudian  diaplikasikan untuk menghitung panas adsorpsi (ΔH).
*. p C K P   (8)
2 ln p d K H
dT RT         (9)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Yield Karbon Hasil Pirolisis Polimer
Massa  karbon  yang  dihasilkan  pada berbagai  suhu  pirolisis  dibandingkan dengan  massa  awal  untuk  mengetahui prosentase produk yang mampu dihasilkan. Nilai prosentase ditunjukkan pada Gambar 2 . Produk yang
dihasilkan  berkisar  20-60%  tergantung pada  suhu  proses  pirolisis.  Semakin tinggi  suhu  maka  jumlah  produk semakin  rendah,  yang  berarti  jumlah bahan  yang  terdegradasi  semakin tinggi. Pada suhu tertinggi yaitu 775 °C, diperoleh  sekitar  22%  produk  sehingga ketika  1 kg  bahan  baku  digunakan, sebanyak 220 g karbon akan dihasilkan.
Gambar  2. Hasil  Produk  Karbon  yang Dihasilkan dari Pirolisis Berbagai Suhu

## Karakteristik  Pori  dari  Karbon  yang
Dihasilkan
Sorpsi-N 2 dilakukan  untuk  mengetahui struktur  pori  karbon  yang  dihasilkan. Isoterm  adsorpsi-desorpsi  dari  karbon KP-1, KP-4, KP-5 dan KP-6 ditunjukkan pada Gambar  3 . Karbon KP-1 dan KP- 4  mengikuti  isoterm  tipe  I  menurut IUPAC  (Thommes  dkk.,  2015).  Kedua kurva  menunjukkan  kapasitas  adsorpsi yang  meningkat  pada  P/Po  <0.1  dan kemudian relatif tetap jika P/Po dinaikan  hingga  mendekati  1,0.  Hal  ini mengindikasikan  bahwa  karbon  KP-1 dan  karbon  KP-4  memiliki  struktur mikropori yang lebih dominan dari pada struktur lainnya (mesopori dan makropori). Untuk karbon KP-2 dan KP- 3  memiliki  karakteristik  yang  sama (hasil tidak ditunjukkan). Isoterm
adsorpsi-desorpsi karbon  KP-5  dan  KP-6  menunjukkan karaktersitik  karakteristik  yang  berbeda dengan  karbon  KP-1  hingga  KP-4. Kedua  karbon  KP-5  dan  KP-6  memiliki isoterm  dengan  tipe  IV  dan  V  standar IUPAC.  Kedua  kurva  menunjukkan trend    semakin  vertikal  pada  tekanan relatif  P/P 0 mendekati  1,0.  Hal  ini mengindikasikan  bahwa  karbon  KP-5 dan  karbon  KP-6  memiliki  struktur mesopori  yang  dominan.  Pada  kurva yang  dihasilkan  dari  karbon  KP-5  dan KP-6 tersebut juga terbentuk hysteresis loop yang  cukup  besar  di  mana histerisis  hanya  akan  terjadi  pada material  yang  berstruktur  mesopori. Histerisis  ini  terjadi  karena  adsorbat mengalami kondensasi kapiler di dalam pori  dalam  rentang  mesopori  (Condon, 2006).
0 10 20 30 40 50 60 70 650 675 700 725 750 775 P ro d u k p ir o li si s, % Suhu, o C
Gambar  3. Isoterm  Adsorpsi-Desorpsi Nitrogen pada Suhu 77 K untuk Karbon Hasil  Pirolisis  Polimer  pada  Berbagai Suhu
Distribusi  ukuran  pori  dievaluasi  dari kurva  isoterm  yang  didapatkan.  Grafik distribusi  pori  dari  berbagai  karbon ditunjukkan  pada Gambar  4 .  Ukuran pori  yang  seragam  ditunjukkan  oleh sempitnya kurva volum pori vs . diameter  pori.  Dalam  hal  ini,  distribusi pori  karbon  yang  dihasilkan  dari pirolisis  pada  suhu  775 °C  (KP-6) cukup  seragam  pada  kisaran  diameter 10  nm.  Harga  puncak  dV(dlogD)  yang ditunjukkan  oleh  KP-6  adalah  sekitar 1,89 cm 3 /g.
Dari kurva isoterm dan distribusi ukuran pori,  dapat  dilihat  bahwa  jenis  polimer yang sama dapat menghasilkan struktur  pori  dominan  yang  berbeda apabila  pirolisis  dilakukan  pada  suhu yang  berbeda.  Struktur  mesopori  mulai dominan  pada  saat  pirolisis  polimer sintetis RPFEG dilakukan pada suhu di atas 750 o C.
