PEMBUATAN DAN UJI KINERJA ADSORBEN UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI MERKURI DARI GAS ALAM DIPA TAHUN ANGGARAN 2020 No. Program : 020.11.04.1913.967.001.085 No. SK : 06.K/54/BLM/2020 LAPORAN AKHIR KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI MINYAK DAN GAS BUMI "LEMIGAS" Jakarta, Desember 2020
TIM PELAKSANA NO Nama/Jabatan 1 Kepala Badan Litbang ESDM 2 Sekertaris Badan Litbang ESDM 3 Kepala PPPTMGB "LEMIGAS" 4 Koordinator KP3 Teknologi Gas "LEMIGAS" 5 Eko Handoyo, S.T. 6 Dra. Yayun Andriani, M.Si. 7 Rudi Suhartono W, Ir. M.M 8 Endi Suhendi, A. Md. 9 Annisa Chairuna, M.Si. 10 Nata Pringgasta, S.T., M.Sc. 11 Mitra Eviani, M.T. 12 Juliana Retno W. L, S.Kom. 13 Dwi Noviyanti, S.E. 14 Satia Darma Simanjuntak, A.Md. 15 Widodo 16 Catur Niken Suciati Utari, S.T. 17 Pratama Mahardi, S.T. 18 Risan Aji Surendro, S.T. 19 Yudha Saputra, A.Md. 20 Nurhalim 21 Ilham Aswi Syaputra 22 Garnis Fithawati, S.Si. 23 April Rianto Baktiar, A.Md. i Kedudukan Dalam Tim Pengarah Pengarah Pengarah Penanggung Jawab Ketua Tim Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota Anggota
RINGKASAN EKSEKUTIF Peningkatan kebutuhan gas bumi di dalam negeri harus diiringi dengan peningkatan kualitas dari gas bumi itu sendiri. Kualitas gas bumi yang baik akan memiliki nilai jual yang tinggi, mengurangi masalah operasional, lingkungan, kesehatan dan keselamatan pada proses pengolahan gas. Salah satu upaya untuk peningkatan kualitas gas bumi adalah menghilangkan kandungan merkuri. Adsorben merkuri untuk pengolahan gas hingga saat ini masih menggunakan produk impor, sehingga pengembangan teknologi terkait dengan penurunan merkuri dalam gas bumi akan mendukung pemerintah dalam pengembangan produk dalam negeri dan meningkatkan Tingkat Komponen Dalam Negeri (TKDN). Pengembangan teknologi ini akan memberikan kontribusi besar bagi peningkatan kapasitas industri nasional serta mendukung upaya pemerintah untuk menekan defisit neraca ekspor- impor Indonesia. Pada tahun 2012, telah dilakukan penelitian adsorben merkuri alternatif karbon aktif yang diimpregnasi dengan ZnCl2. Pada penelitian tersebut, didapatkan kapasitas adsorben teoritis untuk menyerap merkuri adalah 12.4% atau 124 g Hg/kg adsorben. Karena kapasitas adsorben karbon aktif ZnCl2 belum diukur pada kondisi sebenarnya dan belum dibandingkan dengan métode pembuatan adsorben komersial lain, maka dianggap perlu untuk melakukan uji kapasitas adsorben karbon aktif ZnCl2 dan adsorben dengan métode pembuatan yang sudah komersial pada kondisi gas bumi dengan hidrokarbon berat dan air yang bervariasi. Sebagai tambahan, dianggap perlu juga untuk membuat dan menguji adsorben alternatif lain seperti karbon aktif yang diimpregnasi dengan CuS, HCl, dan CS2. Penelitian ini terbagi menjadi empat tahap, yaitu pembuatan alat uji kinerja skala lab, pemilihan dan optimasi metode pembuatan adsorben merkuri, uji adsorpsi pada beberapa konsentrasi hidrokarbon berat dan air, dan karakterisasi adsorben. Dari hasil pengujian, telah didapatkan dua ii
metode pembuatan terbaik yang diuji pada skala lab adalah impregnasi karbon aktif dengan sulfur pada suhu 525oC selama 1 jam, rasio Karbon:Sulfur 1:3 dengan kapasitas adsorpsi rata-rata 50.9 mg Hg/g adsorben dan impregnasi dengan Cu 34 g/L, impregnasi sulfur 1:4 dengan kapasitas adsorpsi rata-rata 30.4 mg Hg/g. Agar metode pembuatan adsorben skala laboratorium dapat dimanfaatkan, maka pada tahun 2021 akan dilakukan upscale pembuatan dan pengujian laboratorium, optimasi metode pembuatan, dan uji lapangan. Selanjutnya, data yang dihasilkan pada uji lapangan dapat digunakan untuk desain unit adsorben pada skala komersial. iii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan laporan akhir riset yang berjudul Pengembangan Adsorben Merkuri untuk Industri Migas yang selesai tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat adsorben dengan kapasitas adsorpsi merkuri yang baik pada kondisi lapangan dan memperoleh data hasil kinerjanya pada skala laboratorium. Tujuan dari kegiatan ini juga untuk mendapatkan metode pembuatan adsorben merkuri untuk mengurangi penggunaan adsorben merkuri impor . Kami mengucapkan terimakasih kepada Kepala Badan Litbang ESDM, Kepala PPPTMGB LEMIGAS dan para narasumber atas arahan, masukan, koreksi dan dukungan semangat kepada kami selama kegiatan ini berjalan. Terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu kelancaran dan berjalannya kegiatan penelitian ini sampai laporan akhir selesai. Kami menyadari bahwa penyusunan laporan akhir dari penelitian ini masih belum sempurna, sehingga koreksi dan masukan yang membangun akan kami tindaklanjuti demi kesempurnaan laporan akhir ini. Laporan penelitian ini terdiri dari Pendahuluan, Kajian Pustaka, Metodologi Penelitian, Hasil Penelitian dan Pembahasan, Kesimpulan dan saran. Hasil penelitian ini diharapkan bermanfaat bagi peningkatan kualitas produksi gas bumi di Indonesia dan peningkatan teknologi di sektor industri migas. Akhir kata disampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberi kepercayaan dan bantuan, ide, gagasan dan tenaga dalam pelaksanaan kegiatan ini. Jakarta , 27 Desember 2020 iv
DAFTAR ISI TIM PELAKSANA ... i RINGKASAN EKSEKUTIF ... ii KATA PENGANTAR ... iv DAFTAR ISI ... v DAFTAR TABEL ... viii DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR LAMPIRAN ... xi BAB I PENDAHULUAN ... 1 A Latar Belakang ... 1 B Ruang Lingkup Studi ... 3 B.1 Maksud dan Tujuan ... 3 B.2 Hasil yang Diharapkan ... 3 B.3 Indikator Kinerja ... 4 B.4 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ... 4 B.5 Kesiapan Peralatan dan Bahan ... 5 B.6 Lokasi Pelaksanaan Kegiatan... 5 B.7 Dukungan Jasa, Personil dan Fasilitas Instansi Eksternal6 BAB II PEMBUATAN DAN UJI KINERJA ADSORBEN UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI MERKURI DALAM GAS ALAM ... 7 A landasan Teori ... 7 A.1 Gas bumi ... 7 A.2 Batasan Konsentrasi Merkuri dalam Gas Bumi ... 15 A.3 Adsorben Merkuri ... 15 v
A.4 Metode Impregnasi Karbon Aktif untuk Adsorben Merkuri 18 A.5 Karakterisasi Adsorben ... 34 B Metodologi ... 39 B.1 Overview ... 39 B.2 Rancang Bangun Alat Uji Kapasitas Adsorpsi ... 40 B.3 Pembuatan dan Optimasi Metode Pembuatan Adsorben 40 B.4 Uji kapasitas awal ... 42 B.5 Uji Kapasitas Adsorpsi Hg dengan Gas Dengan Hidrokarbon Berat dan Air ... 43 B.6 Karakterisasi Adsorben ... 44 C Data dan Hasil Kegiatan ... 46 C.1 Rancang Bangun Alat Uji Kapasitas Adsorben ... 46 C.2 Hasil Screeening Metode Pembuatan ... 48 C.3 Variasi Metode AC-S ... 49 C.4 Variasi Metode AC-ZnCl2 ... 50 C.5 Variasi Metode AC-CuS Impregnasi dalam Larutan NaS 51 C.6 Variasi Metode AC-CuS Impregnasi dengan Sulfur ... 51 C.7 Hasil Uji Kapasitas Adsorpsi Merkuri dengan Saturasi Pentana/Heksana ... 52 C.8 Karakterisasi Adsorben ... 59 D Analisis dan Evaluasi ... 78 D.1 Rancang Bangun Alat Uji Kapasitas Adsorben ... 78 D.2 Hasil Uji Kapasitas Adsorpsi Merkuri dengan Saturasi Pentana/Heksana ... 79 vi
BAB III PENUTUP ... 83 A Kesimpulan ... 83 B Saran ... 83 DAFTAR PUSTAKA ... 85 LAMPIRAN ... 89 vii
DAFTAR TABEL Tabel 1. Jadwal Kegiatan ... 5 Tabel 4. Komposisi Gas Bumi yang Umum ... 7 Tabel 5. Batasan Konsentrasi Kontaminan untuk Proses Refrigerasi ... 11 Tabel 6. Estimasi Konsentrasi Merkuri di Gas Bumi dan Kondensat (Boschee, 2013) ... 12 Tabel 7. Batasan Paparan Senyawaan Merkuri Pada Tubuh ... 12 Tabel 9. Spesifikasi MRU di Pengolahan Gas Salam, Mesir ... 18 Tabel 10. Jenis Adsorben Merkuri Komersial(Chalkidis, Jampaiah, Hartley, Sabri, & Bhargava, 2020) ... 30 Tabel 11. Karakteristik Adsorben Karbon Aktif Komersial ... 31 Tabel 12. Karakteristik Adsorben Durasorb ... 31 Tabel 13. Contoh Pemanfaatan Adsorben Merkuri di Indonesia ... 32 Tabel 14. Kondisi Operasi Uji Kapasitas Adsorpsi Merkuri ... 48 Tabel 15. Screening Awal Metode Pembuatan ... 48 Tabel 16. Hasil Optimasi Metode Pembuatan Karbon Aktif Impregnasi ZnCl2 ... 51 Tabel 17. Hasil Optimasi Metode Pembuatan Karbon Aktif CuS Impregnasi Kering ... 53 Tabel 18. Karakteristik Pori Karbon Aktif AC-S ... 60 Tabel 19. Karakteristik Pori Karbon Aktif AC-CuS ... 61 Tabel 20. Karakteristik Pori Karbon Aktif AC-ZnCl2 ... 61 Tabel 21. Rincian Hasil Analisis SEM-EDX pada sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan Sulfur ... 71 Tabel 22. Rincian Hasil Analisis SEM-EDX pada Sampel Karbon Aktif yang Dimodifikasi dengan Penambahan CuCl2.2H2O dan Sulfur ... 72 Tabel 23. Rincian Hasil Analisis SEM-EDX pada sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan ZnCl2 ... 78 Tabel 24. Kapasitas Adsorpsi Karbon Aktif Komersial yang Diuji Skala Laboratorium... 80 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Sabuk Merkuri dan Hot Spot Merkuri(kiri), Insiden yang terjadi karena merkuri(kanan) (Axens, 2015) ... 1 Gambar 2. Retakan pada Logam Akibat LME ... 1 Gambar 4. Tahapan dalam Pengolahan Gas ... 8 Gambar 5 Proses Pemisahan Metana dan Etana dengan Propana, Butana, dan Fraksi C5+... 10 Gambar 6. Mercury Removal Bed ... 17 Gambar 7. Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Efisiensi Proses Adsorpsi (Kiri), Pengaruh Kelembaban Terhadap Kapasitas Adsorpsi (Kanan) . 29 Gambar 8. Klasifikasi Isoterm Adsorpsi IUPAC ... 35 Gambar 9 Tahapan Penelitian Adsorben Merkuri Untuk Industri Migas .. 39 Gambar 10. Aliran Gas pada Uji Kapasitas Awal Adsorben ... 43 Gambar 11. Uji Kapasitas Adsorben dengan Gas Basah ... 44 Gambar 12. Desain Rangkaian Adsorpsi (kiri), Peralatan Uji Kapasitas yang Telah Dirangkai (kanan) ... 46 Gambar 13. Vessel uji adsorben ... 47 Gambar 14. Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-S ... 49 Gambar 15. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS dengan veriasi NaS dan CuCl2.2H2O ... 51 Gambar 16. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS(II) ... 52 Gambar 17. Kapasitas Adsorpsi AC-S dengan Variasi Berat Impregnan dan Suhu Saturasi Gas ... 53 Gambar 18. Kapasitas Adsorpsi AC-S Rata-Rata dengan, Luas Area Mikro dan Meso/Makropori ... 55 Gambar 19. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS Rata-Rata dengan, Luas Area Mikro dan Meso/Makropori ... 56 Gambar 20. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS dengan Variasi Berat Impregnan dan Suhu Saturasi Gas ... 57 Gambar 21. Kapasitas Adsorpsi AC-ZnCl2 dengan variasi berat impregnan dan suhu saturasi gas ... 57 ix
Gambar 22. Kapasitas Adsorpsi AC-ZnCl2 Rata-Rata dengan, Luas Area Mikro dan Meso/Makropori ... 58 Gambar 23. Spektrum FTIR AC-S 16%(a), 33%(b), 50% (c) ... 63 Gambar 24. Spektrum FTIR Karbon Aktif AC-Cu 13%S (a), 20%S(b), 33 %S (c) ... 64 Gambar 25. Spektrum FTIR Karbon Aktif yang Dimodifikasi dengan Impregnasi Larutan CuCl2 dan NaS... 65 Gambar 26. Spektrum FTIR Karbon Aktif yang Dimodifikasi dengan Penambahan ZnCl2 6% (a), 7% (b), 8% (c), 9% (d) ... 66 Gambar 27. Hasil Analisis SEM pada Sampel Karbon Aktif Sebelum Modifikasi ... 67 Gambar 28. Hasil Analisis EDX pada Sampel Karbon Aktif Sebelum Modifikasi ... 68 Gambar 29. Hasil Analisis SEM terhadap Sampel Karbon Aktif dengan Penambahan Sulfur ... 69 Gambar 30. Hasil Analisis EDX terhadap Sampel Karbon Aktif dengan penambahan Sulfur ... 70 Gambar 31. Hasil Analisis SEM terhadap Sampel Karbon Aktif dengan Penambahan CuCl2.2H2O dan Sulfur ... 73 Gambar 32. Hasil Analisis EDX terhadap Sampel Karbon Aktif dengan Penambahan CuCl2.2H2O dan Sulfur ... 74 Gambar 33. Hasil analisis SEM pada sampel karbon aktif dengan Penambahan CuCl2 dan Na2S... 75 Gambar 34 Hasil Analisis EDX terhadap sampel karbon aktif dengan penambahan CuCl2 dan Na2S ... 75 Gambar 35. Hasil Analisis SEM terhadap sampel karbon aktif dengan penambahan ZnCl2 ... 76 Gambar 36. Hasil Analisis EDX terhadap sampel karbon aktif dengan penambahan ZnCl2 ... 77 x
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi Sulfur ... 89 Lampiran 2 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi Tembaga- Sulfur, Metode Impregnasi dalam Larutan ... 90 Lampiran 3 Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi Tembaga-Sulfur (Metode Impregnasi Suhu 500oC) ... 91 Lampiran 4 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi ZnCl2 ... 92 Lampiran 5 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi HCl ... 93 Lampiran 6 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi CS2 ... 94 Lampiran 7 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Berbagai Metode Pembuatan Adsorben Merkuri ... 95 Lampiran 8 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri dengan Impregnasi Sulfur ... 103 Lampiran 9 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri dengan Impregnasi Logam Sulfida ... 106 Lampiran 10 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri dengan Impregnasi ZnCl2 ... 107 Lampiran 11 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri Komersial ... 108 Lampiran 12 Komposisi Gas Feed Gas Kilang LPG PT. BBWM ... 111 Lampiran 13 Komposisi Gas Lean Gas Kilang LPG PT. BBWM ... 113 Lampiran 14 Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-S ... 115 Lampiran 15 Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-CuS (Impregnasi dalam Larutan)... 116 Lampiran 16 Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-CuS (Impregnasi pada Suhu Tinggi) ... 117 Lampiran 17 Hasil Uji FTIR ... 118 Lampiran 18 Hasil Uji BET ... 124 Lampiran 19 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 15oC dan Suhu Uji 40oC ... 139 xi
Lampiran 20 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 25oC dan Suhu Uji 40oC ... 145 Lampiran 21 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 30oC dan Suhu Uji 30oC ... 151 Lampiran 22 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 40oC dan Suhu Uji 40oC ... 157 Lampiran 23 Hasil Uji SEM-EDX ... 163 xii
BAB I PENDAHULUAN A Latar Belakang Secara geologi, Indonesia berada dalam hotspot pada sabuk merkuri dimana konsentrasi merkuri di dalam tanah relatif lebih besar dibandingkan area lainnya seperti terlihat pada Gambar 1. Karenanya, konsentrasi Merkuri dalam gas bumi dapat mencapai 300ug/m3 dan kondensat mencapai 800 ppbw. Gambar 1. Sabuk Merkuri dan Hot Spot Merkuri(kiri), Insiden yang terjadi karena merkuri(kanan) (Axens, 2015) Konsentrasi merkuri dalam minyak dan gas yang relatif tinggi akan menyebabkan berbagai masalah pada proses pengolahan, transportasi, dan pemanfaatan gas. Merkuri dapat menyebabkan korosi pada logam yang dikenal dengan Liquid Metal Embrittlement (LME) dimana merkuri terdifusi pada cacat di permukaan logam, menyebabkan berkurangnya elastilitas dan kekuatan logam. Hal ini dapat mengakibatkan retakan seperti terlihat pada gambar 2. Selain terdifusi, merkuri juga melarutkan logam dan mengubah sifat-sifat logam yang berpotensi menyebabkan masalah yang besar karena penukar panas kriogenik umumnya beroperasi pada tekanan tinggi. Gambar 2. Retakan pada Logam Akibat LME 1
Korosi terjadi pada logam yang membentuk amalgam dengan merkuri. Jika lapisan oksida yang melindungi logam dari korosi rusak, cairan merkuri dapat dengan cepat melarutkan logam dan menyebabkan kerusakan logam. Jika ada air dan sedikit merkuri bebas, maka amalgam dapat terbentuk dan menyebabkan korosi lebih lanjut dengan reaksi berikut: Masalah korosi, terutama terjadi pada system kriogenik di fasilitas LNG dan LPG. Karenanya, konsentrasi merkuri pada masukan system kriogenik dibatasi tidak lebih besar dari 0.01 ug/m3. Tujuannya, untuk mencegah pembentukan logam merkuri bebas pada suhu lebih rendah dari 40oC. Jika konsentrasi merkuri lebih besar dari 0.01 ug/m3, ada potensi terbentuknya merkuri bebas yang akan menyerang plat penukar panas pada system kriogenik(Gas Processors Suppliers Association, 2012). Selain korosi, gas yang mengandung merkuri juga akan merusak katalis pada industri petrokimia. Merkuri juga menyebabkan bahaya lingkungan dan keselamatan. Efek kumulatif dari bahaya tersebut telah mengarahkan desain fasilitas penghilang merkuri untuk menurunkan konsentrasi Hg hingga dibawah 0.01 ug/m3. Merkuri juga berbahaya terhadap kesehatan manusia dan berbagai peraturan telah diterbitkan untuk mengontrol dan membatasi emisi dari sumber antropogenik ke lingkungan. Alat pelindung diri diperlukan selama pekerjaan perawatan di area dimana dicurigai adanya merkuri. Batasan paparan merkuri selama 8 jam adalah 10 ug/m3. Karenanya, menjadi penting untuk menjamin konsentrasi merkuri dalam gas yang masuk ke dalam system kriogenik sekecil mungkin yaitu dengan menggunakan adsorben merkuri. Hingga saat ini, adsorben merkuri yang digunakan di fasilitas pengolahan gas yang menggunakan system kriogenik merupakan produk impor. Dengan kondisi tersebut, maka adanya adsorben merkuri yang dikembangkan didalam negeri dari bahan baku lokal 2
