Departemen Teknik Kimia, Universitas Internasional Semen Indonesia Disetujui: 13 April 2020 Kompleks PT. Semen Indonesia, Jl. Veteran, Gresik 61122, Indonesia    © 2020 Politeknik Negeri Malang E-mail: yuni.kurniati@uisi.ac.id

## Pengaruh Waktu Terhadap Temperatur Aktivasi dari
Kulit Pisang ( Musa paradisiaca L. ) dalam Pembuatan

## Katalis
Yuni Kurniati * , Eka Lutfi Septiani, Okky Putri Prastuti, Victor Purnomo, Sri Sugmah Nur Dewi, Imam Mahmuddin
Departemen Teknik Kimia, Unversitas Internasional Semen Indonesia (UISI), Kompleks PT. Semen Indonesia (Persero) Tbk., Jl. Veteran, Gresik, 61122
*E-mail: yuni.kurniati@uisi.ac.id

## ABSTRAK
Kulit  pisang  termasuk  limbah  pertanian  yang  mengandung  komponen  lignoselulosa  (holoselulosa  dan  lignin) dan kandungan karbohidrat yang cukup tinggi. Kulit pisang ini cukup potensial untuk dijadikan substrat dalam memproduksi  katalis.  Katalis  asam  merupakan  salah  satu  jenis  katalis  yang  berperan  penting  dalam  proses kimia.  Untuk  menghasilkan  katalis  dengan  struktur  pori  yang  baik,  dalam  penelitian  ini  digunakan  proses aktivasi  secara  kimia  karena  proses  ini  menggunakan  temperatur  yang  lebih  rendah  daripada  proses  aktivasi fisik . Aktivasi  kimia  merupakan  proses  pemutusan  rantai  karbon  dari  senyawa  organik  dengan  pemakaian bahan–bahan  kimia.  Pada  cara  ini,  proses  aktivasi  dilakukan  dengan  menggunakan  bahan  kimia  (aktivator) sebagai  agen  pengaktivasi.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mempelajari  pengaruh  waktu  temrhadao  temperatur aktivasi  dari  perbandingan  massa  optimum  karbon-KOH  dalam  proses  sintesis  katalis  berbasis  arang  kulit pisang  sehingga  menghasilkan  katalis  dengan  karakteristik  yang  paling  optimal,  dan  temperatur  kalsinasi sebagai  proses  kimia  fisika  pada  sintesis  katalis  berbasis  arang  kulit  pisang.  Metode  pembuatan  katalis dilakukan  dengan  cara  kalsinasi  untuk  menguraikan  sumber  karbon  menjadi  karbon  sehingga  terbentuk komposit  sesuai  dengan  temperatur  yang  telah  divariabelkan.  Setelah  terbentuk  komposit  karbon-KOH, kemudian  dilakukan  sulfonasi  menggunakan  asam  sulfat  pekat  sesuai  dengan  temperatur  yang  ditentukan. Aktivasi dengan KOH pada temperatur aktivasi 300°C, 350°C, dan 400°C. Dalam penelitian ini, proses aktivasi bisa berjalan optimum pada temperatur 300°C, 350°C, dan 400°C yang ditandai dengan adanya asap putih sudah tidak keluar lagi karena karbon telah bereaksi dengan KOH. Kondisi optimum ini tercapai setelah 20 menit.
Kata kunci : Aktivasi, katalis, kulit pisang, sulfonasi.

## ABSTRACT
Banana peels include agricultural waste that contains lignocellulosic components (holocellulose and lignin) and carbohydrate content which is quite high. Banana  peel  is quite potential to be used as a substrate in producing catalysts.  Acid  catalyst  is  one  type  of  catalyst  that  plays  an  important  role  in  chemical  processes.  Chemical activation is the process of breaking the carbon chains of organic compounds by using chemicals. In this way, the activation process is carried out using chemicals (activators) as activating agents. This study aims to study the  effect  of  activation  temperature  temrhadao  from  the  optimum  mass  ratio  of  carbon-KOH  in  the  synthesis process of banana skin charcoal based catalysts so as to produce a catalyst with the most optimal characteristics, and  calcination  temperature  as  a  physical  chemical  process  in  the  synthesis  of  banana  skin  charcoal  based catalysts. The method of making the catalyst is done by calcination to decompose the carbon source into carbon so that the composite is formed according to the temperature that has been varied. After forming carbon-KOH composite,  then  sulfonation  is  carried  out  using  concentrated  sulfuric  acid  according  to  the  specified temperature. Activation with KOH at activation temperatures of 300°C, 350°C and 400°C. In this research, the activation process can run optimally at temperatures of 300 °C, 350 °C, and 400 °C which are characterized by the presence of white smoke that has not come out anymore because carbon has reacted with KOH.