Gambar  4. Distribusi  Ukuran  Pori metode  BJH  dari  Karbon  Hasil  Pirolisis Polimer pada Berbagai Suhu
Struktur  dari  suatu  karbon  berpori meliputi luas permukaan internal ( internal surface area ),  volume  pori, volume mikropori serta distribusi ukuran pori  diringkas  pada Tabel  2 .  Semakin tinggi  suhu,  semakin  tinggi  pula  luas permukaan  internal karbon  dan  volume pori yang diperoleh. Reaksi yang terjadi selama  proses  pirolisis  adalah  proses pemutusan ikatan karbon serta pengoksidasian  molekul-molekul  pada permukaan  karbon  berpori,  sehingga permukaan  karbon  berpori  menjadi lebih  porous,  dan  semakin  porous karbon,  semakin  besar internal  surface area nya. Luas permukaan internal dan volume pori tertinggi yang didapat pada penelitian ini adalah sebesar 1268 m 2 /g dan  1,35  cm 3 /g,  didapat  pada  karbon KP-6.    Nilai  luas  permukaan  yang didapatkan  sebanding  dengan  luas permukaan yang dimiliki karbon kualitas  tinggi  dan  relatif  baru  seperti carbide-derived  carbon  (Ariyanto  dkk., 2015;  Ariyanto  dkk.,  2017a;  Ariyanto dkk., 2017b).
Tabel  2  menunjukkan  bahwa  karbon KP-1  hingga  KP-4  memiliki  persentase volume  mikropori  di  atas  50%,  yang berarti struktur mikropori lebih dominan. Hal  yang  berbeda,  karbon  KP-5  dan KP-6  memiliki  strukur  mesopori  yang dominan  (sekitar  85%).  Hal  ini  berarti telah  terbentuk  pori  berukuran  yang relatif  besar.  Karbon  KP-6  dengan  luas permukaan  internal  tertinggi  memiliki prosentase  volume  mikropori  paling kecil,  yaitu  sebesar  15,13%.  Nilai  ini merupakan nilai paling rendah
dibandingkan  sampel  karbon  yang lainnya.  Persentase  volume  mesopori yang besar disebabkan karena terjadinya perluasan pori ( pore widening )  pada  suhu  sangat  tinggi
(kisaran  750  °C  ke  atas)  (Teng,  1999). Lebih  lanjut  keefektifan  etilen  glikol sebagai  agen  pembentuk  pori  mungkin juga merupakan faktor yang membantu pembentukan  mesopori  (Ariyanto  dkk., 2012).
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 V o lu m e N 2 te ra d sor p si , cm 3 /g Tekanan relatif (P/P o ) KP-1 KP-4 KP-5 KP-6 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0.5 5 50 500 V ol u m e p or i d if er en si al ( d V /d lo g D ), cm 3 /( g. n m ) Diameter pori, nm KP-1 KP-4 KP-5 KP-6
Tabel 2. Struktur Pori Karbon yang Dihasilkan dari Pirolisis Polimer pada Berbagai Suhu Sampel Suhu pirolisis, °C Luas permukaan spesifik, m 2 /g Volume pori total, cm 3 /g Volume mikro, cm 3 /g % Mesopori Diameter rerata, nm KP-1 650 1050 0,62 0,42 33,06 2,38 KP-2 675 1088 0,65 0,46 30,17 2,40 KP-3 700 1116 0,68 0,51 24,92 2,44 KP-4 725 1133 0,72 0,47 34,76 2,54 KP-5 750 1168 1,32 0,21 84,29 4,54 KP-6 775 1268 1,35 0,20 84,87 4,24 Penggunaan Karbon Mesopori untuk
Adsorpsi CO 2
Adsorpsi  gas  CO 2 dilakukan  secara metode static volumetric dengan
menggunakan  karbon  berpori  yang memiliki luas permukaan
dan mesoporositas tinggi yaitu karbon KP-6. Kurva  isoterm  adsorpsi  CO 2 pada rentang  tekanan  0-40  bar  dan  suhu 298,  308  dan  318  K  ditunjukkan  pada Gambar 5 .
Pada  suhu  308  K  dan  318  K, jumlah  mol  gas  CO 2 yang  dapat terjerap  masing-masing  sebanyak  7,1 dan  6,4  mmol/g.  Jumlah  mol  gas  CO 2 yang teradsorpsi pada suhu 308 K lebih banyak  daripada  jumlah  mol  gas  CO 2 yang teradsorpsi pada suhu 318 K. Hal ini menunjukkan bahwa semakin
tingginya suhu adsorpsi, maka kemampuan  penjerapan  karbon  akan menurun.  Jumlah  mol  gas  CO 2 yang terjerap  pada  suhu  298  K  sangat berbeda  jauh  dengan  data  adsorpsi pada  suhu  308  K  dan  318  K.  Hal  ini dikarenakan  pada  adsorpsi  suhu  298 K terjadi  kondensasi  gas  CO 2 di  dalam pori-pori karbon, sehingga dapat
menjerap  CO 2 lebih  banyak.  Hal  ini membuktikan bahwa ukuran pori berpengaruh terhadap karakteristik adsorpsi,  jika  ukuran  pori  tepat  maka dapat  terbentuk  kondensasi  kapiler (Prasetyo dkk., 2017).