akan mendukung pemerintah dalam pengembangan produk dalam negeri dan peningkatan Tingkat Komponen Dalam Negeri (TKDN). Pengembangan ini juga akan memberikan kontribusi besar bagi peningkatan kapasitas industri nasional serta mendukung upaya pemerintah untuk menekan defisit neraca ekspor-impor Indonesia. Karena bahan baku adsorben yang seluruhnya diproduksi di dalam negeri, diharapkan harga adsorben merkuri yang nantinya dibuat lebih murah dibandingkan produk impor sehingga dapat membantu industri migas untuk menurunkan biaya operasi pengolahan gas. Penelitan terkait adsorben merkuri menjadi penting karena dapat menjadi awal pengembangan unit pemurnian gas lainnya yang dikembangkan di dalam negeri. Di Indonesia sendiri, sudah dilakukan penelitian adsorben merkuri dari gas alam, namun kapasitas adsorpsi merkuri baru dihitung secara teoritis. Selain itu, adsorben merkuri yang dibuat belum mempertimbangkan kondisi operasional yang ada dilapangan seperti suhu, tekanan, kadar air, dan komposisi hidrokarbon berat. Penelitian sebelumnya juga belum mengukur kapasitas adsorpsi adsorben merkuri yang dibuat. Untuk itu pada penelitian ini akan dibuat adsorben merkuri untuk menurunkan konsentrasi merkuri dalam gas bumi dengan mempertimbangkan kondisi lapangan. B Ruang Lingkup Studi B.1 Maksud dan Tujuan Maksud dari kegiatan ini adalah untuk membuat adsorben dengan kapasitas adsorpsi merkuri yang baik pada kondisi lapangan dan memperoleh data hasil kinerjanya pada skala laboratorium. Tujuan dari kegiatan ini adalah untuk mendapatkan metode pembuatan adsorben merkuri untuk mengurangi penggunaan adsorben merkuri impor. B.2 Hasil yang Diharapkan Hasil yang diharapkan dari kegiatan ini adalah sebagai berikut: 3
a. Memperoleh data teknis pembuatan adsorben merkuri skala lab b. Memperoleh data karakterisasi adsorben sebagai pembanding adsorben komersial c. Memperoleh data teknis hasil uji kinerja adsorben untuk digunakan dalam pengembangan selanjutnya B.3 Indikator Kinerja Indikator kinerja yang akan dicapai pada kegiatan Pembuatan dan Uji Kinerja Adsorben untuk menurunkan konsentrasi Merkuri dalam Gas bumi Tahun Anggaran 2020 sebagai berikut: a. Output Output Kegiatan Pembuatan adsorben untuk mengurangi konsentrasi merkuri dalam gas bumi tahun 2020, yaitu: 1) Produk adsorben adsorben merkuri skala lab dan uji kinerjanya pada kondisi lapangan 2) Laporan kegiatan b. Outcome Tersedianya data teknis metode pembuatan adsorben merkuri dari gas bumi dengan kondisi lapangan dan uji kinerjanya. c. Dampak Mengurangi ketergantungan terhadap produk adsorben impor. B.4 Jadwal Pelaksanaan Penelitian Kegiatan penelitian ini dilaksanakan selama 12 bulan pada tahun 2020 dengan perincian seperti terlihat pada Tabel 1. Disebabkan adanya pandemi, maka kegiatan survey, persiapan, dan pengujian baru dimulai dilakukan pada bulan Juni 2020. Kegiatan ke KKKS juga dibatalkan karena pada masa pandemi, KKKS sangat membatasi kunjungan ke lapangan gas. Karenanya, kegiatan survey dialihkan ke kegiatan survey produsen adsorben karbon aktif dan ke instalasi pengolahan limbah adsorben merkuri. 4
Tabel 1. Jadwal Kegiatan No Tahapan Penelitian Tahun 2020, Bulan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1. Pengumpulan Data Literatur, Mengatur dan Mendistribusi Kerja 2. Survey dan Konsultasi Teknis 3. Penyiapan Bahan dan Peralatan Pengujian 4. Pemilihan, Pembuatan dan karakterisasi adsorben 5. Uji kinerja adsorben skala lab 6. Evaluasi dan Analisa Pelaporan 7. Laporan Hasil B.5 Kesiapan Peralatan dan Bahan Fasilitas penunjang selama kegiatan ini adalah Laboratorium Kimia Fisika Gas dan Laboratorium Komposisi Gas yang berada di lokasi Laboratorium Kelompok Pelaksana Penelitian dan Pengembangan Teknologi Gas PPPTMGB ''LEMIGAS''. Selain itu pengujian karakterisasi adsorben ukuran pori dan luas permukaan adsorben dilakukan di lab uji milik pemerintah seperti LIPI. B.6 Lokasi Pelaksanaan Kegiatan Kegiatan Penelitian adsorben merkuri untuk industri migas dilaksanakan di PPPTMGB "LEMIGAS" jakarta. Adapun kegiatan yang dilakukan diluar kota dapat dijelaskan sebagai berikut : a. Perjalanan dinas ke bogor dalam rangka diskusi dengan rekan peneliti yang melakukan pengembangan karbon aktif dan PPLI yang mengolah limbah adsorben merkuri yang telah jenuh. b. Perjalanan dinas ke Bandung dalam rangka diskusi dengan rekan swasta yang melakukan pengembangan adsorben di gas bumi serta membuat karbon aktif lokal. 5
c. Perjalanan dinas ke Serang dalam rangka survey industri karbon aktif dan diskusi mengenai proses pembuatan dan karakterisasi karbon aktif lokal. d. Perjalanan dinas ke Bekasi, Jawa Barat dilakukan dalam rangka mengambil sampel gas bumi dan analisa gas yang menggunakan sistem kriogenik untuk ekstraksi propana dan butana (LPG). Sistem kriogenik umumnya mensyaratkan konsentrasi merkuri yang rendah. e. Perjalanan dinas ke Cirebon dalam rangka survey industri karbon aktif dan diskusi mengenai proses pembuatan dan karakterisasi karbon aktif lokal. f. Perjalanan dinas ke serpong dalam rangka pengujian BET karbon aktif di LIPI Selain kunjungan lapangan, dilakukan pula konsinyasi yang mengundang pakar yang terlibat dalam pengembangan adsorben, dan akademisi. B.7 Dukungan Jasa, Personil dan Fasilitas Instansi Eksternal Pelaksanaan kegiatan ini melibatkan pihak lain seperti Universitas, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, dan pihak swasta. 6
BAB II PEMBUATAN DAN UJI KINERJA ADSORBEN UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI MERKURI DALAM GAS ALAM A landasan Teori A.1 Gas bumi Gas bumi adalah campuran gas hidrokarbon ringan pada tekanan dan suhu lingkungan. Gas bumi tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, lebih ringan dari udara dan digunakan terutama sebagai bahan bakar. Di rumah tangga, gas bumi digunakan untuk tungku, pemanas air dan kompor memasak dan sebagai bahan bakar industri digunakan untuk menghasilkan uap dalam ketel air dan sebagai sumber panas bersih untuk mensterilkan instrumen dan mengolah makanan. Sebagai bahan baku digunakan untuk produksi hidrogen, belerang, dan amonia. Tabel 2. Komposisi Gas Bumi yang Umum Nama Senyawaan Volume (%) Metana >85 Etana 3-8 Propana 1-2 Butana <1 Pentana <1 Karbon Dioksida 1-2 Hidrogen Sulfida <1 Nitrogen 1-5 Helium <0.5 Dalam reservoir batuan, gas bumi dibentuk oleh degradasi bahan organik selama jutaan tahun dalam kondisi bertekanan. Gas bumi sebagian besar terdiri dari metana. Konstituen lain termasuk etana, propana, butana dan sebagian kecil hidrokarbon C5 +. Senyawa berikut ada dalam jumlah yang kecil seperti komponen beracun seperti benzena, toluena, dan xilena, komponen pengotor seperti sulfur, nitrogen, halogen, dan senyawa logam 7
berat, seperti merkuri. Meskipun komposisi gas bumi bervariasi tergantung pada bidang tempat pengambilannya, komposisi umum gas bumi dapat ditemukan di bawah ini: Pengolahan Gas bumi Gas bumi yang berasal dari sumur harus diolah terebih dahulu dengan memisahkan gas bumi, kondensat, gas asam dan air. Juga penting untuk mengontrol aliran cairan hidrokarbon dan tekanan pengiriman gas. Tahapan operasi pengolahan gas bumi dipaparkan pada gambar 3 di bawah ini. Gambar 3. Tahapan dalam Pengolahan Gas A.1.1.1 Pemisahan fisik Gas bumi yang masuk ke dalam fasilitas pengolahan dipisahkan secara fisik untuk memisahkan padatan, cairan hidrokarbon, gas bumi, dan air. Padatan dan cairan diolah lebih lanjut agar aman untuk dibuang sebagai limbah. Kondensat distabilkan tekanannya dengan menurunkan 8
tekanannya dan memisahkan fraksi ringannya agar kondensat tersebut aman untuk ditransportasikan. A.1.1.2 Pemisahan Gas Asam Setelah pemisahan fisik, gas mengalir ke fasilitas pengolahan dimana gas asam dan merkuri dipisahkan dari gas bumi. Selama pengolahan gas asam yaitu H2S, CO2, dan senyawaan sulfur lainnya seperti merkaptan dipisahkan dari gas bumi. Senyawaan sulfur dan CO2 perlu dihilangkan dari gas bumi karena dengan adanya air menghasilkan asam karbonat dan asam sulfit yang menyebabkan korosi. Kebanyakan proses pengolahan gas menggunakan proses adsorpsi dan absorpsi. Proses adsorpsi dengan menggunakan adsorben yang reaktif dengan gas asam seperti iron sponge. Proses kedua dengan metode absorpsi yang menggunakan air yang mengandung amin, basa, natrium karbonat, dan cairan hidrokarbon non- volatile tergantung tipe gas yang harus dipisahkan. A.1.1.3 Dehidrasi Gas yang telah melewati acid gas removal umumnya jenuh dengan air sehingga diperlukan tahap dehidrasi. Dehidrasi menjadi penting karena gas bumi dengan air pada kondisi tertentu dapat membentuk hidrat yang menyumbat pipa. Air jika terkondensasi di pipa dapat menyebabkan erosi dan korosi. Uap air juga meningkatkan volume gas dan menurunkan panas pembakaran gas. Metode yang paling umum untuk memisahkan air dari gas bumi adalah dengan menggunakan glikol dan adsorben mol sieve. Air yang ada dalam gas bumi terikat pada cairan dan adsorben kemudian air yang terikat ini akan dilepaskan dengan pemanasan. Metode lainnya adalah dengan refrigerasi dimana gas ditambahkan inhibitor dan didinginkan dan air yang terpisah dikeluarkan dari aliran gas. A.1.1.4 Recovery Hidrokarbon Gas hidrokarbon selain metana(C2+) mungkin ada dalam aliran gas. Jika jumlahnya berlebih, C2+ yang dikenal sebagai natural gas liquids (NGLs), dapat dipisahkan dari gas bumi karena NGL lebih bernilai jika 9
dipisahkan dari gas bumi. Selain itu, persyaratan gas pipa membatasi nilai kalor maksimum dalam gas bumi sehingga menjadi perlu untuk memisahkan fraksi berat dari gas bumi untuk menurunkan nilai kalor. Hidrokarbon recovery juga diperlukan untuk mengontrol titik embun hidrokarbon sehingga kondensasi hidrokarbon selama transportasi gas bumi melalui pipa dapat dihindarkan. NGL dapat dipisahkan dengan beberapa metode pemisahan seeperti refrigerasi, absorpsi, adsorpsi, dan membrane. Setelah dipisahkan, NGL dapat dijual sebagai produk campuran atau difraksinasi menggunakan kolom destilasi. Skema kolom destilasi dapat terlihat pada gambar 4 berikut. Gambar 4 Proses Pemisahan Metana dan Etana dengan Propana, Butana, dan Fraksi C5+. Pada deethanizer, gas didinginkan hingga suhu dibawah -40oC untuk memisahkan fraksi ringan (etana dan metana) dengan fraksi beratnya (Propana dan komponen yang lebih berat lainnya). Agar proses ini dapat berjalan, gas harus dimurnikan terlebih dahulu untuk mengurangi kontaminan ke batas yang aman. Kontaminan yang harus dibatasi umumnya ditampilkan pada tabel 3. Komponen yang melebihi batasan 10
tersebut akan menyebabkan penyumbatan aliran akibat pembekuan, korosi, dan penurunan efisiensi dalam sistem refrigerasi. Tabel 3. Batasan Konsentrasi Kontaminan untuk Proses Refrigerasi Gas ethane dan methane dialirkan ke pipeline, sedangkan propane dan fraksi yang lebih berat diolah lebih lanjut untuk dipisahkan komponen propane, butana, dan fraksi yang lebih berat. Merkuri dalam Gas bumi Merkuri merupakan komponen pengotor yang ada di semua bahan bakar fosil termasuk gas bumi, kondensat, minyak, dan batu bara. Konsentrasi merkuri dalam minyak mentah dan gas bumi sangat tergantung pada lokasi geologi dan bervariasi antara 0.01 ppb hingga 10 ppm. Deposit merkuri umumnya terasosiasi dengan lempeng geologi dan area dengan aktivitas vulkanik. Tabel 4 memaparkan konsentrasi merkuri di gas bumi dan kondensat berdasarkan areanya. 11
Tabel 4. Estimasi Konsentrasi Merkuri di Gas Bumi dan Kondensat (Boschee, 2013) Adanya merkuri dalam gas bumi menimbulkan kekhawatiran terhadap degradasi peralatan, kesehatan dan keselamatan petugas lapangan, dan efeknya terhadap lingkungan karena merkuri merupakan senyawaan yang mudah terakumulasi dan beracun. A.1.2.1 Efek merkuri Efek merkuri terhadap kesehatan bergantung dari jenis merkuri yang terpapar ke manusia dan bagaimana merkuri masuk ke dalam tubuh. Efek Kesehatan juga dibagi menjadi efek kronis dan efek akut. Tabel 5 menjelaskan persentase jalur masuk merkuri ke dalam tubuh dan batas paparan dari masing-masing jenis merkuri. Tabel 5. Batasan Paparan Senyawaan Merkuri Pada Tubuh Paparan merkuri konsentrasi rendah menyebabkan efek berbahaya pada syaraf, pencernaan, pernapasan, dan ginjal. Salah satu gejala paparan konsentrasi tinggi merkuri adalah kelelahan, demam, dan 12
menggigil. Paparan merkuri juga dapat mempengaruhi system pernafasan dan menyebabkan gejala seperti batuk, nafas yang pendek, sesak nafas, dan rasa terbakar di dada serta inflamasi paru-paru. Paparan 1-44 mg/m3 merkuri selama 4-8 jam menyebabkan sakit pada dada, batuk, batuk dengan darah, terganggunya fungsi paru dan peradangan paru. Kerusakan jaringan syaraf tangan dan kaki telah dilaporkan terjadi pada pegawai dengan paparan tersebut. Berkurangnya kekuatan tangan dan kaki, keram dan pengurangan refleks juga telah dilaporkan. Konsentrasi merkuri di udara ambien dibatasi tidak lebih dari 0.05 mg/m3. Paparan jangka panjang merkuri yang melewati batas aman terlihat pada sistem syaraf. Hal ini dapat terlihat pada berkurangnya koordinasi otot, perubahan mood, prilaku, memori, dan berkurangnya refleks. Efek kerusakan system syaraf seringkali disebut sebagai "Mad Hatter's Disease" karena merkuri nitrat dulu digunakan untuk membuat topi. Tremor merupakan indikasi paparan konsentrasi rendah merkuri dalam jangka Panjang. Hal tersebut merupakan tanda umum keracunan merkuri, umumnya terjadi di jari, tangan, dan mungkin terjadi pada sedikit kasus di kelopak mata, bibir, lidah dan seluruh badan. A.1.2.2 Efek terhadap Lingkungan Kebanyakan merkuri yang dilepaskan ke lingkungan merupakan merkuri metalik (Hg0) dan merkuri anorganik. Metalik merkuri masuk ke lingkungan melalui emisi bahan bakar gas yang mengandung merkuri. Merkuri organik, merkuri an organik, dan merkuri metalik juga dapat masuk ke lingkungan selama proses pengolahan gas. Mirkoorganisme mengkonversi merkuri tersebut menjadi merkuri organik metil merkuri. Metil merkuri yang dilepaskan mikroorganisme dapat masuk ke air atau tanah dan masuk ke dalam rantai makanan. Metil merkuri akan terakumulasi pada rantai makanan terakhir. 13
A.1.2.3 Efek terhadap Fasilitas Pengolahan Gas Salah satu masalah yang terjadi pada pengolahan gas adalah kerusakan peralatan karena pembentukan amalgam. Pembentukan amalgam terjadi ketika unsur merkuri terkondensasi dan menjadi cairan dengan logam di system kriogenik. Korosi amalgam menggunakan merkuri sebagai katalis dengan adanya air untuk membentuk oksida kristal terhidrasi dari logam dasar. Liquid metal embrittlement (LME) melibatkan difusi cairan merkuri di sepanjang batas butir dalam logam dan dapat menyebabkan penyebaran retakan yang cepat. Korosi galvanik merkuri mempercepat reaksi asam / basa untuk logam dalam proses pengolahan gas yang korosif. Korosi amalgam dan LME telah menjadi penyebab utama kerusakan peralatan alumunium karena merkuri. Kedua metode serangan ini dapat dicegah dengan menjaga suhu yang sangat rendah sehingga reaksi korosi terhambat, atau dengan pelapisan lapisan oksida pada permukaan logam. Namun, merkuri beku cenderung terakumulasi di retakan dan celah di mana logam belum membentuk lapisan oksida atau oksida telah retak karena perubahan suhu sistem selama penghentian proses pengolahan gas. Area yang rentan adalah di sepanjang bagian las di mana panas lasan telah merusak oksida dan / atau membentuk paduan aluminium / magnesium (paduan Aluminium 5083 memiliki 4,5% berat magnesium) yang sangat rentan terhadap serangan merkuri. Setelah periode penghentian operasi yang lama, atau setelah proses pencairan merkuri, merkuri akan meleleh dan menyerang logam pada penukar panas. Merkuri dan senyawaannya memiliki efek negatif terhadap peralatan proses dan efisiensi katalis. Merkuri membentuk amalgam dengan berbagai logam, termasuk alumunium, tembaga, kuningan, Zinc, krom, besi, dan nikel dan menyebabkan Liquid Metel Embrittlement (LME) yang merupakan mekanisme kerusakan logam yang komplek yang terjadi tanpa peringatan sebelumnya. Ketika amalgam ini terbentuk dengan komponen logam di peralatan proses, akan terjadi korosi logam karena amalgam mebuat logam menjadi 14
lemah atau karena hilangnya lapisan pelindung Al2O3 di permukaan logam karena bereaksi dengan merkuri. Contoh spesifik dari peristiwa ini adalah korosi di penukar panas alumunium dan well head valve. Korosi karena merkuri yang menyebabkan bencana adalah kerusakan penukar panas di plant LNG Skikda, Algeria. Merkuri dan senyawaannya juga dapat berikatan dengan berbagai katalis dan menyebabkan penurunan efisiensi katalis. Kecelakan lain terjadi pada tanggal 1 Januari 2004 di fasilitas pengolahan gas Santos Mooba, Australia. Insiden ini disebabkan oleh LME yang menyebabkan kerusakan pipa penukar panas, dilanjutkan dengan kebocoran gas, dan ledakan. Karena insiden tersebut, konsentrasi merkuri dibatasi tidak lebih dari 10 ng/m3. Meskipun dibatasi, pada LNG plant dengan kapasitas 8000 ton LNG/tahun, merkuri masih dapat terbentuk dan membeku di dalam penukar panas(Rios, Coyle, Durr, & Frankie, 1998). Berdasarkan diagram fase, merkuri dapat membeku pada suhu -40oC. A.2 Batasan Konsentrasi Merkuri dalam Gas Bumi Agar pengolahan dan pemanfaatan gas bumi aman digunakan dan tidak mencemari lingkungan, maka konsentrasi merkuri dibatasi sesuai dengan untuk apa gas bumi tersebut digunakan. Berdasarkan SNI 8414:2017, gas bumi yang digunakan untuk sumber bahan bakar pembangkit, pemanas, boiler, jargas, industri, dan, maka konsentrasi merkuri dalam gas bumi dibatasi tidak lebih besar dari 100 ug/m3. Jika gas bumi akan diproses lebih lanjut dengan proses kriogenik seperti LNG dan LPG, atau proses petrokimia, maka konsentrasi merkuri dibatasi tidak lebih besar dari 0.01 ug/m3. A.3 Adsorben Merkuri Adsorpsi merkuri dari raw gas bumi merupakan teknologi yang telah matang. Metode ini juga dianggap sebagai metode yang paling mudah dioperasikan dibandingkan metode lainnya karena desain yang lebih sederhana, biaya relatif rendah, dan mudah dioperasikan. Merkuri 15