Keywords : Activation, catalyst, banana peel, sulfonation.

## 1.  PENDAHULUAN
Mayoritas hampir seluruh daerah di Indonesia  ditanami  tanaman  pisang.  Kulit pisang  juga  merupakan  limbah  yang jumlahnya tidak sedikit. Jumlah kulit pisang adalah  sepertiga  dari  buah  pisang  yang belum dikupas [1].
Pemanfaatan  buah  pisang  yang  besar  untuk berbagai jenis makanan akan menghasilkan  limbah  berupa  kulit  pisang. Bobot  kulit  pisang  mencapai  40%  dari buahnya. Dengan demikian pisang menghasilkan  limbah  dengan  volume  yang besar [2].
Dalam  industri  kimia,  pemanfaatan  arang aktif  sudah  sangat  banyak  digunakan  dalam berbagai macam aplikasi seperti makanan/minuman dan farmasi. Pada umumnya  arang  aktif  digunakan  sebagai adsorben.  Namun  pemanfaatan  sebagai katalisator  sangat  sedikit  [3].  Katalis merupakan  suatu  substansi  yang  mengubah laju  suatu  reaksi  kimia  tanpa  terdapat sebagai produk akhir reaksi [4].
Aktivasi kimia merupakan proses pemutusan rantai  karbon  dari  senyawa  organik  dengan pemakaian  bahan  –  bahan  kimia.  Pada  cara ini,  proses  aktivasi  dilakukan  dengan menggunakan bahan kimia (aktivator) sebagai  agen  pengaktivasi.  Aktivator  adalah zat atau bahan kimia yang berfungsi sebagai reagen pengaktif pada adsorben karbon aktif sehingga dapat menyebabkan daya serapnya menjadi  lebih  baik.  Zat  aktivator  bersifat mengikat  air  yang  menyebabkan  air  yang terikat  kuat  pada  pori  –  pori  karbon  yang tidak  hilang  pada  saat  karbonisasi  menjadi lepas.  Selanjutnya  zat  aktivator  akan memasuki  pori  dan  membuka  permukaan karbon  aktif  yang  masih  tertutup.  Aktivasi karbon  aktif  dilakukan  dengan  merendam arang  ke  dalam  larutan  kimia  yang  bersifat asam  (H 3 PO 4 dan  H 2 SO 4 ),  basa  (KOH  dan NaOH), dan bersifat garam (ZnCl 2 dan NaCl) [5]
Waktu  aktivasi  juga  memegang  peranan penting  dalam  proses  aktivasi.  Jika  waktu yang dibutuhkan terlalu sebentar dikhawatirkan bahan aktifator tidak terlepas
sempurna  dari  karbon  aktif.  Sedangkan  jika terlalu lama maka struktur karbon bisa rusak. [6]
Oleh  karena  itu,  penelitian  ini  dilakukan pengamatan  pada  perubahan  temperatur terhadap waktu aktivasi temperatur menggunakan  senyawa  kimia  KOH  dalam pembuatan katalis.

## 2. METODE PENELITIAN
Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah serangkaian reaktor sulfonasi yang dibeli di CV. Lira Utama, oven dengan merk Kris, tubular furnace yang dibeli di CV. Lira Utama,  ayakan  75  mesh  yang  dibeli  via tokopedia, combustion boat merk haldenwagner made in Germany yang dibeli di UD. Sumber Ilmiah Persada, dan regulator N 2 dengan merk Muramoto.