Data  adsorpsi  CO 2 kemudian difitting  dengan  model  kesetimbangan Langmuir.  Secara  umum  dalam  hal tidak  terjadi  kondensasi  kapiler,  data memiliki  kedekatan  yang  baik  dengan model  Langmuir.  Parameter  konstanta dan  kapasitas  adsorpsi  maksimum
ditunjukkan  pada Tabel  3 . C umax makin besar pada suhu yang lebih rendah.
Selanjutnya jika dilihat dari nilai konstanta kesetimbangan Langmuir ( b ), suhu  lebih  rendah menguntungkan  dari sisi afinitas antara karbon dengan CO 2 , yang  ditandai  dengan  makin  besarnya nilai b .
Gambar  5. Isoterm  adsorpsi  CO 2 dari tekanan  0-40  bar  pada  karbon  KP-6 dan hasil fitting dengan model Langmuir.  Suhu  298  K,  fitting  sampai tekanan 27 bar.
Tabel  3 . Konstanta Hasil Evaluasi Data Isoterm.  Suhu  298  K, fitting sampai tekanan 27 bar.
Suhu, K Model Langmuir C µmax , mmol/g b , bar -1 298 8,03 0,35 308 7,51 0,29 318 6,75 0,17
Panas  Adsorpsi  CO 2 dalam  Karbon Mesopori
0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 Ju m la h C O 2 te rj er ap , m m ol /g Tekanan, bar Data 298 K Data 308 K Data 318 K Garis fitting 298 K-Langmuir Garis fitting 308 K-Langmuir Garis fitting 318 K-Langmuir
Pada range tekanan adsorpsi 0 –0,7 bar hubungan antara tekanan kesetimbangan  dengan  mol  gas  CO 2 terjerap  berbentuk  garis  lurus  (linear). Slope dari  grafik  hubungan  tersebut merupakan  konstanta  Henry. Gambar 6 menunjukkan  isoterm  adsorpsi  CO 2 pada  tekanan  rendah  dan  garis  linear yang dihasilkan.
Gambar  6. Isoterm Adsorpsi CO 2 pada
Tekana Rendah dan Evaluasinya dengan Model Henry.
Konstanta  Henry  pada  masing-masing suhu  adsorpsi  adalah  2,46  (pada  298 K),  2,27  (pada  308  K)  dan  2,03 mmol/(g.bar)  (pada  318  K).  Evaluasi panas adsorpsi ( ∆H ) kemudian dilakukan  dari  nilai  konstanta  yang telah  diperoleh.  Penjerapan  CO 2 pada karbon KP-6 merupakan proses
eksotermik  dan  panas  yang  dihasilkan adalah  sebesar  23,58 kJ/mol.  Nilai  ini menunjukkan  bahwa  adsorpsi  yang terjadi  adalah  adsorpsi  secara fisika,  di mana  ikatan  terjadi  karena  gaya  Van der  Waals  yang  memiliki  energi  ikatan yang  relatif  lemah.  Pada  adsorpsi secara  fisika,  rentang  nilai  panas adsorpsi berkisar pada 1,4 – 80 kJ/mol (Masel, 1996).

## KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  dapat  diambil  dari penelitian ini adalah 1.  Suhu pirolisis mempengaruhi prosentase  produk  dan  karakteristik karbon  berpori  yang  dihasilkan  dari pirolisis polimer sintetis.
2.  Karbon mesopori dengan luas permukaan  spesifik  1268  m 2 /g, volum  pori  1,35  cm 3 /g  dan  diameter
rata-rata  4,24  nm  didapatkan  dari pirolisis polimer resorsinol-
formaldehid-etilen  glikol  pada  suhu pirolisis 775 o C. 3.  Adsorpsi  CO 2 dipengaruhi  suhu  di mana suhu rendah lebih menguntungkan untuk meningkatkan kapasitas  adsorpsi,  bahkan  pada tekanan dan suhu tertentu kondensasi kapiler dapat terjadi. 4.  Model kesetimbangan Langmuir cukup  baik  untuk  menggambarkan adsorpsi  CO 2 dalam  karbon  dalam hal  tidak  terjadinya  kondensasi kapiler. 5.  Penjerapan CO 2 pada karbon mesopori merupakan proses eksotermik  dengan  panas  adsorpsi sebesar 23,58 kJ/mol

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih atas supervisi  yang  dilakukan  oleh  sdr. Rakhmat Yunanto ketika menggunakan static volumetric rig .