elemental dapat diadsorpsi dengan adsorben berbasis sulfur. Umumnya, untuk mengadsorp merkuri, adsorben komersial menggunakan sulfur, sulfida logam, perak, dan emas sebagai bahan aktif yang bereaksii dengan merkuri. Material support yang umum digunakan adalah karbon aktif, alumina, dan zeolite. Suhu operasi dari suhu ambien hingga 100oC dengan tekanan mencapai 100 bar. Unsur merkuri dalam fase gas mudah teradsorpsi oleh adsorben berbasis sulfur yang mengikat merkuri dalam bentuk merkuri sulfida (HgS) yang tidak volatil. Paling umum, karbon aktif diolah secara kimiawi atau diimpregnasi dengan senyawa pengikat merkuri seperti belerang. Merkuri diadsorp secara kimiawi ke karbon aktif yang harus diganti secara berkala (biasanya setiap 3-4 tahun). Kapasitas muatan merkuri dari karbon aktif adalah 10-30 wt% dari berat karbon, tergantung pada pabrikannya. Efisiensi pembuangan merkuri lebih besar dari 99% dengan konsentrasi gas pada keluaran adalah bawah 0,01 ug / Nm3. Karbon aktif bekerja paling baik pada aliran gas yang bersuhu 10-20oC di atas titik embun hidrokarbonnya dan tidak jenuh dengan air (kelembapan relatif gas adalah 70% atau kurang). Kondensasi hidrokarbon dan air akan mempengaruhi efisiensi penghilangan merkuri dari karbon aktif dan frekuensi pergantiannya. Mercury Removal Unit (MRU) dapat dipasang di berbagai lokasi di dalam fasilitas pengolahan gas. Lokasi instalasi adsorben Merkuri bergantung pada komposisi gas inlet, konsentrasi merkuri pada feed gas, dan tujuan dari pengurangan konsentrasi merkuri. Jika konsentrasi merkuri pada feed gas relative kecil (dibawah 1 ug/m3) dan akan diekstrak LPG nya atau akan dijadikan LNG, maka MRU dapat diinstall setelah unit acid gas removal dan unit dehidrasi. Pada kondisi ini, kondensasi retrogate dapat dihindari dan gas sudah dibersihkan dari kontaminan sehingga proses pemisahan merkuri menjadi lebih efektif. Penempatan MRU setelah unit penghilang gas asam dan unit dehidrasi, mengurangi ukuran adsorben, karena volume gas yang melewati adsorben akan berkurang karena proses sebelumnya. Karena konsentrasi merkuri pada raw gas relative kecil, maka 16
emisi merkuri dari aktifitas regenerasi pada unti dehidrasi dan acid gas removal juga sangat kecil. Sebaliknya, jika konsentrasi merkuri pada feed gas sangat besar, maka instalasi MRU pada inlet proses pengolahan gas menjadi keharusan. Gambar 5. Mercury Removal Bed Setiap vendor memiliki kriteria untuk mengukur ukuran vessel adsorpsi. Kriteria desain yang umum adalah dengan kecepatan aliran superfisial sekitar 0,25 m / s dan waktu tinggal 10 detik. Dengan konsentrasi merkuri dalam gas yang relatif, maka adsorben dapat digunakan bertahun- tahun tanpa penggantian. 17
Tabel 6. Spesifikasi MRU di Pengolahan Gas Salam, Mesir A.4 Metode Impregnasi Karbon Aktif untuk Adsorben Merkuri Overview Karbon aktif yang memiliki luas permukaan besar, volume pori dan distribusi pori yang luas, telah digunakan untuk adsorben merkuri melalui adsorpsi fisik dan kimia. Secara fisik, merkuri terkondensasi di dalam pori hidrokarbon. Ikatan karena kondensasi sensitif terhadap perubahan suhu dan terikat dengan lemah. Proses ini bersifat eksotermis. Sebaliknya, adsorpsi kimia terjadi dengan gugus aktif pori, menghasilkan senyawaan yang tidak mudah menguap dan tidak sensitif terhadap perubahan suhu. Sulfur dan klorida direkomendasikan sebagai impregnan karbon aktif untuk mengadsorp merkuri. A.4.1.1 Impregnasi Sulfur Karbon aktif yang diimpregnasi sulfur sudah digunakan secara komersial untuk menghilangkan merkuri dalam gas bumi. Metode pembuatan karbon aktif yang diimpregnasi sulfur sudah banyak 18
diinformasikan pada banyak tulisan ilmiah(Chemrak, Benderdouche, Bestani, Benallou, & Cagnon, 2018; Feng et al., 2006a; Feng, Borguet, & Vidic, 2006a; Hsing Cheng Hsi, Rood, Rostam-Abadi, Chen, & Chang, 2001; Hsing Chengi Hsi, Tsai, Kuo, & Chiang, 2011; N. C. Hsi, Rood, Rostam-Abadi, Chen, & Chang, 2002; Kwon & Vidic, 2000; S. J. Lee, Seo, Jurng, & Lee, 2004; Liu, Vidic, & Brown, 2000; Liu, Vidić, & Brown, 1998; Mukamurara et al., 2019; Skodras, Diamantopoulou, Natas, Palladas, & Sakellaropoulos, 2005; Vidic, Chang, & Thurnau, 1998). Impregnasi sulfur menambah gugus aktif permukaan dan menjadi gaya pendorong untuk meningkatkan efisiensi pemisahan merkuri. Mekanisme ikatan merkuri diawali oksidasi Hgo menjadi Hg2+ dengan membentuk ikatan ganda dengan sulfur dengan menggunakan dua pasang electron berpasangan. Kemudian, salah satu electron mentransfer dari ikatan ganda Hg=S ke ikatan tunggal C-S, meninggalkan satu electron merkuri dan karbon, yang reaktif untuk menghasilkan ikatan tunggal. Selanjutnya ikatan, yang awalnya menghubungkan karbon dan belerang, putus, menciptakan pasangan elektron bebas. Karbon dengan struktur meso dan makro memiliki performa yang lebih baik karena peningkatan akses ke gugus aktif permukaan. Proses impregnasi sulfur, dipengaruhi oleh metode impregnasi, waktu impregnasi, perbandingan karbon:sulfur, dan suhu impregnasi. Pada suhu impregnasi 400-600oC telah dilaporkan sebagai suhu optimum untuk menghasilkan adsorben yang efektif. Dibawah suhu 300oC, sulfur berkumpul di pori karbon dalam bentuk kluster sehingga menutup pori. Pada perkembangannya, adsorben karbon aktif berbasis sulfur masih memiliki kendala yaitu sulfur yang lepas dari adsorben sehingga mengkontaminasi instalasi selanjutnya dengan sulfur. Adsorben yang diimpregnasi sulfur juga dapat dengan mudah teroksidasi jika terpapar oksigen sehingga mengurangi kapasitas dan efesiensi adsorben merkuri. Karbon yang diimpregnasi sulfur secara meluas telah digunakan untuk demerkurisasi di industri pengolahan gas bumi. Meskipun demikian, telah dilaporkan adanya kendala serius dalam penggunaan karbon aktif yang 19
diimpregnasi sulfur. Karbon sangat jarang diregenerasi karena suhu regenerasi yang sangat tinggi. Pada gas yang basah, ada potensi larutnya sulfur dalam aliran gas dan mengkontaminasi gas. Aliran gas basah juga memiliki potensi menyebabkan terjadinya kondensasi kapiler karena adanya mikropori pada struktur karbon aktif dan menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi merkuri. Konsekuensinya, adsorben merkuri ditempatkan di tahap akhir pemurnian atau setelah dryer molecular sieve. Solusi potensial permasalahan ini adalah dengan menggunakan sulfida logam di pori matrik karbon karena logam sulfida cenderung tidak larut karena gas yang basah. Hal-hal yang mempengaruhi kualitas karbon aktif sulfur yang dibuat diantaranya adalah metode pembuatan, perbandingan rasio sulfur dan karbon, karakteristik karbon, suhu adsorpsi, dan komposisi hidrokarbon berat dalam gas. II.A.4.1.1.1 Pengaruh Pemilihan Metode Impregnasi Ada dua metode impregnasi karbon aktif menggunakan sulfur. Pada metode 1, karbon aktif dan bubuk sulfur ditempatkan dalam wadah keramik terpisah. Nitrogen UHP dialirkan sebesar 50 ml/min untuk menjaga lingkungan inert selama proses impregnasi. Suhu furnace dijaga konstan selama waktu yang ditetapkan. Furnace kemudian didinginkan dan karbon aktif dapat digunakan untuk mengadsorp merkuri. Metode 2 secara prinsip sama dengan metode 1, namun sulfur dicampur dengan karbon dengan perbandingan tertentu didalam wadah keramik Metode 2 lebih baik dalam hal jumlah sulfur yang digunakan dan sulfur lebih terdistribusi di permukaan karbon aktif. Metode impregnasi, termasuk suhu impregnasi, rasio karbon-sulfur, dan waktu impregnasi dilaporkan mempengaruhi keefektifan impregnasi dengan sulfur. Pemilihan metode ditujukan untuk mendistribusikan sulfur secara merata dalam struktur pori tanpa menyumbat pori. Dapat diketahui juga dari literatur bahwa kadar sulfur yang lebih tinggi tidak secara proporsional meningkatkan kapasitas adsorpsi merkuri. Diketahui juga bahwa distribusi sulfur lebih penting 20
dibandingkan perbandingan sulfur/karbon. Pemahaman yang baik mengenai parameter yang berkontribusi terhadap distribusi sulfur yang merata penting agar bisa didapatkan kapasitas adsorpsi yang baik. II.A.4.1.1.2 Pengaruh Suhu Impregnasi dan Rasio Karbon:Sulfur Suhu dan rasio sulfur terhadap karbon sangat penting untuk distribusi sulfur di pori-pori dan di permukaan luar karbon aktif. Pada suhu impregnasi yang lebih rendah, molekul sulfur membentuk cincin atau rantai linier Panjang. Meskipun struktur ini menghadirkan sedikit hambatan sterik pada pori-pori besar, agregat sulfur cenderung menghalangi jalan masuk ke pori- pori berukuran sedang dan juga membentuk banyak lapisan yang mengurangi luas permukaan karbon aktif. Di sisi lain, pada suhu impregnasi yang lebih tinggi, molekul belerang membentuk rantai pendek yang lebih kecil menjadi dominan dan mudah bermigrasi melalui pori-pori karbon, menghasilkan distribusi belerang yang lebih seragam. Rasio sulfur terhadap karbon kurang signifikan dibandingkan suhu impregnasi, tetapi masih dilaporkan sebagai parameter penting. Pada rasio sulfur terhadap karbon yang tinggi, sulfur mungkin tidak terimpregnasi secara merata di permukaan karbon dan dapat membentuk cluster atau bentuk terkondensasi lainnya sehingga tidak efektif untuk adsorpsi merkuri. Kapasitas adsorpsi merkuri terbaik diperoleh dengan sulfur yang secara kimiawi terikat pada karbon. Sehingga, sifat ikatan terhadap karbon Bersama dengan distribusi sulfur yang merata menjadi lebih penting daripada persentase sulfur yang ada pada karbon. Liu dan Vidic telah membuat protokol impregnasi sulfur yang dioptimalkan untuk penghilangan merkuri dalam fase gas menggunakan karbon aktif. Kinetika adsorpsi menunjukkan karbon aktif yang diimpregnasi sulfur dapat mengadsorp merkuri dari fase gas dibandingkan karbon aktif tanpa impregnasi. Difusi merkuri ke sulfur merupakan tahap yang paling lambat pada proses adsorpsi. Kapasitas adsorpsi maksimum dilaporkan menjadi 2600 μg Hg / g karbon aktif yang diimpregnasi sulfur. Mereka juga melaporkan 21
suhu impregnasi menjadi faktor dominan daripada rasio sulfur terhadap karbon. His et al. telah melaporkan suhu impregnasi sulfur optimal menjadi 300-400oC, dengan kapasitas adsorpsi maksimum 4509μg Hg / g karbon, yang secara signifikan lebih tinggi daripada yang dilaporkan oleh Liu, Vidic, dan Brown. Mereka merekomendasikan diameter pori yang lebih besar dari 20Å untuk memfasilitasi ikatan belerang di pori-pori dalam karbon. Ikatan antara karbon dan sulfur diidentifikasi sebagai hal yang kritikal dibandingkan rasio karbon/belerang. Literatur lain menjelaskan bahwa suhu impregnasi sulfur dalam kisaran 300-600oC adalah parameter paling kritis dalam menyiapkan karbon yang diimpregnasi sulfur. Singkatnya, pada suhu impregnasi tinggi, sulfur terpecah menjadi rantai kecil yang memfasilitasi difusi lebih mudah ke dalam struktur berpori, membentuk ikatan karbon-sulfur. Pada rasio sulfur-karbon yang tinggi, terdapat kemungkinan pembentukan rantai yang tinggi di pori-pori karbon, yang menutup pori dan menurunkan luas permukaan yang tersedia untuk adsorpsi. Pada waktu aktivasi yang lebih lama, sulfur diharapkan terdistribusi merata. Karena banyak faktor yang saling berhubungan, dan kondisi pori dari karbon aktif berkontribusi terhadap variasi kualitas adsorben. Juga perlu diingat bahwa kondisi optimum juga sangat tergantung pada tipe karbon. Kondisi optimum sangat mungkin berbeda antara sumber karbon satu dan lainnya. II.A.4.1.1.3 Penelitian Adsorben Karbon Aktif-Sulfur yang lain Penelitan pembuatan adsorben merkuri dengan impregnasi sulfur sudah banyak dilakukan dengan kapasitas adsorpsi tertinggi mencapai 25 mg Hg/g Adsorben(S. H. Lee & Park, 2003). Pada penelitian tersebut adsorben karbon aktif diimpregnasi dengan sulfur dari wadah terpisah pada suhu 400oC. Kapasitas didapatkan dengan pengujian 0.05 gram adsorben Sulfur, 60-90 L/jam aliran N2 yang mengandung 160 ug Hg/m3 , dan waktu kontak 0.035 s. 22
Mukamurara et al, 2019, melakukan impregnasi karbon aktif 20x40 mesh pada suhu 350oC, rasio Karbon:Sulfur=1:10, dan kadar sulfur 10%. Uji kapasitas adsorpsi dilakukan dengan mengalirkan gas mengandung merkuri ke 0.1 g karbon aktif dengan ukuran 180x200 mesh. Kapasitas dihitung dengan mengintegrasikan area grafik antara konsentrasi merkuri dari gas inlet dan outlet. Kapasitas adsorpsi Hg mencapai 24 mg Hg/g adsorben. Penelitian lain menggunakan impregnasi karbon aktif dengan larutan K2S dan didapatkan kapasitas adsorpsi 21 mg Hg/g Adsorben dan kadar sulfur dalam adsorben 6.7%(Sano, Takaoka, & Shiota, 2017). Pengujian kapasitas dilakukan dengan mengalirkan gas N2 yang mengandung merkuri dengan konsentrasi 8 mg/m3 ke dalam 2 gram adsorben. Kecepatan superficial pada uji kapasitas ini adalah 7.96 m/s dengan waktu kontak 2.51 s. A.4.1.2 Impregnasi CuS Pada beberapa kasus, terutama gas dengan hidrokarbon berat, terdapat potensi dimana sulfur terbawa aliran gas dan menyebabkan penurunan kapasitas dari adsorben. Akibatnya, adsorben jenuh lebih cepat dari yang dijadwalkan dan terjadi penghentian proses yang tidak terjadwal. Adsorben metal sulfida dikembangkan agar sulfur di permukaan karbon aktif lebih stabil dan meminimalkan terbawanya sulfur oleh aliran gas. Adsorben nano-metal sulfida dilaporkan memiliki kapasitas yang lebih baik dibandingkan karbon aktif, namun demikian penggunakan komersial terbatas karena tingginya penurunan tekanan(Pressure drop) di kolom adsorpsi. Untuk mengatasi masalah tersebut, digunakan berbagai material support seperti karbon aktif, alumina, atau silica dengan berbagai sulfida logam seperti tembaga, perak, perak/emas, nikel dsb. Karbon aktif yang diimpregnasi logam sulfida dapat menjadi metode alternatif untuk mengatasi masalah yang terjadi pada adsorben karbon aktif yang diimpregnasi sulfur. Logam terikat di permukaan material support anorganik dengan sulfida, atau direaksikan dengan gas H2S. Reaksi kimia 23
antara merkuri dan logam sulfida merupakan reaksi non- reversible dan proses nya telah digunakan di industri secara umum. Hg (g) + MxSy → MxSy-1 + HgS Logam sulfida dapat digunakan baik pada gas basah maupun gas kering karena spesies reaktif dan material support memiliki struktur mesopori dengan sedikit afinitas untuk hidrokarbon cair. Selain itu, risiko kondensasi kapiler sangat kecil dibandingkan karbon aktif dan tidak ada risiko migrasi sulfur melalui sublimasi atau disolusi. Penelitian terbaru telah dilakukan mensintesis berbagai sulfida logam dengan metode presipitasi. CuS memiliki serapan Hg0 terbesar pada 50oC, diikuti oleh MnS, SnS, ZnS dan CdS. Efisiensi adsorpsi Hg oleh adsorben CuS meningkat dengan menurunkan aliran gas. Dengan logam sulfida, pengaruh O2 dan H2 dapat diabaikan. Mekanisme penghilangan merkuri melibatkan oksidasi Hg0 menjadi Hg2+ karena adanya Cu2+, sementara pada saat yang sama Cu2+ direduksi menjadi Cu1+ (Cu2S). Hg (g) + 2CuS → HgS + Cu2S Jubin dan Ducreux (2014) berpendapat bahwa faktor pembatas untuk mekanisme ini lebih pada difusi merkuri daripada termodinamika atau kinetika reaksi. Berbagai jenis difusi terlibat dalam proses ini: difusi merkuri dari gas ke permukaan luar adsorben, kemudian difusi pada lapisan di sekitar partikel adsorben, dan akhirnya difusi di dalam partikel adsorben. Bentuk dan ukuran partikel sorben dapat disetel untuk meningkatkan difusi eksternal merkuri, dan porositas pembawa juga dapat disesuaikan untuk mengoptimalkan efisiensi adsorpsi merkuri, dengan mencegah kondensasi kapiler (Nédez et al., 1996) dan meningkatkan akses merkuri ke situs aktif. Mengingat spesifikasi konsentrasi merkuri dalam gas yang masuk ke kilang LNG sangat rendah, maka target efisiensi adsorpsi merkuri harus mencapai 99.9%. Jika efisiensi penyerapan turun hingga dibawah 99%, 24