Bahan  –  bahan  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah KOH padat merk SAP, H 2 SO 4 98%,  HCl  0,1  N  merk  SAP,  air demineralisasi,  asam  asetat glacial ,  metanol 96% merk SAP, dan gas nitrogen yang dibeli pada PT. Samator.
Tahapan proses sintesis katalis berbasis kulit pisang dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema Rangkaian Alat

## Pyrolysis Reactor
Karbon  sebagai  bahan  baku  diperoleh  dari kulit  pisang  kering  yang  dihancurkan  dan dihaluskan  hingga  berukuran mesh 75. Metode  yang  digunakan  untuk  sintesis  ini yaitu  dengan  menambahkan  KOH  padat yang  dihancurkan  menggunakan  mortar  dan alu,  kemudian  dicampur  dengan  karbon
dengan  perbandingan  KOH  dan  karbon sesuai  variabel  dan  dikalsinasi  di  dalam tubular  furnace menggunakan pyrolysis reactor.
Pada  bagian inlet terhubung  dengan  tabung gas  nitrogen  (N 2 )  beserta  rotameter  untuk mengatur  laju  gas  yang  keluar  dari  tabung, sedangkan  pada  bagian outlet terhubung dengan  bejana  berisi  air  yang  berfungsi sebagai  media  absorbs  gas  keluar  dari tubular furnace dan terdapat discharge valve yang  berfungsi  untuk  mengatur  laju  aliran gas.
Sebelum  proses  kalsinasi,  dilakukan  proses purging dengan  mengalirkan  gas  N 2 pada laju  150  mL/menit  selama  15  menit  untuk menghilangkan  gas  O 2 .  Setelah  proses kalsinasi,  sampel  akan  didinginkan  hingga mencapai temperatur ruang kemudian direndam  dengan  H 2 SO 4 (20%)  selama  45 menit.  Setelah  proses  perendaman,  sampel disaring dan dikeringkan di dalam oven pada temperatur 80ºC selama 18 jam.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Bahan  baku  adsorben  berupa  kulit  pisang dilakukan  uji  karakterisasi  terlebih  dahulu menggunakan Thermo-Gravimetric/ Differential  Thermo  Analysis  (TG-DTA) sebelum  dilakukan  proses  karbonisasi. Pengujian  ini  bertujuan  untuk  menentukan temperatur  operasi  yang  digunakan  saat karbonisasi  limbah  kulit  pisang.  Gambar  2 merupakan  pemanasan  kulit  pisang  pada temperatur  25 0 C  hingga  500 0 C  dengan  alat TG-DTA. Pada gambar menunjukkan setiap perubahan temperatur dan massa dari bahan baku  yang  diuji  pada  setiap  waktu  dimana terlihat  proses  karbonisasi  terjadi  dalam  3 tahap. Tahap pertama menunjukkan terjadinya  proses  endotermis  di  grafik  DTA dan  massa  sample  berkurang  hingga temperatur  200 0 C.  Proses  dimulai  dengan dekomposisi  dari  karbon  monoksida  dan karbon  dioksida  kemudian  dilanjutkan dengan  penguapan  kandungan  air  diatas temperatur  100 0 C.  Perubahan  kandungan dalam  kulit  pisang  yaitu  perubahan  massa
air sebesar -6,18%,   massa selulosa sebesar -21,02% dan massa lignin sebesar -60,26%.
Gambar  2. Hasil  Analisa  TG/DTA  Kulit Pisang
Pada  tahap  kedua  terjadi  proses  pre- karbonisasi  pada  temperatur  200 0 C  –  350 0 C yang  dapat  terlihat  bahwa  massa  sample tereduksi  signifikan  dan  proses  berlangsung secara  eksotermal  dari  grafik  DTA,  dimana terjadi dekomposisi hemiselulosa dan penguapan  gas  seperti  methanol,  fenol, hidrokarbon, dsb [7]. Proses eksotermis dan pengurangan massa terjadi pada tahap ketiga yaitu  proses  karbonisasi.  Proses  karbonisasi yaitu  proses  degradasi  dari  selulosa  dan lignin yang terkandung di dalam sample atau kulit  pisang.    Material  karbon  didapatkan dari  proses  oksidasi  selulosa  yang  tidak sempurna sesuai dengan persamaan dibawah ini [8]:
CxHyOn (s) + O 2(g)  C (s) + CO (g) + H 2 O (g) (1)
Dalam  proses  pembuatan  katalis  ini, memakai  variabel  temperatur  antara  300°C, 350°C,  dan  400°C  masing  –  masing  selama 15  menit.  Pemilihan  temperatur  dan  waktu merupakan  parameter  yang  penting  untuk proses  aktivasi  terkait  bahan  baku  yang digunakan  dan  pembentukan  stuktur  pori. Proses  aktivasi  ini  dilakukan  didalam tubular  furnace tanpa  adanya  gas  oksigen sehingga dialirkan gas inert berupa nitrogen kedalam reaktor.