## DAFTAR PUSTAKA
Ariyanto, T., A. Kern., B.J.M. Etzold, G.- R.  Zhang.  2017. Carbide- derived carbon with hollow core structure  and  its  performance as catalyst support for methanol electro-oxidation. 2017.  Electrochem.  Commun.
81, 12-15.
Ariyanto,  T.,  B.  Dyatkin,  G.-R.  Zhang, A.  Kern.,  Y.  Gogotsi,  B.J.M. Etzold.  2015. Synthesis  of carbon core –shell pore structures and their performance as supercapacitors. Micropor. Mesopor. Mater., 218, 130-136. Ariyanto,  T.,  G.-R.  Zhang,  F.  Riyahi,  J. Glasel,  B.J.M.  Etzold.  2017.
Controlled  synthesis  of  core- shell  carbide-derived  carbons through in situ generated chlorine. Carbon,  115,  422- 429. Ariyanto, T., I. Prasetyo, dan Rochmadi. 2012. Pengaruh Struktur Pori Terhadap Kapasitansi Elektroda Superkapasitor  yang  Dibuat y = 2.46x y = 2.27x
y = 2.03x 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 M o l t er jer a p , m m o l/ g Tekanan, bar Suhu 298 K Suhu 308 K Suhu 318 K
dari Karbon Nanopori . Reaktor,
Vol. 14 No. 1, 25-32
Berlier,  K.  dan  M.  Frère.  1997.
Adsorption of CO 2 on Microporous  Materials.  1.  On Activated  Carbon  and  Silica
Gel. J.  Chem.  Eng.  Data,  42
(3), pp 533 –537 Condon,  J.B.  2006. Surface  Area  and Porosity Determination by Physisorption . Roane State Community  Collage,  Harriman USA. Do,  D.D.  1998. Adsorption  analysis: Equilibria and Kinetics. Doctoral thesis. Imperial College, London. Himeno S., T. Komatsu, S. Fujita. 2005. High-Pressure Adsorption Equilibria  of  Methane  and Carbon  Dioxide  on  Several Activated  Carbons. J.  Chem. Eng. Data 50, 369 –376 Masel, R.I.. 1996. Principles of Adsorption  and  Reaction  on Solid  Surfaces ,  Wiley,  New York. Prasetyo,  I.,  R.  Yunanto,  dan  T. Ariyanto. 2011. Methane Storage  by  Methane  Hydrate Formation within Water- Saturated  Porous  Carbon:  The Effect of Mesoporosity . Chemeca 2011, Engineers Australia. Prasetyo,  I.,  Rochmadi,  E.  Wahyono, dan T. Ariyanto. 2017. Controlling Synthesis of Polymer-Derived Carbon Molecular Sieve and its Performance for CO 2 /CH 4 . Engineering  Journal,  Vol.  21, Issue 4, pp. 83-94. Prasetyo,  I.,  Rochmadi,  T.  Ariyanto,
dan  R.  Yunanto.  2013. Simple Method to Produce Nanoporous Carbon for Various Applications by Pyrolysis of Specially Synthesized  Phenolic  Resin . Indo. J. Chem., 13 (2), 95 - 100 Rao,  A.B.,  E.S.,  Rubin.  2002. A Technical, Economic, and Environmental  Assessment  of Amine-Based CO 2 Capture Technology  for  Power  Plant
Greenhouse Gas Control. Environ.  Sci.  Technol.  36, 4467-4475 Scheiwetzer. 1979. Handbook of Separation Techniques for Chemical  Engineers .  McGraw-
Hill  Book  Company,  Inc.,  New York. Teng,  H.  and  L.  Hsu.  1999. High Porosity Carbons Prepared from  Bituminous  Coal  with Potassium Hydroxide Activation. Ind.  Eng.  Chem. Res. 38, 2947 – 2953. The United States Environmental Protection  Agency  (US  EPA). 2017. Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emisions and Sinks: 1990-2015 . Thommes,  M.,  K.  Kaneko,  V.  N. Alexander, J.P. Oliver, F. Rodriguez-Renoso, J. Rouquerol,  dan  K.  S.  W.  Sing. Physisorption  of  gases,  with special reference to the evaluation  of  surface  area  and pore  size  distribution  (IUPAC Technical  Report) .  Pure  Appl.
Chem. 87(9-10), 1051-1069
United  Nations.  1992. United  Nations Framework Convention on Climate Change . Vohler,  O.,  G.  Nutsch,  G.  Collin,    F. Sturm,  E.  Wage,  W.  Frohs, K.D.  Henning,  H.  Koenle,  M. Voll, P. Kleinschmid, O. Vostrowsky,  dan  A.  Hirsch. 2002. Carbon  :  Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH  Verlag GmbH and Co. Kga., Germany