adsorben perlu diganti. Reaksi CuS dengan uap Hg0 pada 0-300 ° C berlangsung spontan (ΔG <0). Namun, Cu2S, tidak bereaksi secara spontan dengan Hg0 (ΔG> 0). Adsorben metal sulfida diklaim memiliki kemampuan lebih baik karena memiliki aktivitas yang lebih tinggi. Keuntungan adsorben metal sulfida dibandingkan adsorben karbon aktif yang diimpregnasi sulfur diantaranya adalah (i) Sulfur elemental memiliki beberapa allotropes, dengan allotropes(S2) sangat mudah bereaksi dengan merkuri dibandingkan allotropes(S8). Impregnasi suhu rendah menghasilkan sulfur rantai Panjang yang kurang aktif bereaksi dengan merkuri (ii) Senyawaan logam sulfida stabil pada suhu tinggi, serta membuatnya lebih aktif dan efektif. (iii) penyumbatan pori mikro karena aglomerasi sulfur diminimalkan. (iv) kondensasi hidrokarbon terjadi di pori mikro. Hal ini dapat menyebabkan masalah dimana sulfur larut ke dalam cairan dan menyebabkan hilangnya sulfur karena cairan hidrokarbon dan kontaminasi hilir dari proses, serta menurunkan kapasitas adsorben yang diimpregnasi dengan sulfur. Pada adsorben logam-sulfida, sulfur terikat secara anorganik, sehingga potensi hilangnya sulfur karena sublimasi atau karena larut dengan air/hidrokarbon dapat diminimalkan. Karena itu, dilakukan pengembangan adsorben tembaga sulfida yang diharapkan lebih stabil dan bebas dari masalah hilangnya sulfur dari adsorben karena terbentuknya cairan hidrokarbon. Metode untuk impregnasi karbon aktif dilakukan dengan mengimpregnasi karbon aktif dengan larutan Cu dan selanjutnya Cu yang terimpregnasi direaksikan dengan larutan Natrium Sulfida. Karbon aktif kemudian dikeringkan pada suhu 100oC selama 12 jam. Metode impregnasi dengan CuS memiliki kelemahan dimana sulfur tidak memiliki reaktivitas seperti sulfur sebagai siklik. Karenanya, untuk mempertahankan reaktivitas terhadap merkuri, maka karbon aktif diimpregnasi dengan tembaga sebelum diimpregnasi dengan sulfur pada suhu 400-600oC. Dengan impregnasi fase gas diharapkan sulfur lebih terdistribusi ke dalam pori karbon aktif dan mempertahankan reaktivitasnya dalam bereaksi dengan merkuri. 25
Reddy et al, 2015, dan Reddy et al, 2018 membuat adsorben merkuri dari serbuk karbon aktif yang diimpregnasi Cu dan S dalam larutan. Kapasitas adsorben yang dibuat dapat mencapai 23 mg Hg/g adsorben. Pengukuran kapasitas dilakukan dengan mengalirkan gas mengandung merkuri melewati 0.1 gram adsorben. Merkuri teradsorpsi diukur menggunakan DMA Mercury Analyzer. A.4.1.3 Impregnasi ZnCl2 Karbon aktif yang diimpregnasi dengan ZnCl2 diketahui dapat menurunkan konsentrasi merkuri dari flue gas yang berasal dari pembakaran bahan bakar batubara (Hu, Zhou, He, Luo, & Cen, 2009; Yakub, Mohammad, & Yaakob, 2013; Zeng, Jin, & Guo, 2004). Penelitian tersebut menunjukkan bahwa impregnasi dengan ZnCl2 secara signifikan meningkatkan kapasitas adsorpsi merkuri. Namun demikian, impregnasi juga menurunkan luas permukaan dari karbon aktif karena penutupan pori oleh molekul ZnCl2. Karena peningkatan ukuran pori rata-rata terjadi seiring dengan peningkatan konsentrasi ZnCl2, penutupan pori dapat terjadi karena penutupan pori mikro. Meskipun terjadi pengurangan luas permukaan karbon aktif, metode ini masih berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut. Metode impregnasi karbon aktif dengan ZnCl2 (Zeng et al., 2004) adalah dengan cara merendam karbon aktif dalam larutan ZnCl2 1% dan 5% (W/V) selama 12 jam dengan perbandingan rasio larutan ZnCl2 : karbon aktif adalah 0.55 ml larutan/gram karbon aktif. Karbon aktif kemudian dikeringkan pada suhu 90oC, didinginkan pada suhu kamar dan kemudian disimpan dalam desikator. Berbeda pada penelitian sebelumnya, pada tahun 2011, metode impregnasi menggunakan ZnCl2 7% lebih baik dibandingkan dengan konsentrasi 5%. Selain itu, dilakukan pula pencucian dan pemanasan karbon aktif sebelum diimpregnasi untuk memastikan pori tidak tertutup kotoran (Pitaloka & Rosmayati, 2011). Zeng et al, 2004 melakukan pengembangan adsorben merkuri untuk flue gas menggunakan karbon aktif yang diimpregnasi ZnCl2 5%. Dari 26
penelitian ini, didapatkan adsorben karbon aktif dengan kapasitas adsorpsi 0.9 mg Hg/g. A.4.1.4 Impregnasi HCl dan CS2 Hingga saat ini, adsorben yang diimpregnasi dengan sulfur menghasilkan efisiensi adsorpsi terbesar. Namun, masih belum diketahui perbedaan kapasitas adsorpsi adsorben yang diimpregnasi sulfur dan adsorben yang diimpregnasi dengan halogen Cl. Karenanya, Jang et al., 2017, mencoba Powdered Activated Carbon(PAC) yang diimpregnasi HCl dan CS2 untuk membandingkan efisiensi adsorpsi kedua impregnan tersebut. Dari kinetika adsorpsi, diketahui bahwa kapasitas adsorpsi karbon aktif yang diimpregnasi HCl dan CS2 adalah 333 dan 256.4 µg/g, sehingga karbon aktif yang diimpregnasi HCl memberikan kemampuan adsorpsi yang lebih baik dibandingkan karbon aktif yang diimpregnasi sulfur(H. N. Jang et al., 2017a). Pengaruh Suhu Adsorpsi Suhu adsorpsi merupakan parameter kritis dan memiliki pengaruh yang signifikan terhadap adsorpsi unsur merkuri. Kapasitas adsorpsi dari karbon murni dilaporkan menurun secara progresif dengan meningkatnya suhu dari 25 menjadi 140oC, karena sifat eksotermik dari proses adsorpsi. Di sisi lain, karbon berpori yang terimpregnasi sulfur menunjukkan peningkatan kapasitas adsorpsi merkuri dengan meningkatnya suhu adsorpsi. Ini dapat dikaitkan dengan proses adsorpsi kimia yang melibatkan reaksi belerang dengan merkuri. Peningkatan kapasitas adsorpsi merkuri dilaporkan hanya sampai 140oC, di atasnya kapasitas tersebut menurun. Penurunan kapasitas adsorpsi di atas suhu ini telah dikaitkan dengan aglomerasi sulfur yang terimpregnasi di dalam struktur berpori karbon. Sinha dan Walker dan Krishnan et al. telah melaporkan peningkatan kapasitas adsorpsi karbon yang diimpregnasi sulfur dengan peningkatan suhu adsorpsi, karena semakin tercukupinya energi aktivasi untuk memulai reaksi merkuri-sulfur. 27
Dapat disimpulkan bahwa kapasitas adsorpsi karbon aktif tanpa impregnasi turun dengan meningkatnya suhu dari 25 menjadi 140oC, sedangkan kapasitas adsorpsi karbon yang diimpregnasi sulfur meningkat dengan peningkatan suhu adsorpsi hingga 140oC. Pada suhu lebih tinggi, kapasitas adsorpsi mengalami penurunan. Pengaruh Karakteristik Pori Adsorpsi unsur merkuri tidak hanya bergantung pada kondisi adsorpsi tetapi juga pada karakteristik karbon berpori. Dalam literatur telah dikonfirmasi bahwa sifat fisik pori (misalnya luas permukaan BET, distribusi ukuran pori, ukuran partikel, dll.) memiliki pengaruh yang lebih kecil daripada sifat kimianya (misalnya adanya gugus laktonik, karbonil dan fenolik). Hal ini wajar karena adsorpsi fisik hanya bergantung terutama pada sifat fisik karbon berpori, tetapi chemisorption bergantung pada gugus fungsi dan sifat kimia permukaan memainkan peran penting. Isoterm adsorpsi nitrogen memberikan pemahaman rinci tentang struktur dan distribusi pori. Makropori yang ada dalam fungsi karbon sebagai tempat masuk merkuri ke dalam karbon aktif, mesopori berfungsi sebagai saluran transportasi, dan adsorpsi terjadi di dalam pori-pori mikro. Akibatnya, distribusi pori menjadi kunci untuk memahami kinerja karbon berpori. Secara umum proses impregnasi sulfur pada karbon berpori akan mengurangi luas permukaan BET. Pada suhu impregnasi rendah, belerang hadir sebagai alotrop S8, dan molekul berstruktur cincin ini hanya dapat memasuki pori-pori besar dan membentuk kelompok. Akibatnya, cluster ini memblokir pintu masuk pori dan mengurangi total luas permukaan, tetapi pada suhu impregnasi tinggi, sulfur terbagi menjadi molekul rantai pendek yang dapat dengan mudah bermigrasi di sepanjang pori-pori karbon, menghasilkan distribusi sulfur yang lebih seragam. Adsorben komersial telah diuji dan telah ditemukan bahwa penyerap dengan area makro dan mesopori yang besar mungkin penting untuk adsorpsi unsur merkuri yang lebih baik, karena peningkatan akses ke situs aktif yang terletak pada permukaan internal karbon. Sulfur yang tersimpan di dalam pori-pori jauh lebih aktif daripada gumpalan rantai S8 yang 28
terbentuk di dalam atau di luar pori karbon dan menghalangi akses masuk kedalam pori. Pengaruh Kelembaban dan Hidrokarbon Berat Karbon aktif memiliki struktur pori. Adanya pori dalam karbon aktif dapat menyebabkan hidrokarbon berat dan air terkondensasi di dalam pori karbon. Air yang terkondensasi di pori hidrokarbon bergantung pada adanya situs aktif oksigen di permukaan karbon (Brennan, Thomson, & Gubbins, 2002). Adsorpsi air meningkat seiring dengan meningkatnya situs aktif oksigen. Karbon tanpa situs aktif tidak mengadsorpsi air. Adanya air di dalam pori karbon akan mempengaruhi konektivitas yang ada dalam pori. (Morishige, Kawai, & Kittaka, 2014) melaporkan bahwa kondensasi air pada karbon aktif dengan sedikit mikropori dan tidak memiliki gugus fungsi terjadi dengan perlahan pada tekanan jenuhnya. Sama halnya dengan air, hidrokarbon berat akan terkondensasi dalam pori karbon aktif. Tergantung komposisi gasnya, kondensasi kapiler terjadi terlebih dahulu di mikropori. Karbon aktif yang diimpregnasi sulfur dapat larut dan terbawa aliran gas. Aplikas pada cairan hidrokarbon dapat menyebabkan larutnya sulfur dalam cairan hidrokarbon. Aliran gas yang lebih cepat dan waktu kontak yang kecil menyebabkan menyebabkan efisiensi adsorpsi turun dan pemanfaatan adsorben tidak optimal seperti gambar 6 pada grafik dibawah ini. Gas yang lembab juga menyebabkan efisiensi adsorpsi turun karena air terkondensasi di dalam pori dan menghambat difusi gas ke dalam gugus aktif. Gambar 6. Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Efisiensi Proses Adsorpsi (Kiri), Pengaruh Kelembaban Terhadap Kapasitas Adsorpsi (Kanan) 29
Adsorben Merkuri Komersial (Impor) Secara umum, adsorben merkuri komersial yang sudah ada dibagi menjadi 4 jenis dengan berbagai kelebihan dan kekurangan, seperti dijelaskan pada tabel 7. Karbon aktif yang diimpregnasi sulfur merupakan adsorben yang paling banyak digunakan karena harga yang relatif murah dibandingkan produk adsorben lain. Namun demikian, adsorben merkuri memiliki permasalahan dimana sulfur terbawa aliran gas yang mengkontaminasi sistem selanjutnya. Adsorben karbon aktif juga memiliki masalah dalam pembuangan, dimana adsorben yang jenuh merkuri harus diekspor Kembali ke produsen untuk diolah. Tabel 7. Jenis Adsorben Merkuri Komersial(Chalkidis, Jampaiah, Hartley, Sabri, & Bhargava, 2020) Senyawa Aktif Media Hasil Paling banyak Kondisi Operasi Reaksi digunakan, Sulfur Karbon HgS Tinggi biaya T: 0-120oC, P : 0.1- investasi, dehidrasi 70 bar, waktu kontak bersamaan 0.2-20 s Perak Zeolit Ag-Hg Kemampuan untuk T: 16-60oC, P : 1.4- Amalgam diregenerasi 175 bar, GHSV 10.000-100.000, regenerasi 200- 350oC Metal Logam HgO/HgS Korosivitas, T : 20-100oC, P : 10- Oksida/Sulfida Oksida kontaminasi 200 bar, Humidity sistem, masalah 10-90% regenerasi Thiol/oksidator/ Larutan Hg2+ T : 20-90oC, P : 1-70 senyawaan bar, Superficial gas pengkomplek Velocity 2-30 cm/s 30
Jenis karbon aktif komersial yang dibuat dari karbon aktif yang diimpregnasi sulfur dipaparkan pada tabel dibawah ini. Adorben ini dapat menghilangkan merkuri organik dan anorganik dari gas hingga tercapai konsentrasi 0,01-0,001 μg / Nm3 dari outlet adsorben. Tabel 8. Karakteristik Adsorben Karbon Aktif Komersial Densitas (Kg/m3) S (%w) Hard ness No Merek Ukuran Gas Remark 1 Selexsorb (Pellet) 4x6 550 95 Dry 2 Calgon (pellet & Granullar) 8-15 4x10, 4 mm diameter 577 Waktu kontak min 20 s, Kons. Outlet gas jenuh 0.01ug/m3, Tidak jenuh : 0.001ug/m 3 3 Norit RBHG Min 10 4 mm 520 99 Humidity max 70%, max temp 100oC Waktu kontak min 10 s, Superficial Velocity max 25 cm/s, pressure drop @25cm/s 1.2 kPa/m 4 Mersorb 10- 16 3&4 mm 530 -590 97- 99 Max temp 150oC, kapasitas equilibrium adsorbent baru: >20% Contoh karakteristik adsorben komersial alumina yang diimpregnasi tembaga sulfida Durasorb dipaparkan pada tabel 9. Tabel 9. Karakteristik Adsorben Durasorb Bentuk Spheres, 1/8 in Komposisi 10% berat Tembaga Desain Kapasitas >6% berat Hg pada kondisi Jenuh Loss on Ignition 6-8% berat Bulk density 750-800 kg/m2 Crush Strength >15N N2 >200 m2/gram(0.35 ml/g) 31
Dari tabel 9 diketahui adsorben tembaga sulfida memiliki kapasitas lebih kecil dibandingkan adsorben adsorben karbon aktif yang diimpregnasi Sulfur. Selain itu, penanganan adsorben ini harus hati-hati karena jika terkontaminasi udara, maka kapasitas adsorben ini akan berkurang. Meskipun demikian, adsorben ini dapat digunakan dengan baik pada kondisi gas yang memiliki titik embun sama dengan kondisi ambien (jenuh dengan hidrokarbon dan air). Tabel 10. Contoh Pemanfaatan Adsorben Merkuri di Indonesia Lokasi Jenis Adsorben Produk LPG Balongan AC-S SELEXSORB HG LPG-Mundu AC-S LPG-Arar AC-S Jambi Merang Polimer/ resin Ambersep GT74 LNG Badak AC-S Grissik-Suban AC-S LPG-Ujung Pangkah Metal oksida Puraspec 1157 Dari produk komersial yang dijelaskan diatas, karbon aktif yang diimpregnasi sulfur paling banyak diaplikasikan secara komersial. Seperti dijelaskan sebelumnya, karbon aktif yang diimpregnasi sulfur memiliki kekurangan dimana sulfur yang terikat di permukaan karbon aktif terbawa aliran gas atau larut ketika menangani gas basah. Di sisi lain, alumina yang diimpregnasi tembaga sulfida menjadi pilihan untuk mengatasi hal tersebut dengan lebih mahal. CuS yang terikat alumina juga cenderung teroksidasi oleh oksigen sehingga perlu penanganan khusus dengan inert nitrogen selama transfer adsorben ke MRU. Jika karbon aktif bisa diimpregnasi dengan tembaga sulfida, diharapkan sulfur lebih terikat ke adsorben sehingga lebih sedikit terbawa aliran gas. 32
Pertimbangan dalam Pengembangan Adsorben Merkuri untuk Industri Migas Banyak material yang diuji untuk adsorben merkuri dari gas buang (Flue gas) tidak bisa digunakan sebagai adsorben merkuri pada kondisi gas bumi. Seperti kemampuan untuk mengadsorp merkuri pada suhu ambien, konsentasi merkuri yang relatif tinggi, dan kondisi gas yang reduktif, serta ketahanan terhadap gas asam seperti CO2 dan H2S. Kapasitas penyerapan merkuri yang besar dengan batasan konsentrasi merkuri pada outlet gas yang kecil merupakan sifat yang penting dalam system pengolahan gas bumi. Sebagai tambahan, adsorben sebaiknya memilii ukuran volume yang besar dan distribusi pori yang dibuat tertentu, fase aktif yang terdistribusi merata di adsorben yang memiliki luas permukaan yang besar, crushing strength dan ketahanan terhadap gesekan untuk menjamin penurunan tekanan yang rendah dan stabil, tanpa channeling, dan pembentukan sebuk. Penanganan Limbah Adsorben Merkuri Insinerasi, stabilisasi/solidifikasi, penyimpanan permanen, landfill, dan injeksi sumur dalam adalah teknologi utama yang digunakan untuk pembuangan merkuri. Kontaminasi sekunder dapat diminimalkan dengan teknologi penyimpanan permanen. Pembuangan limbah yang mengandung merkuri dari fasilitas minyak dan gas harus dilakukan sesuai dengan pedoman Konvensi Basel (Konvensi Basel, 2011). Jika terkubur, sebagian merkuri inorganik di TPA dapat diubah oleh bakteri menjadi bentuk merkuri organik yang lebih toksik, yang kemudian dapat dilepaskan kembali ke atmosfer. Menurut PPLI, jika kandungan merkuri limbah lebih dari 260 mg.kg − 1, harus diekspor untuk diolah di fasilitas pengolahan luar negeri. Pemanggangan dan retorting dapat digunakan untuk mengurangi konsentrasi merkuri hingga kurang dari 0,2 mg.L−1. Secara umum, penghilangan merkuri dari campuran kompleks dapat dilakukan terutama melalui metode kimia dan termal. Proses thermal mengubah, menguap, dan memadatkan merkuri. Perlakuan kimia melibatkan mereaksikan senyawa 33
unsur, anorganik atau organik menjadi ion terlarut, senyawa anorganik tak larut atau kompleks padat. Yan (1987a) mengklaim proses di mana limbah adsorben merkuri dibuat tidak berbahaya untuk pembuangan TPA. Dalam proses ini, limbah adsorben merkuri dimasukkan ke dalam zona pembakaran terfluidisasi (600-1000 ° C) bersama dengan bahan alkali tanah (misalnya batu kapur) dan air untuk menghasilkan uap. Residu secara substansial berkurang kandungan merkurinya dan gas pembakaran didinginkan sehingga merkuri terkondensasi dan dapat dikumpulkan. Seperti yang telah disebutkan di atas, salah satu pilihan untuk pembuangan adalah melalui sumur injeksi (Brkic et al., 2003; Yod-in-Lom dan Doyle, 2002) di mana bahan limbah ditempatkan ke lokasi geologi yang aman. Jenis sumur pembuangan ini biasa terjadi di industri minyak dan gas untuk limbah cair tidak beracun. Misalnya, air yang diproduksi bersama seringkali disuntikkan kembali ke formasi awal. Pertimbangan teknis yang paling penting untuk pusat sumur pembuangan adalah identifikasi formasi yang sesuai yang tidak berhubungan dengan formasi air. Formasi geologi yang dipilih harus ditutup dengan batuan kedap air dan batuan penutup tanpa adanya sesar regional vertikal, sehingga mencegah limbah berpindah ke akuifer air. Sebelum injeksi, bahan limbah harus diolah untuk mengubahnya menjadi bentuk yang dapat diinjeksi dan stabil secara kimiawi. A.5 Karakterisasi Adsorben Brunaurer, Emmet, and Teller (BET) Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan padatan, sedangkan desorpsi merupakan proses kembalinya (Atkins dkk., 2010). Istilah adsorpsi dan desorpsi sering digunakan untuk menunjukkan keadaan kesetimbangan yang telah didekati. Terdapat dua tipe pada proses adsorpsi dimana berdasarkan pada kekuatan ikatan antara adsorben dan adsorbat. Pada adsorpsi fisika (fisisorpsi), ikatan- ikatan antara atom atau molekul adsorben dan adsorbat disebabkan oleh 34