Oksigen  pada  proses  aktivasi  ini  ditiadakan karena  oksigen  yang  bersifat  oksidatif  akan membakar  atau  mengikis  karbon  sampai habis  atau  tak  terkontrol  sehingga  struktur pori  karbon  bias  rusak  dan  bahan  baku berupa karbon akan hilang pada hasil akhir. Kerusakan  struktur  pori  –  pori  karbon  ini dapat  menghasilkan  luas  permukaan  yang rendah. Pada proses aktivasi ini, diharapkan yang  membakar  karbon  ialah  KOH  selaku activating  agent .  Kulit  pisang  merupakan salah  satu  material  yang  mengandung karbon dalam jumlah yang cukup/sedang. Pada  temperatur  dan  waktu  tertentu, activating  agent akan  bereaksi  dengan karbon  sehingga  membentuk  pori  –  pori. Jika  temperatur  yang  digunakan  terlalu rendah, dikhawatirkan karbon dengan activating  agent tidak  bereaksi  optimal bahkan  belum  reaksi  sehingga  pori  –  pori yang  dihasilkan  hanya  sedikit.  Namun  bila temperatur  yang  digunakan  terlalu  tinggi pula  akan  merusak  stuktur  pori  –  pori karbon  sewaktu  aktivasi.  Pada  Tabel  1 menunjukkan  hasil  pengamatan  kondisi selama  proses  aktivasi  untuk  semua  sampel aktivasi  dengan  KOH  pada  temperatur aktivasi  300°C,  350°C,  dan  400°C.  Gambar 3  menunjukan  hasil  pengamatan  antara kenaikan temperatur terhadap waktu. Berdasarkan hasil pengamatan, semua variabel  temperatur  menghasilkan  asap putih.  Asap  putih  ini  menandakan  bahwa dalam karbon tersebut masih terdapat sedikit material  volatil  yang  dapat  menguap  pada temperatur  di  atas  temperatur  karbonisasi. Pada  tabel  1  dapat  dilihat  bahwa  pada temperatur  30-300°C,  timbul  asap  putih yang keluar dari reactor menandakan bahwa pada  temperatur  tersebut  terjadi  peguapan zat  –  zat  volatil  yang  terkandung  dalam karbon. Lalu pada temperatur 300°C, 350°C, dan 400°C asap putih sudah tidak keluar lagi karena  karbon  telah  bereaksi  dengan  KOH. Ini  menandakan  bahwa  proses  aktivasi karbon telah berjalan.