interaksi dipol-dipol dan ikatannya relatif lemah. Adsorpsi kimia (kemisorpsi) partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia berupa ikatan ion dan kovalen antara adsorben dan adsorbat, sehingga ikatannya lebih kuat dibandingkan fisisorpsi (Roqueul dkk., 1999). Fisisorpsi secara termodinamika merupakan reaksi isotermal yang reversibel. Hubungan yang terjadi pada suhu konstan antara jumlah partikel yang teradsorpsi dan tekanan pada kesetimbangan atau konsentrasi dikenal sebagai adsorpsi isoterm. Berdasarkan IUPAC adsorpsi isoterm diklasifikasikan menjadi enam macam tipe (Rouquerol dkk., 1999). Pada grafik tipe I menunjukkan untuk padatan mikropori, sedangkan grafik tipe II dan III menunjukkan padatan non pori atau makropori yang memungkinkan adsorpsi monolayer-multilayer yang tak terbatas pada tinggi P/Po. Grafik tipe IV menunjukkan untuk padatan mesopori, dimana terdapat loop histeresis yang menggambarkan peningkatan penambahan adsorben dan penghapusan oleh kapiler kondensasi dalam mesopori. Grafik tipe V ini sama seperti tipe IV adanya loop histeresis yang disatukan dengan mekanisme pengosongan pori, seperti isoterm tipe III interaksi yang ditunjukkan antara adsorben dan adsorbat lemah. Pada grafik tipe VI menunjukkan grafik untuk padatan tidak berpori yang memilki permukaan yang seragam. Klasifikasi adsorpsi isoterm oleh IUPAC ditunjukkan oleh Gambar 7 dibawah ini. Gambar 7. Klasifikasi Isoterm Adsorpsi IUPAC 35
Analisis menggunakan adsorpsi/desorpsi bertujuan untuk mengetahui porositas dan struktur pori dari suatu material. Untuk menentukan luas permukaan material maka digunakan perhitungan Brunaurer, Emmet, dan Teller (BET), sedangkan untuk distribusi ukuran pori maka digunakan perhitungan DFT dan Barret, Joyner, dan Halenda (BJH). SEM-EDX (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy) Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan suatu instrumen mikroskop yang menggunakan elektron berenergi tinggi sebagai pengganti dari cahaya untuk menghasilkan berbagai sinyal pada permukaan spesimen padat. Prinsip kerja dari SEM yaitu ketika elektron dari katoda ditembakkan ke arah sampel maka akan terjadi interaksi antara elektron dan sampel yang mengakibatkan elektron kehilangan sejumlah energinya. Akibatnya terjadi pemantulan dan emisi elektron yang terdeteksi oleh detektor yang divisualisasikan sebagai gambar morfologi dari sampel. Tipe- tipe sinyal yang dihasilkan berupa Secondary Electron (SE), Blackscattered Electron (BSE), Electron Blacscattered Distortion (ESBD), dan sinar-X. Elektron sekunder dan BSE biasanya digunakan untuk pencitraan sampel. Elektron sekunder menunjukkan morfologi dan topografi dalam sampel, sedangkan BSE untuk mengilustrasikan komposisi dalam sampel Energi spesifik sinar-X yang dipancarkan oleh setiap atom dalam senyawa dapat dideteksi dengan Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX). EDX adalah suatu teknik analisis yang digunakan untuk menganalisis unsur-unsur atau mengkarakterisasi kandungan unsur kimia dari suatu sampel. EDX menganalisis emisi sinar X oleh unsur dalam partikel. Untuk mengetahui unsur dalam sampel, maka dengan menembakkan sinar-X pada posisi yang ingin diketahui komposisinya. Maka setelah ditembakkan pada posisi yang diinginkan, akan muncul puncak-puncak tertentu yang mewakili suatu unsur yang terkandung. Dengan EDX dapat juga membuat elemental mapping (pemetaan elemen) dengan memberikan warna yang berbeda-beda dari masing-masing elemen pada permukaan bahan. Teknik analisis SEM-EDX ini dapat 36
digunakan analisis secara kuantitatif dari persentase masing-masing elemen unsur yang terkandung dalam sampel yang diuji. Fourier Transform Infrared (FTIR) Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka molekul molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah transisi diantara tingkat vibrasi (ground state) dan tingkat vibrasi (tereksitasi). FTIR merupakan instrumen yang digunakan untuk mengidentifikasi senyawa yang didasarkan oleh vibrasi dari atom dalam molekul. Sebuah spektrum infra merah biasanya dihasilkan dengan melewatkan sinar infra merah melalui sampel sehingga dapat ditentukan fraksi radiasi yang diserap pada energi tertentu. Energi tersebut akan muncul berupa puncak-puncak spektrum sesuai dengan frekuensi getaran molekul. Pada instrumen FTIR beberapa radiasi infra merah yang diserap oleh sampel dan sebagian ditransmisikan. Spektrum-spektrum yang dihasilkan tersebut mewakili penyerapan dan transmisi molekuler yang kemudian menciptakan sidik jari molekuler sampel. Molekul-molekul poliatom memperlihatkan dua jenis vibrasi molekul, yaitu stretching dan bending. Vibrasi ikatan yang melibatkan hidrogen sangat berarti, karena atom-atom dengan massa rendah cenderung lebih mudah bergerak daripada atom dengan massa lebih tinggi. Makin rumit struktur molekul, semakin banyak bentuk-bentuk vibrasi yang mungkin terjadi. Akibatnya, kita akan melihat banyak pita-pita absorpsi yang diperoleh pada spektrum infra merah, bahkan lebih rumit lagi bergantung pada molekul dan kepekaan instrumen. Spektroskopi Fourier-Transform Infrared (FTIR) pada dasarnya merupakan interferensi radiasi antara dua berkas untuk menghasilkan interferogam. Radiasi yang muncul dari sumber dilewatkan interferometer ke sampel sebelum sampai ke detektor. Setelah amflikasi sinyal, data dikonversi ke bentuk digital oleh analog converter dan dipindahkan ke komputer sehingga muncul spektrum-spektrum senyawa yang dianalisis. 37
Setelah impregnasi karbon aktif dengan sulfur, terjadi variasi ikatan sulfur yang terjadi di permukaan karbon aktif. Ikatan karbon-Sulfur tergantung pada struktur dari karbon. Oleh karena itu, perlu ditentukan ikatan sulfur yang terbentuk agar dapat diprediksi reaksi yang mungkin terjadi antara sulfur dan merkuri. Ada dua jenis sulfur: Sebagai bulk(Tidak dapat terdeteksi oleh FTIR) dan di permukaan karbon aktif(Teridentifikasi oleh FTIR). Teknik Infra Merah digunakan untuk mempelajari ikatan sulfur di permukaan adsorben. Keunggulan dari FTIR adalah kemampuannya untuk mengidentifikasi vibrasi dipolar antara 2 atom yang berbeda dalam molekul. Karenanya, spektra dapat ditemukan di permukaan karbon aktif pada kelompok S-H, S-O, dan S-C. Disisi lain, Ikatan sulfur elemental S-S tidak dapat teridentifikasi dengan FTIR karena tidak adanya vibrasi di-polar. 38
B Metodologi B.1 Overview Salah satu parameter yang menjadi pertimbangan dalam pembuatan adsorben merkuri adalah kapasitas adsorpsi merkuri. Semakin besar kapasitas adsorpsi tentunya akan semakin baik karena berat adsorben yang dibutuhkan semakin sedikit. Karenanya, kapasitas adsorpsi merkuri menjadi pertimbangan awal dalam pemilihan metode pembuatan adsorben. Penelitian ini dibagi menjadi 4 tahap, yaitu pembuatan alat uji kapasitas, pembuatan dan optimasi metode pembuatan adsorben, Uji kapasitas adsorpsi adsorben pada beberapa konsentrasi hidrokarbon berat, dan karakterisasi adsorben. Secara umum, metodologi penelitian dilakukan seperti pada gambar 8 dibawah ini. Pembuatan Alat Uji Kapasitas Desain Rangkaian • Pembuatan Rangkaian Uji Kapasitas Pembuatan Adsorben Screening Metode • Optimasi metode Impregnasi Dan Uji Kapasitas Screening Metode • Optimasi metode Impregnasi Dan Uji Kapasitas Uji Kapasitas Adsorpsi 15oC/40oC • 25oC/40oC • 40oC/40oC • 30oC/30oC FTIR • SEM-EDX • BET Gambar 8 Tahapan Penelitian Adsorben Merkuri Untuk Industri Migas 39
B.2 Rancang Bangun Alat Uji Kapasitas Adsorpsi Tujuan dari kegiatan ini adalah untuk mendesain alat uji adsorben merkuri yang dapat menghasilkan gas yang mengandung merkuri relatif besar. Alat uji ini digunakan pada tahap optimasi metode pembuatan adsorben. Gas dalam alat uji juga dapat ditambahakan air dan hidrokarbon berat dengan suhu saturasi yang terukur sehingga dapat diketahui batasan hidrokarbon berat yang dapat diterima. B.3 Pembuatan dan Optimasi Metode Pembuatan Adsorben Persiapan Bahan Baku Bahan baku karbon aktif untuk penelitian ini memiliki ukuran 4x10 mesh atau 2-4.8 mm. Untuk dapat diuji secara laboratorium, ukuran ini relatif besar. Pada penelitian ini, karbon aktif digerus dan diayak hingga ukuran 60-80 mesh. Karbon aktif kemudian dicuci dengan air hangat dan dikeringkan 105oC selama 12 jam untuk menghilangkan debu yang ada di permukaan karbon aktif. Debu di permukaan karbon aktif dapat terbawa gas saat pengujian dan mengotori sistem pengujian. AC-ZnCl2 Metode pembuatan karbon aktif yang diimpregnasi ZnCl2 adalah dengan menimbang serbuk karbon ditimbang sebanyak 100 g, kemudian dikeringkan dalam oven dengan suhu 90°C selama ± 1 jam dan dilanjutkan dengan tanur hingga mencapai suhu 600°C dengan dialiri gas N2 laju aliran sebesar 150 cm3/menit STP. Selama proses berlangsung laju panas dan aliran nitrogen dijaga konstan. Suhu tanur dipertahankan pada 600°C selama 1 jam sebelum didinginkan dengan aliran N2. Setelah dingin, sampel dicuci dengan larutan HCl 0.5 N, air hangat kemudian air dingin suhu ruang untuk menghilangkan sisa residu organik dan mineral. Pencucian dengan akuades dilanjutkan sampai air pembilas netral (pH sekitar 7). Aktivasi secara kimia dengan merendam serbuk karbon tempurung kelapa dalam larutan ZnCl2 5% (w/v) selama ± 24 jam. Pengeringan dilakukan 40
menggunakan wadah cawan penguap didalam oven selama ± 8 jam pada suhu 100 °C dan kemudian dimasukkan dalam desikator. AC-S Prosedur pembuatan karbon aktif yang diimpregnasi sulfur adalah dengan menimbang 10 g karbon aktif dengan penambahan sulfur dengan perbandingan karbon: sulfur 3:3. Karbon aktif Dipanaskan dalam tubular furnace dengan kenaikan 5oC/menit dengan aliran N2 sebesar 500 ml/min hingga suhu 300oC. Setelah 300oC, aliran gas N2 kemudian dimatikan. Pemanasan kemudian dilanjutkan hingga suhu 500oC dan ditahan selama 1 jam. Suhu diturunkan bertahap hingga suhu ambien. AC-CuS (I) Metode pembuatan adsorben adalah dengan mencuci karbon aktif dengan aquades panas 2-3 kali untuk membersihkan permukaan dan bagian pori karbon aktif. 25 ml CuCl2 0.1 M ditambahkan 5 gram karbon aktif. Larutan distirrer 1-2 jam hingga larutan homogen. Kemudian disiapkan larutan 0.2 M Na2S, tambahkan larutan ini kedalam larutan sebelumnya tetes demi tetes. Larutan akhir kemudian distirer 3-4 jam dengan hotplate pada suhu 100oC. Karbon aktif dicuci 10- 15 kali dan dipanaskan pada suhu 100oC selama 12 jam AC-CuS (II) Pembuatan adsorben karbon aktif yang diimpregnasi kering dengan tembaga sulfida dilakukan melalui dua tahap yaitu impregnasi karbon aktif dengan tembaga dan dilanjutkan dengan impregnasi sulfur. Prosedur impregnasi tembaga adalah dengan menimbang 25gram karbon aktif dalam Erlenmeyer dan ditambahkan larutan CuCl2.2H2O 100 ml. Larutan distirer dan dipanaskan pada suhu 120oC hingga kering. Karbon aktif yang telah dipanaskan, dibilasi aquades 5-10 kali dan dikeringkan kembali pada suhu 110oC selama 12 jam. Tahap selanjutnya adalah dengan melakukan 41
impregnasi seperti karbon aktif yang diimpregnasi dengan sulfur dengan perbandingan rasio karbon sulfur 6:3 dan suhu 500oC selama 1 jam. AC-HCl 10% Metode ini mengacu pada (H. Jang et al., 2017). Dengan metode ini, diharapkan bisa didapat metode pembuatan adsorben alternatif yang baik. Metode pembuatan adsorben adalah dengan melarutkan 10 gram karbon aktif dengan larutan HCl dan CS2 5% dan distirer selama 2 jam dengan suhu 75oC. Setelah itu, larutan kemudian dikeringkan selama 6 jam dengan suhu 105oC. AC-CS2 1% Metode ini mengacu pada (H. Jang et al., 2017). Dengan metode ini, diharapkan bisa didapat metode pembuatan adsorben alternatif yang baik. Metode pembuatan adsorben adalah dengan melarutkan 10 gram karbon aktif dengan larutan HCl dan CS2 5% dan distirer selama 2 jam dengan suhu 75oC. Setelah itu, larutan kemudian dikeringkan selama 6 jam dengan suhu 105oC. B.4 Uji kapasitas awal Uji kapasitas awal dilakukan untuk seleksi awal adsorben (Screening) yang akan diuji selanjutnya. Pada uji kapasitas awal ini, karbon aktif yang dihasilkan 6 metode pembuatan diuji kapasitas adsorpsi merkuri. Berdasarkan hasil uji kapasitas awal, diketahui ada 4 metode pembuatan adsorben yang menghasilkan adsorben yang memiliki kapasitas diatas 10 mg Hg/g adsorben, yaitu AC-S, AC-CuS(I), AC-CuS(II), dan AC-ZnCl2. Keempat metode tersebut dioptimasi dan diuji kapasitas adsorpsinya sebagai berikut. Variasi metode impregnasi sulfur dilakukan dengan memvariasikan suhu impregnasi 450oC, 475oC, 500oC, 525 oC, 550oC dengan perbandingan karbon aktif:sulfur 3:1, 3:2, dan 3:3. Metode diimpregnasi CuS impregnasi basah memvariasikan berat CuCl 1.2, 2.4, dan 3.6 gram. Sedangkan berat NaS divariasikan 1.5, 3, dan 4.5 gram. 42
Metode diimpregnasi CuS impregnasi kering berat CuCl 3.4 gram, berat sulfur 0.9, 1.5, dan 3 gram, dan suhu impregnasi 450oC, 500oC, dan 550oC. Metode impregnasi ZnCl2 memvariasikan konsentrasi impregnasi 6, 7, 8 dan 9% ZnCl2. Gambar 9. Aliran Gas pada Uji Kapasitas Awal Adsorben Tahap screening dan optimasi metode hanya memerlukan gas kering (tampa penambahan air dan pentana). Pola aliran gas ditampilkan pada gambar 9 dimana gas dari sumber(B) diturunkan tekanannya menjadi 40 psig dan dialirkan ke tabung yang berisi merkuri(E). Dalam tabung tersebut, merkuri yang ada dalam tabung menguap dan terbawa aliran gas yang mengalir ke adsorben yang diuji kapasitasnya(F). Kapasitas adsorben dalam menyerap merkuri merupakan fungsi dari konsentrasi merkuri inlet, outlet, dan volume gas yang mengalir. B.5 Uji Kapasitas Adsorpsi Hg dengan Gas Dengan Hidrokarbon Berat dan Air Empat (4) jenis metode pembuatan aktivasi karbon aktif yang dibuat dengan metode yang telah dioptimasi pada tahap sebelumnya, kemudian 43
diuji kapasitasnya dengan mengalirkan gas dalam saturator air dan pentana/heksana sebelum melewati saturator merkuri. Pentana digunakan untuk saturasi gas 15oC, 25oC, dan 30oC. Heksana digunakan untuk saturasi gas pada suhu 40oC. Temperatu saturasi dan uji pada tahap ini adalah sebagai berikut a. Titik embun gas 25oC, 15oC lebih rendah dibandingkan suhu operasi adsorpsi 40oC b. Titik embun gas 15oC, 25oC lebih rendah dibandingkan suhu operasi adsorpsi 40oC c. Titik embun gas sama dengan suhu operasi adsorpsi 30oC d. Titik embun gas sama dengan suhu operasi adsorpsi 40oC Gambar 10. Uji Kapasitas Adsorben dengan Gas Basah B.6 Karakterisasi Adsorben Analisis menggunakan adsorpsi/desorpsi bertujuan untuk mengetahui porositas dan struktur pori dari suatu material. Untuk menentukan luas permukaan material maka digunakan perhitungan Brunaurer, Emmet, dan Teller (BET), sedangkan untuk distribusi ukuran pori maka digunakan 44
perhitungan DFT dan Barret, Joyner, dan Halenda (BJH). Pengukuran Luas Permukaan dan distribusi pori menggunakan alat Quantachrome Nova 4200e di Pusat Penelitian Fisika LIPI. Metoda analisis yang digunakan dalam pekerjaan ini adalah Scanning Electron Microscope (SEM) yang dilengkapi dengan Energy Dispersive by X-Ray Spectometry (EDX). Preparasi diawali dengan membersihkan perconto menggunakan pelarut organik dan dikeringkan secara ultrasonik, kemudian dipatahkan untuk membuat permukaan rata dan bersih. Perconto selanjutnya dilekatkan diatas Cu stub berukuran 10 mm dan dibersihkan dengan semprotan udara untuk menghilangkan debu-debu dan unsur pengotor lainnya. Tahapan selanjutnya perconto dilapisi secara elektrostatis dengan karbon atau gold-palladium agar bersifat konduktif terhadap elektron. Preparat siap untuk dianalisis dengan alat SEM tipe JSM-6390-LA yang dilengkapi dengan sistem perekaman gambar secara digital. Peralatan SEM tipe JSM-6390-LA dilengkapi dengan piranti EDX yang berfungsi untuk mengidentifikasi jenis mineral. Analisis SEM-EDX difokuskan untuk mengetahui distribusi mineral autijenik, pertumbuhan dan perkembangan sistem pori. Kehadiran mineral autijenik diamati secara detil dengan memperbesar fokus gambar pada saat pengamatan dan dilanjutkan dengan analisis EDX untuk mengetahui unsur/ elemen yang terkandung dalam mineral. Objek mineral yang teramati dilakukan perekaman gambar/ foto SEM serta didukung dengan penjelasan unsur penyusun mineralnya. Spektrum FTIR karbon aktif dianalisis menggunakan instrument FTIR Thermo Nicolet 380 dengan teknik penanganan sampel menggunakan kompartmen attenuated total reflectance (ATR) yang dilengkapi dengan lempeng kristal ZnSe. Sampel karbon aktif ditempatkan pada kristal ATR dan pengukuran dilakukan pada 32 scan dengan daya pisah (resolusi) 16 cm-1 pada bilangan gelombang 600 - 4000 cm-1. Spektrum yang dihasilkan dibaca menggunakan perangkat lunak Nicolet Omnic. 45
C Data dan Hasil Kegiatan C.1 Rancang Bangun Alat Uji Kapasitas Adsorben Rangkaian uji kapasitas terdiri atas sumber gas, regulator gas, saturator gas, saturator merkuri, gas meter, dan 2 mercury analyzer(NIC WA4 dan WA5 Mercury Analyzer). Gambar 11. Desain Rangkaian Adsorpsi (kiri), Peralatan Uji Kapasitas yang Telah Dirangkai (kanan) Sumber gas terdiri atas 4 tabung CNG dengan ukuran 75 L. 4 tabung diisi secara bergantian untuk menjamin bahwa aliran gas selama pengujian terus tersedia. Gas kemudian diturunkan tekanannya dengan menggunakan regulator sehingga didapat tekanan gas 40 psig. Gas kemudian dijenuhkan dengan mercury saturator. Tujuannya, untuk menambah konsentrasi merkuri dalam gas dari 5 ug/m3 menjadi 3000-10000 ug/m3. Penambahan ini akan mengurangi waktu pengujian kapasitas adsorpsi merkuri secara signifikan. 46
Gambar 12. Vessel uji adsorben Gas kemudian dialirkan ke adsorben Hg. Merkuri yang ada dalam gas bumi teradsorpsi. Sebagian kecil Hg akan melewati adsorben. Di awal proses adsorpsi, adsorben di inlet adsorben akan jenuh terlebih dahulu. Semakin lama, adsorben yang jenuh bergeser ke bagian outlet dan sebagain Hg dalam gas tidak sempat teradsorpsi. Pengujian kapasitas adsorpsi dihentikan Ketika konsentrasi gas yang melewati adsorben sudah lebih besar dari 1000 ug/m3. Karena adanya kondensasi kapiler karena hidrokarbon berat dan mempengaruhi kapasitas adsorpsi adsorben dengan bahan dasar karbon aktif, maka pertimbagan selanjutnya adalah kemampuan adsorpsi merkuri pada kondisi gas dengan hidrokarbon berat yang dinyatakan dalam titik embun hidrokarbon dan air. Titik embun hidrokarbon dan air yang rendah menunjukkan gas tersebut lebih sedikit memiliki fraksi hidrokarbon berat dibandingkan gas dengan titik embun yang tinggi. Hidrokarbon berat yang terkondensasi dapat menyebabkan turunnya kapasitas adsorpsi merkuri karena hidrokarbon berat terkondensasi di pori karbon aktif dan menyebabkan tertutupnya gugus aktif oleh hidrokarbon berat. Untuk uji kapasitas akhir, dimana metode pembuatan adsorben telah dioptimasi, gas dialirkan ke saturator gas yang berisi air dan pentana yang suhunya divariasikan 15oC, 25oC, 30oC, dan 40oC. Tujuannya, untuk menjenuhkan gas dengan air dan pentana/heksana pada suhu pengembunannya. 47
Tabel 11. Kondisi Operasi Uji Kapasitas Adsorpsi Merkuri No. Kondisi Nilai 1 Berat adsorben Uji 0.1 gram 2 Laju alir 55 L/jam 3 Diameter kolom Uji 6 mm 4 Tinggi kolom 7.5 mm 5 Superficial Velocity 69 mm/s 6 Waktu Kontak 0.11 s 7 Suhu Uji 40oC 8 Tekanan Uji 40 psig C.2 Hasil Screeening Metode Pembuatan Hasil screening uji adsorpsi merkuri pada karbon aktif yang diimpregnasi dengan berbagai metode pembuatan dan dua jenis karbon aktif (impor dan lokal), dipaparkan pada tabel 12. Tabel 12. Screening Awal Metode Pembuatan No Sumber Impregnan Kapasitas (mg/g) 1 CuS >44.17 2 CuS II >21.35 3 4 AC Impor S ZnCl2 0.23 7.28 5 CS2 0.13 6 HCl 4.99 7 CuS 4.17 8 CuS II 0.06 9 10 AC Lokal S ZnCl2 >45.56 17.7 11 CS2 0.16 12 HCl 8.21 48
Dari tabel 12 diketahui bahwa kapasitas adsorpsi Hg terbesar berbeda antara bahan baku karbon aktif impor dan lokal. Kapasitas adsorpsi dengan bahan baku lokal terbesar didapatkan dengan metode impregnasi menggunakan sulfur dan ZnCl2. Sedangkan dengan bahan baku karbon aktif impor, kapasitas adsorpsi tertinggi didapatkan untuk karbon aktif yang diimpregnasi dengan CuS dan CuS(II). Perbedaan tersebut dapat disebabkan oleh karakteristik bahan baku yang berbeda antara karbon aktif impor dan lokal. Karena fokus penelitian ini adalah pembuatan adsorben dengan bahan baku lokal, maka metode impregnasi dengan CuS dan CuS(II) akan tetap dilanjutkan pada tahap optimasi. Harapannya, pada saat optimasi dapat terjadi perubahan struktur karbon aktif dan didapatkan kapasitas adsorpsi yang optimal. C.3 Variasi Metode AC-S Gambar 13 menampilkan hasil optimasi metode pembuatan AC-S dengan variable suhu impregnasi dan perbandingan karbon:sulfur. ) g / g m ( i s p r o s d A s a t i s a p a K 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 14,9 2,5 40,4 41,0 3,7 1,3 26,7 5,8 48,1 1,6 51,1 1,0 36,0 22,4 18,3 17,6 39,2 5,5 48,8 9,0 32,6 15,1 19,0 11,7 Kapasitas (mg Hg/g adsorben) % sulfur 37,8 28,1 23,6 4,4 5,8 8,7 0,0 3:1 3:2 3:3 3:1 3:2 3:3 3:1 3:2 3:3 3:1 3:2 3:3 3:1 3:2 3:3 450 500 Suhu Impregnasi (oC)dan Rasio Karbon:Sulfur 475 525 550 Gambar 13. Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-S 49
Seperti dapat terlihat pada grafik diatas, proses impregnasi sulfur pada metode ini merupakan fungsi dari suhu impregnasi dan perbandingan karbon:sulfur. Semakin besar perbandingan rasio Sulfur terhadap karbon aktif pada suhu impregnasi yang sama, semakin banyak sulfur yang terimpregnasi di permukaan karbon aktif. Semakin tinggi suhu impregnasi, semakin sedikit sulfur yang terimpregnasi karena pada suhu tinggi sulfur lebih cepat menguap dan keluar dari wadah impregnasi. Dari grafik juga dapat terlihat bahwa semakin banyak sulfur terimpregnasi tidak menjamin peningkatan kapasitas adsorpsi Hg. Pada suhu impregnasi 450oC, kapasitas adsorpsi justru paling rendah. Kapasitas adsorpsi juga tidak menunjukkan peningkatan ketika rasio karbon:sulfur naik dari 3:1 menjadi 3:3. Hal ini dapat disebabkan karena sulfur dalam jumlah berlebih justru menutup pori mikro, menurunkan luas permukaan karbon aktif, dan menurunkan area reaksi adsorpsi. Ketika suhu impregnasi naik dari 450oC hingga 525oC, kapasitas adsorpsi cenderung naik. Hal ini dapat disebabkan karena mikropori yang sebelumnya tertutup oleh sulfur terbuka dan sulfur terdistribusi di seluruh permukaan pori adsorben. Pada kenaikan suhu 525oC menjadi 550oC, penurunan kapasitas dapat disebabkan karena penurunan konsentrasi gugus aktif sulfur di permukaan adsorben. Berdasarkan data pada grafik diatas, maka metode pembuatan adsorben AC-S dengan suhu impregnasi 525oC, waktu pemanasan 1 jam, dan rasio karbon:sulfur 3:1, 3:2, dan 3:3 akan diuji pada tahap selanjutnya. C.4 Variasi Metode AC-ZnCl2 Tabel 13 menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi meningkat seiring meningkatnya impregnasi ZnCl2 hingga maksimum 7% dan belum mengalami penurunan sehingga dapat disimpulkan bahwa kapasitas adsorpsi Hg belum mencapai titik optimum. Konsentrasi impregnan akan ditingkatkan pada tahap uji kapasitas adsorpsi lanjutan. 50
Tabel 13. Hasil Optimasi Metode Pembuatan Karbon Aktif Impregnasi ZnCl2 No % ZnCl2 Kapasitas (mg Hg/g) 1 5% 3.54 2 6% 4.55 3 7% 5.17 C.5 Variasi Metode AC-CuS Impregnasi dalam Larutan NaS Dari hasil optimasi metode pembuatan, seperti yang ditampilkan pada Gambar 14, diketahui bahwa jika dibandingkan dengan adsorben AC-S, karbon aktif yang diimpregnasi dengan CuS memiliki kapasitas adsorpsi yang relatif rendah. Kapasitas adsorpsi juga tidak dapat mencapai kapasitas adsorpsi diatas 20 mg/g seperti yang terjadi pada karbon aktif impor yang diimpregnasi dengan CuS pada tahap screening atau penelitian lain. Perlu penelitian lanjutan untuk mengetahui penyebab kecilnya kapasitas adsorpsi Hg di adsorben yang dibuat. 2 1,8 ) g / g H g m 1,6 1,4 1,2 ( s a t i s a p a K 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1.5 3 4.5 1.5 3 4.5 1.5 3 4.5 1.5 3 4.5 1.5 3 4.5 1.5 3 4.5 1.2 2.4 3.6 1.8 Berat NaS, atas (g) Berat CuCl2.2H2O, bawah(g) 3.6 5.4 Gambar 14. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS dengan veriasi NaS dan CuCl2.2H2O C.6 Variasi Metode AC-CuS Impregnasi dengan Sulfur Dari hasil optimasi adsorpsi diketahui bahwa adsorben yang diimpregnasi dengan CuS memiliki kapasitas tertinggi pada suhu 51
impregnasi 500oC. Kapasitas adsorpsi turun seiring meningkatnya suhu impregnasi, seperti yang terlihat pada gambar 15 berikut. 16 14 13,43 12 10 8 6 4,83 7,28 5,84 6,58 6,21 5,25 4,01 4 2,82 2 0 13% 20% 33% 13% 20% 33% 13% 20% 33% 450 500 550 Kapasitas (mg/g) %Berat Sulfur Terimpregnasi Gambar 15. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS(II) C.7 Hasil Uji Kapasitas Adsorpsi Merkuri dengan Saturasi Pentana/Heksana Tabel 14 merupakan hasil uji kapasitas adsorpsi adsorben dengan gas yang telah dijenuhkan air dan pentana untuk Dew Point 15oC, 25oC, dan 30oC. Untuk suhu penjenuhan 40oC, gas dijenuhkan dengan air dan heksana mendidih pada suhu 69oC, sehingga tidak langsung habis ketika diuji pada suhu 40oC. 52 35 30 25 20 15 10 5 0
Tabel 14. Hasil Optimasi Metode Pembuatan Karbon Aktif CuS Impregnasi Kering No. 1 Impregnan 16% S %S 5 Dew Point Hydrocarbon dan Air / Suhu Uji Kapasitas Adsorben 15oC /40oC* 29.6 25oC /40oC* 52.7 40oC /40oC** 70.05 30oC /30oC* 51.4 Rata- rata 50.9 SSA (m2/g) 510,3 2 33% S 13.5 23.96 13.3 53.85 16.5 25.0 436,4 3 50% S 21.3 20.4 14.4 20.95 4 14.9 308,3 4 Cu+13% S 5.7 14.9 10.6 20.21 41.1 21.7 634,2 5 Cu+20% S 13.2 29.5 18.6 59.81 13.8 30.4 434,9 6 Cu+33%S 30.6 8.71 9.6 9.09 12.7 9.0 260,6 7 CuS 2.5 27.1 7.29 11.6 12.1 728,3 8 ZnCl2 6% 4.7 2.8 10.23 10.61 5.5 456,4 9 ZnCl2 7% 5 3.2 9.32 4.4 4.9 439,8 10 11 ZnCl2 8% ZnCl2 9% 5.8 5.6 8 13.3 5.81 4.08 5.93 1.2 5.3 6.0 306,8 318,0 Blank Konsentrasi Merkuri Inlet Adsorben (ug/m3) Kapasitas Adsorpsi >20 mg Hg/g Adsorben 4000- 10.000 5700- 10.000 4500- 10.000 1700- 3700 894.2 Saturasi menggunakan Pentana dan air **Saturasi dengan Heksana dan air 80 70 ) C A g / g H g m ( 60 50 40 s a t i s a p a K 30 20 10 0 16% S 33% S 50% S Impregnan 15C /40C 25 C /40C 30 C /30C 40C /40C Gambar 16. Kapasitas Adsorpsi AC-S dengan Variasi Berat Impregnan dan Suhu Saturasi Gas 53 Pore volume (cc/g) 0,4648 0,4796 0,3762 0,6418 0,3097 0,3709 0,6874 0,2981 0,4238 0,3825 0,2350 0,7860
Dari grafik diatas, tidak ada kecenderungan yang konsisten pengaruh kondisi gas terhadap kapasitas adsorpsi merkuri karbon aktif. AC-S 16% menunjukkan peningkatan kapasitas seiring peningkatan suhu saturasi gas. AC-S 33% dan 50% tidak menunjukkan adanya trend yang jelas yang dapat disebabkan karena fluktuasi konsentrasi merkuri yang mencapai 2 kali konsentrasi terendahnya. Adsorben yang melewatkan gas dengan konsentrasi merkuri besar akan lebih cepat jenuh dibandingkan adsoben yang melewatkan gas dengan konsentrasi merkuri yang rendah. Peningkatan kapasitas adsorpsi AC-S 16% saat gas jenuh menunjukkan tidak terjadinya kondensasi kapiler hidrokarbon dan air di dalam pori karbon aktif. Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa penggunaan tekanan rendah selama pengujian dilakukan agar untuk meningkatkan konsentrasi merkuri dalam gas sehingga waktu pengujian tiap adsorben dapat dilakukan dengan cepat (maksimum 4 hari tiap adsorben). Tekanan yang relatif rendah (40 psig) dibandingkan tekanan operasi pengolahan gas alam (200-1000 psig) dapat menyebabkan kondensasi kapiler belum terjadi. Karenanya, pada tahun 2021, perlu untuk dilakukan penelitian untuk mencoba pengaruh hidrokarbon berat dan air pada tekanan yang lebih tinggi. Meskipun demikian, hasil pengujian diatas sudah cukup untuk menggambarkan kapasitas adsorpsi adsorben AC-S dibandingkan metode lainnya. 54
60,0 600 i s p r o s d A s a t i s a p a K a t a R - a t a R ) s d A a / g H g m ( 50,0 40,0 30,0 20,0 500 400 300 200 10,0 100 0,0 0 16% S 33% S 50% S Micropore SSA Meso/macro pore SSA Rata-Rata Kapasitas Gambar 17. Kapasitas Adsorpsi AC-S Rata-Rata dengan, Luas Area Mikro dan Meso/Makropori Secara rata-rata, kapasitas adsorpsi karbon aktif yang diimpregnasi sulfur turun seiring dengan meningkatnya sulfur yang diimpregnasikan. Penurunan disebabkan tertutupnya pori mikro karbon aktif dengan sulfur sehingga luas permukaan kontak adsorben turun seperti terlihat pada gambar 17. Secara visual, luas permukaan pori meso dan makro tetap sama. Dari data diatas juga dapat terlihat bahwa belum didapat kapasitas optimum kapasitas karbon aktif. Jika berat impregnan diturunkan, kapasitas mungkin saja naik hingga tercapai tahap dimana konsentrasi sulfur tidak dapat menutupi seluruh area permukaan karbon aktif. Pada tahap ini, kapasitas adsorpsi merkuri akan mengalami penurunan. 55 ) g / 2 m ( n a a k u m r e P s a u L
35 800 30 700 ) g / g H g m ( s a t i s a p a K 25 20 15 10 600 500 400 300 200 ) g / 2 m ( a e r A e c a f r u S 5 100 0 0 Cu+13% S Cu+20% S Cu+33%S CuS Micropore SSA Meso/macro pore SSA Rata-Rata Kapasitas Gambar 18. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS Rata-Rata dengan, Luas Area Mikro dan Meso/Makropori Berbeda dengan adsorben AC-S, Adsorben AC-Cu%S menunjukkan adanya peningkatan kapasitas pada kenaikan impregnan dari 13%S menjadi 20% S. Kapasitas adsorpsi mengalami penurunan saat impregnan dinaikkan menjadi 33%. Hal ini sudah menunjukkan kapasitas adsorpsi optimal adalah dengan impregnasi CuS 20%. Sama dengan AC-S, luas permukaan pori AC- Cu%S juga dipengaruhi oleh jumlah impregnan. Jika dibandingkan dengan adsorben AC-CuS yang diimpregnasi di larutan, maka adsorben AC-CuS masih memiliki luas permukaan yang relatif besar dibandingkan AC-Cu%S atau AC-S. Rendahnya kapasitas adsorben AC-CuS dapat disebabkan jumlah impregnan yang rendah selama tahap optimasi dan pengujian. Peningkatan jumlah impregnan diharapkan dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi merkuri adsorben AC-CuS. 56
70 ) C A g / g H g m 60 50 40 ( s a t i s a p a K 30 20 10 0 Cu+13% S Cu+20% S Cu+33%S CuS Impregnan 15C /40C 25 C /40C 30 C /30C 40C /40C Gambar 19. Kapasitas Adsorpsi AC-CuS dengan Variasi Berat Impregnan dan Suhu Saturasi Gas Sama dengan AC-S, pada adsorben AC-Cu+%S dan CuS tidak bisa ditemukan kecenderungan pengaruh dari hidrokarbon berat dan air dalam gas terhadap kapasitas adsorpsi. Konsentrasi Hg pada inlet adsorben yang bervariasi dapat menyebabkan perbedaan hasil kapasitas adsorben. Karena variasi konsentrasi inlet sifatnya random, maka hasil uji kapasitas rata-rata sudah bisa menggambarkan kapasitas adsorpsi adsorben secara keseluruhan. 14 12 ) g / g H g m 10 8 ( s a t i s a p a K 6 4 2 0 ZnCl2 6% ZnCl2 7% ZnCl2 8% ZnCl2 9% Impregnan 15C /40C 25 C /40C 30 C /30C 40C /40C Gambar 20. Kapasitas Adsorpsi AC-ZnCl2 dengan variasi berat impregnan dan suhu saturasi gas 57
Kondisi yang bervariasi terjadi pada adsorben yang diimpregnasi ZnCl2. Tidak ada trend yang jelas ketika adsorben karbon aktif kontak dengan gas yang mengalami kenaikan konsentrasi hidrokarbon berat dan air. Pada impregnasi ZnCl2 6% dan 7%, kapasitas adsorpsi turun ketika gas makin jenuh dengan air dan hidrokarbon berat (suhu saturasi 15oC ke 25oC). Namun, ketika suhu saturasi dinaikkan 40oC, kapasitas adsorpsi justru meningkat. Hal sebaliknya terjadi pada karbon aktif yang diimpregnasi ZnCl2, dimana kapasitas adsorpsi naik pada suhu saturasi 25oC dan turun pada suhu saturasi 40oC. Inkonsistensi dapat terjadi karena fluktuasi konsentrasi merkuri pada gas yang masuk ke karbon aktif cukup besar (rentang 100-200%) dan kapasitas adsorpsi Hg adsorben AC-ZnCl2 yang relatif kecil menyebabkan variasi kecepatan jenuh adsorben yang terukur. 8 500 7 450 ) g / g H g m ( s a t i s a p a K 6 5 4 3 2 400 350 300 250 200 150 100 ) g / 2 m ( n a a k u m r e P s a u L 1 50 0 0 ZnCl2 6% ZnCl2 7% ZnCl2 8% ZnCl2 9% Impregnan Micropore SSA Meso/macro pore SSA Rata-rata Gambar 21. Kapasitas Adsorpsi AC-ZnCl2 Rata-Rata dengan, Luas Area Mikro dan Meso/Makropori Luas permukaan adsorben juga menunjukkan kecenderungan yang sama dengan 2 jenis adsorben sebelumnya. Kapasitas adsorben rata-rata menunjukkan trend naik seiring kenaikan impregnan. Kapasitas mungkin dapat mencapai 13.4 mg/g saat impregnan dinaikkan menjadi 20% dan 58
dilakukan pengeringan 600oC pada tahap pengeringan (Duan, Yuan, Jing, & Yuan, 2019). Prosedur 2 kali pemanasan pada suhu tinggi menyebabkan metode ini akan sulit untuk diterapkan karena nantinya akan memerlukan biaya yang besar untuk 2 kali pemanasan (sebelum impregnasi dan pada tahap pengeringan). Impregnasi konsentrasi tinggi dengan ZnCl2 juga beresiko untuk gas alam yang jenuh dengan air karena sifat ZnCl2 yang higroskopis akan menyerap air dari gas dan membuat adsorben menjadi lembab. C.8 Karakterisasi Adsorben BET Data luas permukaan dan ukuran pori menggambarkan permukaan yang ada di karbon aktif secara total, sebagai mikropori dan meso/mikropori. Data tersebut menjadi penting karena impregnan yang bereaksi dengan merkuri berada di permukaan karbon aktif. Karbon aktif yang memiliki luas permukaan yang tinggi dapat menyimpan lebih banyak impregnan di permukaan yang secara langsung meningkatkan kapasitas karbon aktif dalam menyerap merkuri. Selain luas permukaan, distribusi pori karbon aktif juga memainkan peranan dalam kinetika reaksi dan kondensasi cairan di dalam pori. Adsorben dengan struktur mikro yang besar umumnya memiliki luas permukaan yang besar dan kapasitas yang besar. Namun, waktu yang diperlukan agar merkuri dapat terdifusi ke struktur mikro menjadi lebih panjang. Selain itu, gas cenderung terkondensasi dalam struktur mikro dan menyebabkan gugus aktif tertutup cairan. Jika pori adsorben lebih banyak sebagai makro/meso, adsorben akan memiliki kinetika reaksi yang tinggi dengan penurunan kapasitas adsorpsi. Karenanya, perlu dicari titik optimum distribusi pori di permukaan adsorben. Dari tabel 15, terlihat bahwa Adsorben AC-S33% memiliki distribusi ukuran pori lebih besar dibandingkan AC-S16% dan AC-S50%. Pori AC- S33% didominasi oleh meso/makropori menyebabkan luas permukaan kontak dengan gas lebih besar dan efek penurunan kapasitas adsorpsi 59 luas