Setelah  proses  aktivasi  berjalan,  produk berupa karbon. Produk karbon yang dihasilkan  berupa  serbuk  hitam.  Pada
perbandingan  1:4,  terdapat  sedikit  serbuk putih seperti kapur. Ini menunjukkan bahwa rekasi  karbon  dengan  KOH  menghasilkan senyawa  karbonat.  Selain  menghasilkan senyawa  karbonat,  proses  aktivasi  ini  juga menghasilkan  CO 2 yang  berdifusi  pada permukaan  karbon  yang  memungkinkan bereaksi  dengan  KOH  yang  masih  ada membentuk  senyawa  karbonat  lagi.  Reaksi kimia  yang  terjadi  adalah  sebagai  berikut [9]:
4KOH + C ↔ 4K + CO 2 + 2H 2 O (1) 6KOH + C ↔ 2K + 3H 2 + 2K 2 CO 3 (2)
4KOH + 2CO 2 ↔ 2K 2 CO 3 + 2H 2 O    (3)
Tabel  1. Hasil  Pengamatan  selama  Proses Aktivasi
Temperatur (°C) Keterangan 30 Mengalirkan  gas  N 2 ke dalam tube furnace 30-110 Mulai keluar asap putih 110-230 Asap  putih  yang  keluar semakin banyak 230-300 Asap putih semakin berkurang 300/350/400 Tidak ada asap putih yang keluar 300/350/400-30 Mematikan temperatur reaktor dan mengeluarkan sampel dari tube furnace
Gambar  3. Kenaikan  Temperatur  terhadap Waktu
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 20 40 60 T em pe ra tur e (C ) Waktu (menit
Reaksi di atas juga mengeluarkan air karena KOH merupakan dehydrating agent bersifat mendehidrasi.  Pada  proses  aktivasi  ini karbon akan bereaksi dengan KOH sehingga karbon akan terkikis menghasilkan pembentukan pori – pori [10].

## 4. KESIMPULAN
Proses  aktivasi  bisa  berjalan  optimum  pada temperatur  300°C,  350°C,  dan  400°C  yang ditandai  dengan  adanya  asap  putih  sudah tidak  keluar  lagi  karena  karbon  telah bereaksi dengan KOH.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Hibah DIKTI Penelitian Dosen Pemula yang telah  memberi  dukungan  finansial  terhadap penelitian  ini,  LPPM  (Lembaga  Penelitian dan  Pengabdian  Masyarakat)  UISI  yang telah mendukung fasilitas di universitas.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   B. Basse,  Compost  Engineering, London : An Arbour Science, 2000.
[2]   A.  Yosephine,  Pemanfaatan  ampas tabu dan kulit pisang dalam pembuatan  kertas  serat  campuran. Jurnal  Teknik  Kimia  Indonesia ,  vol.
11, no. 2, hal. 94-100, 2012.
[3] .. D.  Darmono,  Lingkungan  Hidup  dan Pencemaran  (Hubungannya  dengan Toksikologi
Senyawa Logam),
Jakarta: UI Press, 2001.
[4] L.  Foist,  The  Ostwald  Process  & Catalytic  Oxidation  of  Ammonia, Study.com, 2019.
[5]   A.  Dabrowski,  P.  Podkoscielny,  Z. Hubicki,  M.  Barczak,    Adsorption  of phenolic  compounds  by  activated carbon, Chemosphere, vol.  58,  hal. 1049-1070, 2005.
[6] S.  Sani,  Pembuatan  karbon  aktif  dari tanah  gambut, Jurnal  Teknik  Kimia,
vol. 5, no.2, hal. 400-406,  2011.
[7]  E.  Nuramanah,  H.  Sholihin,  W. Siswaningsih, Kajian Aktivitas
Antioksidan  Kulit  Pisang  Raja  Bulu (Musa  paradisiaca  L.  Var  Sapientum) dan  Produk  Olahannya, J.  Si.  Tek.
Kim. ,  vo. 4, no. 1, hal. 1-7, 2013.
[8]   E.  Hewett,  Stem  A  and  Mrs. Wildfong.  Banana  Peel  Heavy  Metal Water Filter. http://users.wpi.edu, diakses 30 Januari 2017, 2011.
[9] M. Sudibandriyo, PhD. dissertation: A Generalized Ono-Kondo Lattice Model  for  High  Pressure  on  Carbon Adsorben,  Oklahama  State  Univ., Oklahoma, USA, 2003.
[10]  N. Nurfitria, K. Febriyantiningrum, W. P.  Utomo,  Z.  V.  Nugraheni,  D.  D. Pangastuti, H. Maulida, F. N. Ariyanti, Pengaruh Konsentrasi Aktivator
Kalium Hidroksida  (KOH)  pada
Karbon  Aktif  dan  Waktu  Kontak Terhadap  Daya  Adsorpsi  Logam  Pb dalam Sampel Air Kawasan Mangrove Wonorejo  Surabaya, Akta  Kimia Indonesia, vol.  4,  no.  1,  hal.  75-85,
2019.