yang disebabkan karena kondensasi kapiler lebih kecil. Pada penelitian ini, tidak terjadi penurunan kapasitas saat pengujian dengan gas jenuh yang dapat disebabkan karena tekanan gas yang relatif rendah memungkinkan terjadinya kondensasi kapiler. Luas area permukaan menunjukkan hubungan yang jelas dengan kapasitas adsorpsi dan konsentrasi sulfur yang terimpregnasi di permukaan karbon aktif. Sulfur yang diimpregnasi mempengaruhi luas permukaan karbon aktif. Semakin banyak sulfur yang diimpregnasikan, semakin berkurang luas permukaan karbon aktif karena pori yang tertutup oleh sulfur. Semakin banyak sulfur diimpregnasikan, semakin banyak mikropori yang tertutup oleh sulfur. Tabel 15. Karakteristik Pori Karbon Aktif AC-S SSA (m2/g) Microp ore SSA Meso/ macro pore SSA Pore Volume (cc/g) t-Method Micropore Volume (cc/g) Meso Macro Volume (cc/g) Pore Radius (A) AC-S 16% 510.3 378.4 131.9 0.4648 0.2398 0.2250 9.660 AC-S 33% 436.4 241.2 195.2 0.4796 0.1528 0.3268 15.850 AC-S 50% 308.3 164.5 143.8 0.3762 0.1265 0.2497 9.660 Hal yang berbeda terjadi pada karbon aktif yang diimpregnasi CuS. Kapasitas adsorpsi Hg meningkat saat luas permukaan turun dari 644 m2/g menjadi 435 m2/g. Seiring dengan penambahan konsentrasi sulfur yang diimpregnasi, kapasitas adsorpsi Hg kembali turun. Hal ini menunjukkan metode pembuatan AC-Cu S 20% merupakan metode yang optimum dalam pembuatan adsorben dengan ini. Metode pembuatan adsorben AC-CuS(I) juga memiliki luas permukaan yang lebih besar dari metode AC-Cu S 13% dan kapasitas adsorpsi rata-rata yang lebih kecil dapat menunjukkan bahwa konsentrasi impregnan yang digunakan untuk membuat adsorben tersebut belum cukup. 60 tidak Kapa sitas Rata- Rata 50.9 25.0 14.9
Tabel 16. Karakteristik Pori Karbon Aktif AC-CuS Rata- Rata Kapa- sitas SSA (m2/g) Micro- pore SSA Meso/ macro pore SSA Pore Volume (cc/g) T-Method Micropore Volume (cc/g) Meso Macro Volume Pore Radius (A) AC-Cu S 13% 21.7 634.2 407.9 226.3 0.6418 0.2612 0.3806 13,85 AC-Cu S 20% 30.4 434.9 359.9 75.0 0.3097 0.2050 0.1047 8,440 AC-Cu S 33% 9.0 260.6 89.4 171.2 0.3709 0.0805 0.2904 13,24 AC- CuS 12.1 728.3 503.2 225.1 0.6874 0.3172 0.3702 8,44 Meskipun metode AC-Cu S 20% menunjukkan kapasitas adsorpsi terbesar, volume pori meso/makro dan luas permukaan pori meso/makro metode ini lebih kecil dibandingkan metode lainnya. Kecilnya ukuran mesopore dapat menyebabkan aliran Hg dari makropori ke mesopore dan mikropori terhambat dan laju reaksi adsorpsi relatifrendah. Kapasitas adsorpsi dan laju reaksi adsorben ini dapat ditingkatkan dengan meningkatkan ukuran meso/makroporinya. Sama dengan dua metode sebelumnya, luas permukaan karbon aktif turun seiring peningkatan konsentrasi ZnCl2. Secara rata-rata, pada impregnasi ZnCl2 diatas 5% kapasitas adsorpsi Hg tidak menunjukkan trend kenaikan kapasitas adsorpsi yang signifikan. Tabel 17. Karakteristik Pori Karbon Aktif AC-ZnCl2 Impre gnan Rata- Rata Kapasi tas SSA (m2/g) Micro- pore SSA (m2/g) Meso/ macro pore SSA (m2/g) Pore Volume (cc/g) T-Method Micropore Volume (cc/g) Meso Macro Volume Pore Radius (A) ZnCl2 6% 5.5 456.4 394.7 61.7 0.2981 0.2167 0.081 4 8,440 ZnCl2 7% 4.9 439.8 307.1 132.7 0.4238 0.1995 0.224 3 9,660 ZnCl2 8% 5.3 306.8 150.2 156.6 0.3825 0.1012 0.281 3 16,580 ZnCl2 9% 6.0 318.0 262.6 55.4 0.2350 0.1524 0.082 6 9,234 61
Fourier Transform Infrared (FTIR) Spektrum FTIR dihasilkan dari analisis sampel pada bilangan gelombang 650 - 4000 cm-1. Karbon aktif yang telah dimodifikasi dianalisis menggunakan FTIR untuk mengetahui gugus fungsi yang terkandung didalamnya. Gugus fungsi yang dihasilkan dapat digunakan sebagai penciri dari karbon aktif dan modifikasinya. Gugus fungsi karakteristik yang menunjukkan adanya gugus C=O pada karbon aktif dari tempurung kelapa adalah pada bilangan 1600 - 1800 cm-1. Gambar 23 (a), (b), dan (c) menunjukkan spektrum FTIR dari karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan sulfur dengan perbandingan 16% S (Gambar 22 (a)), 32% S (Gambar 22 (b)) dan 50% S (Gambar 22 (c)). Bilangan gelombang yang spesifik untuk sulfur adalah pada 2600-2540 cm-1 (S-H Strech), 710-570 cm-1(C-S stretch), dan 1275-1030 cm-1 (C=S stretch)(Hampton, Demoin, & Glaser, 2010). Puncak bilangan gelombang pada Gambar 1, Gambar 2 dan Gambar 3 relatif sama pada gugus fungsi C-S hasil modifikasi Sulfur pada bilangan gelombang 680,4 cm-1. Selain itu, pada Gambar 22 (a) juga terdapat puncak adsorbsi pada bilangan gelombang 1051,2 cm-1 yang mengindikasi adanya gugus fungsi C=S atau C-O pada karbon aktif. Puncak pada bilangan 2980 - 2900 cm-1 pada gambar 22(a) muncul dari stretching gugus fungsi C-H(Saka, 2012) sedangkan gugus diatas 3500 dapat menunjukkan regangan gugus C-H atau O-H. Peak pada 1450-1350 cm-1 dapat menunjukkan adanya gugus sulfat di permukaan karbon aktif. 62
Carbon Activ e 75 86 3 9 7 3 84 0 5 6 3 82 8 5 8 3 1 7 7 9 2 . 5 . 0 0 9 2 80 e c n a 78 . 4 8 6 1 t t i m s n a r T % 76 1 . 3 9 3 1 74 72 1 5 0 1 . 70 68 8 4 7 6 . (a) 4000 3500 3000 2500 Wavenumbers (cm-1) 2000 1500 1000 86 Carbon Active 74 84 2 7 8 3 0 2 3 7 3 . 9 7 4 6 3 . 82 6 2 9 3 1 . 5 9 7 3 0 . 3 9 8 2 80 78 e c n a 3 . 5 8 6 1 t t i m s n a r T % 76 74 72 70 68 66 0 8 6 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 (b) Wavenumbers (cm-1) 82 Carbon Active No. 76 80 78 76 74 e c n a t t i m s n a r T % 72 70 4 . 2 1 4 1 68 66 64 62 9 8 7 . 0 7 6 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) (c) Gambar 22. Spektrum FTIR AC-S 16%(a), 33%(b), 50% (c) Spektrum FTIR pada Gambar 23 (a), (b), dan (c) adalah spektrum karbon aktif yang telah dimodifikasi dengan penambahan CuCl2.H2O dan Sulfur. Dibandingkan karbon aktif yang hanya diimpregnasi sulfur, jumlah peak yang dihasilkan pada pengujian ini relatif lebih bervariasi. Spektrum FTIR pada Gambar 23 (b), dan (c) memiliki variasi gugus yang lebih beragam dibandingkan spektrum pada gambar 23.(a). Puncak adsorben pada bilangan gelombang 3007 cm-1 dan 1668,3 cm-1 menunjukkan adanya gugus fungsi C-H dan C=O dan puncak karakteristik adsorbsi 671,4 cm-1 menunjukkan adanya gugus C-S atau Cu-S hasil modifikasi. Gugus fungsi aldehid C-H pada karbon aktif (b) dan (c) juga ditunjukkan dengan adanya bilangan gelombang 2900 - 3000 cm-1. 63
Pada Gambar 23 (b) dan Gambar 23 (c), terdapat puncak adsorbsi dengan intensitas yang lebih tinggi muncul pada bilangan gelombang 1068,5 cm-1 dan 1034,8 cm-1 yang mengindikasikan adanya gugus fungsi alkoxy C-O atau gugus thiocarbonyl(C=S) dan adanya senyawa halogen seperti Cl atau sulfat pada bilangan gelombang 1389,6 - 1395,1 cm-1. (a) Carbon Active 78 88 87 86 85 0 0 5 9 3 . 0 7 7 8 3 . 4 7 9 7 3 . 1 2 7 6 3 . 8 2 3 7 3 . 8 9 4 6 3 . 8 9 8 5 3 . 3 0 9 9 2 . 6 1 0 9 2 . 7 3 8 4 2 . e c n a t t i m s n a r T % 84 83 82 7 9 5 9 2 . 5 6 9 6 1 . 1 5 9 3 1 . 81 80 8 4 3 0 1 . 79 78 5 8 6 0 1 . 77 0 . 4 7 6 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) (b) (c) Gambar 23. Spektrum FTIR Karbon Aktif AC-Cu 13%S (a), 20%S(b), 33 %S (c) Berbeda dengan Gambar 23 (a), (b), dan (c), spektrum FTIR pada Gambar 24 merupakan modifikasi karbon aktif dengan penambahan larutan CuCl2. Hampir sama dengan hasil modifikasi sebelumnya, puncak yang muncul pada Gambar 24 mengindikasikan adanya gugus C=S atau S=O 64
pada bilangan gelombang 1064,9 cm-1 dan gugus fungsi C-S pada bilangan gelombang 676 cm-1. Gugus fungsi C-H juga diketahui dari puncak pada Panjang gelombang 2800-3000 cm-1. Gugus pada bilangan gelombang 1691 cm-1 menunjukkan adanya gugus C=O 86 Carbon Active 79 85 84 4 6 9 7 3 . 5 2 7 6 3 . 5 3 9 5 3 . 7 4 2 5 3 . 83 2 6 2 6 3 . 9 0 0 9 2 . 5 0 0 4 2 . e c n a 82 81 9 9 4 6 3 . 1 4 6 9 2 . 9 3 8 6 1 . t t i m s n a r T % 80 6 9 8 3 1 . 79 78 77 2 5 6 0 1 . 76 75 0 6 7 6 . 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) Gambar 24. Spektrum FTIR Karbon Aktif yang Dimodifikasi dengan Impregnasi Larutan CuCl2 dan NaS. Gambar 25 (a), (b), (c) dan (d) menggambarkan spekteum FTIR dari sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan ZnCl2. Puncak pada bilangan gelombang sekitar 718,9 cm-1 mengindikasikan adanya ikatan Zn-Cl dalam karbon aktif. Puncak pada bilangan 2980 - 3000 cm-1 muncul dari stretching gugus fungsi C-H(Saka, 2012). Puncak absorpsi 2300-2400 dan 1600-1500cm-1 menunjukkan vibrasi ikatan CΞC. Puncak absorpsi pada bilangan gelombang 1710-1850 menunjukkan gugus Karboksil/karbonil. Sedangkan puncak adsorbsi yang muncul pada bilangan gelombang 1247,7 cm-1, 1247m5 cm-1 dan 1230,2 cm-1 mengindikasikan adanya gugus fungsi alkoxy C-O. 65
97.5 Carbon Active 81 97.0 96.5 96.0 95.5 95.0 9 8 1 7 . e c n a t t i 94.5 94.0 5 5 7 7 1 . 1 3 4 5 1 . 7 0 0 4 1 . 7 7 4 2 1 . m s n a r T % 93.5 93.0 2 4 4 3 2 . 8 8 6 2 2 . 92.5 92.0 9 3 0 4 2 . 0 4 6 0 1 . 91.5 91.0 90.5 90.0 89.5 5 0 5 9 3 . 9 4 8 8 3 . 0 3 0 8 3 . 9 9 4 7 3 . 4 0 3 7 3 . 8 6 2 6 3 . 9 4 2 5 3 . 4 4 8 9 2 . 6 3 0 9 2 . 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) (a) Carbon Active 82 93.5 93.0 92.5 92.0 91.5 e c n a t t i 91.0 90.5 8 . 7 4 7 1 0 . 8 5 4 1 5 7 4 2 1 . 1 7 8 m s n a r T % 90.0 4 . 7 0 4 2 8 . 4 1 2 2 2 8 1 5 1 . 8 8 9 3 1 . . 4 9 8 89.5 89.0 7 2 4 5 1 88.5 88.0 6 9 4 9 3 . . 4 7 8 3 0 4 4 7 3 . 8 4 2 5 3 . . 6 6 0 1 87.5 3 5 6 3 7 87.0 . 1 0 8 3 3 . 2 8 9 2 . 2 0 9 2 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) (b) 72 Carbon Active 83 71 70 4 6 7 6 3 . 0 8 7 3 2 . 4 7 4 7 1 . 69 e c n a 68 3 9 9 3 1 . 3 9 2 2 1 . t t i m s n a r T % 67 66 1 0 8 9 2 . 1 2 0 9 2 . 5 . 7 6 8 2 9 6 65 64 63 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) (c) Carbon Activ e 84 80 79 78 77 9 5 6 3 76 75 e c n a t t i m s n a r T % 74 73 72 0 8 7 9 2 . 1 2 0 9 2 . 6 8 9 3 1 . 2 . 0 3 2 1 71 70 9 . 2 7 8 69 68 4 7 6 67 66 65 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) (d) Gambar 25. Spektrum FTIR Karbon Aktif yang Dimodifikasi dengan Penambahan ZnCl2 6% (a), 7% (b), 8% (c), 9% (d) 66
SEM-EDX Analisisi morfologi pori dari karbon aktif dan karbon aktif termodifikasi dilakukan menggunakan SEM-EDX. Karakterisasi ini dilakukan menggunakan SEM tipe JSM-6390-LA C.8.3.1 Karbon Aktif Gambar 26 menunjukkan hasil analisis SEM terhadap sampel karbon aktif yang belum dimodifikasi dengan perbesaran x75 dan x500. Kenampakan SEM secara umum menunjukkan butiran-butiran pada perconto serbuk dengan rentang ukuran butir 270 - 570 µm, tingkat kebundaran butiran menyudut hingga membundar tanggung dengan pemilahan sedang - baik. Sedangkan gambar SEM dengan perbesaran x500 menunjukkan bentuk yang menyudut tanggung serta morfologi dalam beberapa tekstur seperti ruas-ruas bambu dan bergelombang. Terdapat pori dengan bentuk dan ukuran bervariasi dari 1 µm sampai 15 µm. Komposisi yang menyusun butiran sampel karbon aktif ini (selain karbon) adalah Kalium (K) dengan kenampakan peak yang relatif kecil pada spektrum EDX pada gambar 26. (a) Analisis SEM pada perbesaran x75 (b) Analisis SEM pada perbesaran x500 Gambar 26. Hasil Analisis SEM pada Sampel Karbon Aktif Sebelum Modifikasi 67
D12 6400 5600 4800 4000 s t n u o C 3200 2400 1600 800 K K 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 16.98 K K 3.312 83.02 153.56 100.00 K2O 100.00 48.00 100.0000 Total 100.00 100.00 100.00 48.00 Gambar 27. Hasil Analisis EDX pada Sampel Karbon Aktif Sebelum Modifikasi C.8.3.2 Karbon Aktif termodifikasi dengan Sulfur Gambar 28 menunjukkan hasil analisis SEM pada perbesaran x500 terhadap sampel karbon aktif dengan variasi penambahan sulfur. Hasil tersebut menunjukkan bahwa peningkatan kandungan sulfur menyebabkan peningkatan ukuran butir dan kerapatan pori-pori rongga, seperti yang dirinci pada Tabel 18. Penambahan sulfur:karbon aktif sebanyak 3,3:10 menghasilkan bentuk butir menyudut tanggung dan morfologi berupa serat kayu dengan pori-pori rongga yang cukup rapat. Penambahan Sulfur:karbon aktif sebanyak 6,6:10 menghasilkan butiran dengan bentuk menyudut tanggung dan morfologi tidak teratur, permukaan butiran juga cenderung banyak pengotor dan beberapa menutupi pori. Sedangkan penambahan Sulfur: karbon aktif sebanyak 10:10 menghasilkan butiran dengan bentuk menyudut tanggung dan morfologi seperti serat kayu 68
dengan jarak antar pori memiliki kerapatan yang cukup tinggi dan merata (relatif sama besar). Hasil analisis EDX ditunjukkan pada Gambar 29. Elemen yang terdeteksi dalam sampel adalah elemen O dan S. Jumlah elemen Sulfur yang terdeteksi dalam 3 sampel karbon aktif tersebut adalah sama, yaitu sebanyak 40,05%. (a) Penambahan S : Karbon Aktif 16% (b) Penambahan S : Karbon Aktif 33% (c) Penambahan S : Karbon Aktif 50% Gambar 28. Hasil Analisis SEM terhadap Sampel Karbon Aktif dengan Penambahan Sulfur 69
(a) Penambahan S : Karbon Aktif16% (b) Penambahan S : Karbon Aktif 33% 1 2 3000 2000 2700 2400 S 1800 S 1600 2100 1400 s t n u o C 1800 1500 s t n u o C 1200 1000 1200 800 900 600 600 S 400 S 300 200 0 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 keV keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 59.95 S K 2.307 40.05 0.88 100.00 SO3 100.00 8.00 100.0000 O 59.95 S K 2.307 40.05 1.03 100.00 SO3 100.00 8.00 100.0000 Total 100.00 100.00 100.00 8.00 Total 100.00 100.00 100.00 8.00 (c) Penambahan S : Karbon Aktif 50% 3 3000 2700 S 2400 2100 s t n u o C 1800 1500 1200 900 600 S 300 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 59.95 S K 2.307 40.05 1.22 100.00 SO3 100.00 8.00 100.0000 Total 100.00 100.00 100.00 8.00 Gambar 29. Hasil Analisis EDX terhadap Sampel Karbon Aktif dengan penambahan Sulfur 70 10.00
Tabel 18. Rincian Hasil Analisis SEM-EDX pada sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan Sulfur No. Perbandingan jumlah S terhadap Karbon Aktif Rentang Ukuran Butir Kerapatan pori- pori rongga Persentase Sulfur dalam butiran 1. 16% S 250 - 550 µm 1 µm - 6.5 µm 40,05 % 2. 33%S 220 - 610 µm 0.5 µm - 8 µm 40,05% 3. 50% S 270 - 550 µm 0.5 µm - 13 µm 40,05% Dari tabel 18, diketahui bahwa seluruh adsorben AC-S yang dibuat memiliki persentase sulfur di permukaan yang sama, meskipun terjadi penambahan berat adsorben karena sulfur. Karena luas permukaan struktur mikro karbon aktif turun seiring peningkatan impregnasi sulfur, maka bisa disimpulkan bahwa sulfur terimpregnasi pada struktur pori mikro karbon aktif menyebabkan turunnya luas permukaan pori mikro karbon aktif. C.8.3.3 Karbon Aktif termodifikasi dengan S dan Cu (II) Gambar 30 menunjukkan hasil analisis morfologi menggunakan SEM terhadap sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan CuCl2.2H2O dan variasi jumlah Sulfur dalam 25 gr Karbon Aktif, yaitu 0,9 gr Sulfur, 1,5 gr Sulfur dan 3,0 gr Sulfur. Hasil analisis morfologi SEM tersebut diperoleh pada perbesaran x500. Sedangkan hasil analisis EDX terhadap sampel tersebut ditunjukkan pada Gambar 31 dengan rincian seperti yang ditunjukkan pada Tabel 19. Bentuk pori sampel dengan penambahan sulfur 0,9 gr adalah menyudut tanggung dan morfologi seperti batang berpori dengan permukaan yang rata. Penambahan Sufur menjadi 1,5 gr menghasilkan pori dengan bentuk menyudut dan morfologi tidak teratur (bergelombang) dengan jumlah relatif kecil berukuran 0.5 µm sampai 5 µm. Ditemukan banyak agregat halus (seperti pengotor) pada permukaan butiran sampel ini bahkan sebagian pengotor menutupi pori. Penambahan Sulfur sebanyak 71
3 gram menghasilkan morfologi dengan bentuk pori menyudut dan morfologi tidak merata (bergelombang) dengan pori-pori didalamnya berukuran bervariasi dari 1 µm sampai 15 µm. Peningkatan jumlah sulfur yang ditambahkan dalam sampel mengakibatkan rentang ukuran butir yang semakin lebar dan rentang ukuran rongga pori yang semakin kecil dan kerapatan pori yang lebih tinggi. Berdasarkan hasil analisis EDX, persentasi jumlah Cu dan S dalam setiap butiran bervariasi. Penambahan Sulfur 0,9 gr menyebabkan adanya Sulfur yang terikat dalam sampel sebanyak 30,95% - 36,87% dan Cu sebanyak 6,34% - 18,14%. Penambahan jumlah sulfur yang ditambahkan menjadi 1,5 gr tidak menyebabkan peningkatan jumlah S dalam sampel, namun ditemukan adanya peningkatan jumlah Cu menjadi 8,94% - 44,38%. Penambahan jumlah S selanjutnya menjadi 3 gr juga tidak menyebabkan adanya peningkatan jumlah S secara signifikan, namun ditemukan adanya penurunan jumlah Cu yang cukup signifikan menjadi 3.16% - 11.24%. Tabel 19. Rincian Hasil Analisis SEM-EDX pada Sampel Karbon Aktif yang Dimodifikasi dengan Penambahan CuCl2.2H2O dan Sulfur No. Penambahan Jumlah S dalam 25 gr Karbon Aktif dan 3,4 gr CuCl2.2H2O Rentang Ukuran Butir Ukuran rongga pori Persentase Sulfur dan Cu dalam butiran 1. 2. 3. 0,9 Sulfur 1,5 Sulfur 3,0 Sulfur 280-470 µm 240 - 520 µm 240 - 540 µm 1 µm - 37 µm 0.5 µm - 5 µm 1 µm - 15 µm Tembaga (Cu) : 6.34% - 18.14% Sulfur (S) : 30.95% - 36.87% Tembaga (Cu) : 8.94% - 44.38% Sulfur (S) : 17.80% - 35.57% Tembaga (Cu) : 3.16% - 11.24% Sulfur (S) : 34.41% - 38.47% 72
(a) Penambahan Sulfur 0,9 gr (b) Penambahan Sulfur 1,5 gr (c) Penambahan Sulfur 3,0 gr Gambar 30. Hasil Analisis SEM terhadap Sampel Karbon Aktif dengan Penambahan CuCl2.2H2O dan Sulfur 73
(a) Penambahan Sulfur 0,9 gr (b) Penambahan Sulfur 1,5 gr 4 5 1000 2400 900 S 2200 2000 S 800 1800 700 1600 s t n u o C 600 500 s t n u o C 1400 1200 400 1000 300 800 600 Cu 200 100 Cu Cu S Cu Cu 400 200 Cu S Cu Cu 0 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 keV keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 52.77 S K 2.307 32.83 1.04 81.87 SO3 81.97 7.45 73.1573 Cu K 8.040 14.40 4.22 18.13 CuO 18.03 1.65 26.8427 O 52.90 S K 2.307 32.96 1.53 82.20 SO3 82.30 7.46 73.6279 Cu K 8.040 14.14 6.21 17.80 CuO 17.70 1.62 26.3721 Total 100.00 100.00 100.00 9.10 Total 100.00 100.00 100.00 9.08 (c) Penambahan Sulfur 3,0 gr 4000 6 3600 3200 S 2800 2400 s t n u o C 2000 1600 1200 800 400 Cu Cu S Cu Cu 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 55.09 S K 2.307 35.16 0.76 87.72 SO3 87.79 7.64 81.6100 Cu K 8.040 9.75 3.16 12.28 CuO 12.21 1.07 18.3900 Total 100.00 100.00 100.00 8.71 Gambar 31. Hasil Analisis EDX terhadap Sampel Karbon Aktif dengan Penambahan CuCl2.2H2O dan Sulfur Karbon Aktif termodifikasi dengan S dan Cu (I) Analisis SEM dan EDX sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan CuCl2 dan Na2S ditunjukkan pada Gambar 32 (a) dan (b). Morfologi sampel pada perbesaran x75 yang ditunjukkan pada Gambar 32(a) secara umum menunjukkan butiran-butiran pada perconto serbuk dengan rentang ukuran butir 260 - 700 µm, tingkat kebundaran butiran menyudut hingga membundar tanggung dengan pemilahan sedang - baik. Sedangkan morfologi sampel pada perbesaran x500 menunjukkan bentuk 74 10.00
menyudut tanggung dan morfologi seperti serat kayu berpori. dengan berukuran 0.5 µm - 13 µm. Hampir sebagian pori ditutupi oleh agregat halus. Berdasarkan hasil análisis EDX yang ditunjukkan pada Gambar 33 (b), komposiso utama butiran tersebut adalah Tembaga (Cu) dengan persentase 46.65% - 50.88% dan Sulfur (S) dengan persentase 14.54% - 16.66%. (a) Perbesaran x75 (b) Perbesaran x100 Gambar 32. Hasil analisis SEM pada sampel karbon aktif dengan Penambahan CuCl2 dan Na2S 1300 7 1200 1100 1000 900 800 s t n u o C 700 600 500 400 300 200 100 Cu Cu S S Cu Cu 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 36.35 S K 2.307 16.32 6.31 40.59 SO3 40.75 5.38 25.5949 Cu K 8.040 47.33 21.41 59.41 CuO 59.25 7.87 74.4051 Total 100.00 100.00 100.00 13.25 Gambar 33 Hasil Analisis EDX terhadap sampel karbon aktif dengan penambahan CuCl2 dan Na2S 75
Karbon Aktif termodifikasi dengan ZnCl2 Hasil analisis SEM dan EDX terhadap sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan ZnCl2 pada perbesaran x500 ditunjukkan pada Gambar 34 dan Gambar 35 dengan rincian seperti yang tertera pada Tabel 20. (a) Penambahan 6% ZnCl2 (b) Penambahan 7% ZnCl2 (c) Penambahan 8% ZnCl2 (d) Penambahan 9% ZnCl2 Gambar 34. Hasil Analisis SEM terhadap sampel karbon aktif dengan penambahan ZnCl2 Berdasarkan hasil analisis morfologi menggunakan SEM, penambahan ZnCl2 dalam jumlah yang lebih banyak menghasilkan rentang ukuran butir dalam sampel semakin besar. Penambahan 6% ZnCl2 menghasilkan ukuran butiran dengan rentang 250 - 550 µm dan penambahan 9% ZnCl2 menghasilkan ukuran butiran dengan rentang 220 - 525 µm. Begitu juga dengan ukuran rongga pori dalam butiran pada perbesaran x500, semakin banyak ZnCl2 yang ditambahkan, semakin besar ukuran rongga porinya. Secara umum, penambahan ZnCl2 dengan jumlah 76
yang berbeda menghasilkan bentuk pori yang serupa, yaitu membundar tanggung dan morfologi yang tidak merata atau bergelombang. Banyak ditemukan material halus pada permukaan butiran, dimana pada beberapa tempat terlihat seperti menutupi pori. Pori butiran dengan penambahan ZnCl2 8% terlihat sedikit rapuh. (a) Penambahan 6% ZnCl2 (b) Penambahan 7% ZnCl2 82 81 3000 2400 2700 2200 2400 2000 1800 2100 1600 s t n u o C 1800 1500 s t n u o C 1400 1200 Cl 1200 900 Cl 1000 800 Zn 600 300 Zn Zn Cl Zn Zn 600 400 200 Zn Cl Zn 0 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 keV keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 9.60 Cl K 2.621 51.20 1.88 70.65 Cl 51.20 0.00 58.7505 Zn K 8.630 39.21 19.99 29.35 ZnO 48.80 24.00 41.2495 O 10.25 Cl K 2.621 47.86 3.28 67.81 Cl 47.86 0.00 55.1407 Zn K 8.630 41.89 34.34 32.19 ZnO 52.14 24.00 44.8593 Total 100.00 100.00 100.00 24.00 Total 100.00 100.00 100.00 24.00 (c) Penambahan 8% ZnCl2 (d) Penambahan 9% ZnCl2 84 83 2000 640 1800 Zn 560 1600 1400 Cl 480 Cl s t n u o C 1200 1000 s t n u o C 400 320 800 240 600 400 200 Zn Cl Zn Zn 160 80 Zn Zn Cl Zn Zn 0 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 keV keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K ZAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Element (keV) mass% Error% Mol% Compound mass% Cation K O 12.46 Cl K 2.621 36.61 0.98 57.00 Cl 36.61 0.00 42.4982 Zn K 8.630 50.93 9.80 43.00 ZnO 63.39 24.00 57.5018 O 13.64 Cl K 2.621 30.60 0.55 50.30 Cl 30.60 0.00 35.5334 Zn K 8.630 55.75 5.37 49.70 ZnO 69.40 24.00 64.4666 Total 100.00 100.00 100.00 24.00 Total 100.00 100.00 100.00 24.00 Gambar 35. Hasil Analisis EDX terhadap sampel karbon aktif dengan penambahan ZnCl2 Berdasarkan hasil analisis EDX, ditemukan adanya variasi jumlah Zn dan Cl dalam sampel. Semakin besar penambahan ZnCl2, semakin besar 77 Zn 10.00 10.00
persentase elemen Zn dan semakin kecil persentase elemen Cl yang ditemukan dalam sampel, namun perubahannya tidak signifikan. Tabel 20. Rincian Hasil Analisis SEM-EDX pada sampel karbon aktif yang dimodifikasi dengan penambahan ZnCl2 Penambahan Jumlah ZnCl2 Rentang Ukuran Butir Ukuran rongga pori Persentase Zn dan Cl dalam butiran 6% 250 - 550 µm 0.7 µm sampai 7.5 µm Seng (Zn) : 39.21% - 44.20% Klorin (Cl) : 44.98% - 51.20% 7% 250 - 470 µm 0.5 µm sampai 20 µm Seng (Zn) : 40.43% - 46.84% Klorin (Cl) : 41.70% - 49.68% 8% 300 - 550 µm 1 µm sampai 10 µm Seng (Zn) : 43.07% - 50.93% Klorin (Cl) : 36.61% - 46.39% 9% 220 - 525 µm 1 µm sampai 23 µm Seng (Zn) : 41.28% - 55.75% Klorin (Cl) : 30.60% - 48.62% D Analisis dan Evaluasi D.1 Rancang Bangun Alat Uji Kapasitas Adsorben Alat uji kapasitas adsorpsi Hg yang dibuat dapat menjenuhkan gas dengan merkuri dan fraksi berat. Konsentrasi merkuri yang dihasilkan bervariasi. Pada suhu saturasi merkuri 40oC, konsentrasi merkuri yang dihasilkan bervariasi dari 4 -10 mg Hg/m3. Seharusnya, pada suhu saturasi 40oC, konsentrasi merkuri dalam gas bumi adalah 23 mg/m3 pada tekanan 40 psig dan suhu 40oC. Konsentrasi merkuri yang bervariasi juga mempengaruhi pengujian kapasitas yang dihasilkan, terutama pada pengujian adsorben yang kapasitas adsorpsinya rendah. Adsorben dengan kapasitas rendah akan langsung jenuh bila dialirkan gas dengan konsentrasi Hg mencapai 10 mg/m3. Pengaruh konsentrasi gas tidak terlalu besar untuk adsorben yang memiliki kapasitas yang besar. Karena fluktuasi terjadi di semua pengujian kapasitas adsorpsi, maka pengaruh ini diabaikan pada saat perhitungan kapasitas adsorpsi. Dapat disimpulkan bahwa gas yang dihasilkan belum jenuh merkuri dan kurang stabil konsentrasinya. Kondisi tersebut dapat disebabkan oleh : 78
a. Suhu ambien yang bervariasi selama 24 jam pengujian sehingga gas yang mengalir ke saturator merkuri menguapkan merkuri dengan laju yang berbeda-beda. Suhu ambien pada gas menyebabkan gas tidak memiliki energi dan waktu yang cukup untuk menguapkan merkuri ke konsentrasi jenuhnya. b. Ketika penggantian adsorben, aliran gas yang berada dalam vessel yang mengandung merkuri terhenti, menyebabkan merkuri menguap dan menaikkan konsentrasinya. c. Cairan merkuri sangat mudah bergerak. Ketika penggantian adsorben, terjadi perubahan luas permukaan merkuri yang kontak dengan gas menyebabkan laju penguapan merkuri akan berbeda. Kedepannya, Rancang bangun uji kapasitas adsorpsi dapat diperbaiki dengan cara : a. Meningkatkan suhu inlet gas ke saturator sehingga merkuri memiliki energi lebih besar untuk menguap lebih cepat b. Membuat beberapa tahap saturasi merkuri dari sebelumnya hanya tahap c. Menggunakan pressure gauge yang lebih kecil untuk akurasi pengaturan tekanan lebih baik. Sebelumnya digunakan pressure gauge 250 psig untuk menset tekanan uji 40±2 psig psig. Untuk selanjutnya, dapat digunakan pressure gauge dengan tekanan 50 psig dengan set tekanan 40±0.4 psig. D.2 Hasil Uji Kapasitas Adsorpsi Merkuri dengan Saturasi Pentana/Heksana Telah dilakukan penelitian kapasitas adsorpsi adsorben merkuri komersial yang dibuat dari impregnasi karbon aktif dengan sulfur. Pada tabel 21, kapasitas adsorpsi maksimum karbon aktif komersial yang telah diuji pada penelitian lain adalah 18mg Hg/g. Meskipun hasil penelitian tersebut tidak menjelaskan secara detail bagaimana proses uji kapasitas dilakukan, namun sebagian kecil data yang disampaikan cukup dapat menggambarkan bahwa penelitian yang dilakukan saat ini memiliki 79
kapasitas yang setara dibandingkan karbon aktif komersial seperti dijelaskan pada lampiran 9. Pada penelitian ini, kapasitas karbon aktif rata- rata mencapai 50 mg Hg/g adsorben. Dibandingkan uji coba kapasitas yang dilakukan penelitian lain, adsorben yang dibuat dan diuji pada penelitian ini memiliki keunggulan sebagai berikut: a. Diuji dengan gas alam yang ditambahkan hidrkarbon berat dan air yang sesuai dengan kondisi lapangan sehingga kaapsitas lebih menggambarkan kondisi lapangan. Pada penelitian lain, pengujian kapasitas adsorpsi menggunakan gas Nitrogen. b. kadar sulfur yang lebih kecil, 5-10% lebih rendah dibandingkan karbon aktif komersial meminimalkan kontaminasi sulfur ke bagian hilir unit adsorpsi merkuri Tabel 21. Kapasitas Adsorpsi Karbon Aktif Komersial yang Diuji Skala Laboratorium Parameter Uji AC-S UOP Carbon HGR- S HGR (10- 15% S) BPL-S- 4/1-600 Kapasitas (mg Hg/g) 50.9 2.31 2.41 18 2.3 BET (m2/g) 510.3 868 573 820 %S 5% 1.7% 12.3% 10-15% 10-10.2% Particle size(mm) 0.177-0.25 Powder 0.5-1.6 mm powder 0.177- 0.25 Berat Uji Kapasitas(gram) 0.1 0.1 1 0.05 0.1 Laju Alir (L/h) 55 (Gas Alam + Air + C5/C6) N2 300 (Gas Alam) 90 (N2) 60( N2) C in(ug/m3) 4000- 10000 36 160 55 Waktu kontak 0.11s 0.035 s Kecepatan alir 6.9 cm/s Breakthrough 1000 ug/m3 100% 100% 100% 80
Parameter Uji AC-S UOP Carbon HGR- S HGR (10- 15% S) BPL-S- 4/1-600 Penelitian ini (Reddy, Shoaibi, & Srinivasa kannan, 2018) (Chemrak, Benderdouc he, Bestani, Benallou, & Cagnon, 2018) (S. H. Lee & Park, 2003) (Liu, Vidic, & Brown, 2000) Hasil dari penelitian adsorben karbon aktif diimpregnasi sulfur lainnya yang diuji skala lab dipaparkan pada lampiran 8. Dari penelitian tersebut, kapasitas adsorpsi terbesar adalah 25 mg Hg/g Adsorben(S. H. Lee & Park, 2003) . Dibandingkan penelitian ini, penelitian yang dilakukan oleh Lee & Park(2003) menggunakan jumlah adsorben lebih sedikit, laju alir lebih besar, dan konsentrasi merkuri yang lebih rendah sehingga jika diuji dengan kondisi pengujian saat ini, kapasitas adsorpsi tidak berbeda signifikan. Sano et al.(2017) membuat dan menguji karbon aktif yang diimpregnasi Sulfur dan didapatkan kapasitas adsorpsi mencapai 21 mg Hg/gram karbon aktif dengan waktu kontak yang lebih lambat 20 kali, karbon aktif yang diuji lebih banyak 20 kali. Karena tidak ada informasi mengenai ukuran partikel adsorben yang diuji, luas permukaan karbon aktif mencapai 1444 m2/g umumnya didapat dengan ukuran partikel dengan mesh yang lebih besar dari 80. Mempertimbangkan hal tersebut, maka dapat karbon aktif yang diimpregnasi sulfur 16% memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih baik dibandingkan karbon aktif yang dikembangkan oleh Sano et al.(2003). Dari hasil uji kapasitas adsorpsi, karbon aktif AC-CuS yang diimpregnasi dalam larutan CuS dan NaS memiliki kapasitas adsorpsi 2.5- 27.1 mg Hg/ g adsorben(rata-rata 12.1 mg Hg/g). Meskipun tidak dapat dibandingkan karena informasi metode uji kapasitas yang tidak lengkap, kapasitas adsorpsi pada penelitian ini lebih baik dibandingkan penelitian adsorben karbon aktif yang diimpregnasi logam sulfida yang lain(Reddy, Shoaibi, & Srinivasakannan, 2018; Suresh Kumar Reddy, Alshoaibi, & Srinivasakannan, 2015). Detail data pengujian dipaparkan pada lampiran 9. Kedua penelitian tersebut diatas menggunakan karbon aktif dengan surface 81
area lebih besar dari 1000 m2/g, maka ukuran partikel yang diuji pada kedua penelitian tersebut lebih besar dari 80 mesh. Selain itu, kedua penelitian tersebut menguji kapasitas pada suhu 50-140oC, lebih besar dibandingkan penelitian saat ini. Seperti diketahui, peningkatan suhu uji akan meningkatkan kapasitas adsorpsi adsorben. Penelitian lain yang melakukan impregnasi dengan larutan ZnCl2 5% hanya mendapatkan kapasitas 0.9 mg Hg/g Adsorben(Zeng, Jin, & Guo, 2004). Prosedur pembuatan karbon aktif pada penelitian Zeng et al, 2004, sama dengan yang dilakukan saat ini, sehingga kapasitas adsorpsi karbon aktif yang dihasilkan pada penelitian ini masih lebih baik dibandingkan penelitian sebelumnya. 82
BAB III PENUTUP A Kesimpulan Telah dilakukan penelitian untuk membuat adsorben karbon aktif merkuri dalam gas bumi dengan tahapan : a. Desain dan pembuatan alat uji kinerja adsorben yang dapat menghasilkan gas dengan konsentrasi merkuri hingga 10 mg Hg/m3 dan suhu saturasi air dan hidrokarbon 15oC, 25oC, 30oC, dan 40oC serta mengukur volume gas yang mengalir, konsentrasi merkuri inlet dan outlet adsorben b. Screening, pembuatan dan optimasi metode pembuatan adsorben karbon aktif AC-S, AC-CuS, dan AC-ZnCl2 c. Uji kinerja adsorben dengan gas yang dijenuhkan hidrokarbon berat dan air pada suhu 15oC, 25oC, 30oC, dan 40oC, tekanan gas 40 psig, dan laju alir 55 L/jam. d. Uji Karakterisasi SEM-EDX, BET, dan FTIR Dari tahapan diatas, didapatkan bahwa 2 metode impregnasi adsorben yang menghasilkan kapasits adsorpsi terbaik adalah dengan impregnasi karbon aktif lokal menggunakan: a. Sulfur pada suhu 525oC selama 1 jam dengan rasio Karbon:sulfur 1:3 dengan kapasitas adsorpsi rata-rata 50.9 mg Hg/g Adsorben b. Larutan 100 ml larutan CuCl2 34 g/L dilanjutkan dengan impregnasi sulfur 1:4 dengan kapasitas adsorpsi rata-rata 30.4 mg/g Adsorben B Saran a. Pada saat scale up, sebaiknya dilakukan uji untuk memastikan sulfur tidak terbawa aliran gas dan mengkontaminasi sistem setelah adsorben merkuri b. Perlu peningkatan kemampuan alat uji kinerja sebagai berikut: 83
1) Perbaikan sistem saturasi gas dengan merkuri, air, dan hidrokarbon berat yang relatif stabil sehingga meningkatkan akurasi pengujian 2) Peningkatan tekanan uji kinerja adsorben dari 40 menjadi 500- 1000 psig agar didapatkan kondisi uji yang lebih representative 3) Upscale sistem uji kinerja agar dapat mengakomodir pengingkatan skala pengujian dari 0.1 gram menjadi 50-200 gram adsorben 84
DAFTAR PUSTAKA Axens. (2015). Axens Blog | How to remove Mercury from extracted natural from gas? from-extracted-natural-gas/ Axens Blog. Retrieved October 31, 2020, Boschee, P. (2013). Advancements in the Removal of Mercury From Crude Oil. Applied Energy, 55(3-4), 271-284. 2619(96)90042-2 Brennan, J. K., Thomson, K. T., & Gubbins, K. E. (2002). Adsorption of water in activated carbons: Effects of pore blocking and connectivity. Langmuir, 18(14), 5438-5447. Chalkidis, A., Jampaiah, D., Hartley, P. G., Sabri, Y. M., & Bhargava, S. K. (2020, January 15). Mercury in natural gas streams: A review of materials and processes for abatement and remediation. Journal of Hazardous 382. Materials, Vol. Chemrak, M. A., Benderdouche, N., Bestani, B., Benallou, M. B., & Cagnon, B. (2018). Removal of mercury from natural gas by a new activated adsorbent from olive stones. Canadian Journal of Chemical Engineering, 96(1), 241-249. Duan, X. L., Yuan, C. G., Jing, T. T., & Yuan, X. D. (2019). Removal of elemental mercury using large surface area micro-porous corn cob activated carbon by zinc chloride activation. Fuel, 239(August 2018), 830-840. Feng, W., Borguet, E., & Vidic, R. D. (2006a). Sulfurization of a carbon surface for vapor phase mercury removal - II: Sulfur forms and mercury 2998-3004. uptake. Carbon, 44(14), Feng, W., Borguet, E., & Vidic, R. D. (2006b). Sulfurization of a carbon surface for vapor phase mercury removal - II: Sulfur forms and mercury uptake. 2998-3004. Carbon, 44(14), Gas Processors Suppliers Association. (2012). GPSA Databook 13th Edition (13th ed.). Granite, E. J., Pennline, H. W., & Hargis, R. A. (2000). Novel sorbents for mercury removal from flue gas. Industrial and Engineering Chemistry Research, 39(4), 1020-1029. Hampton, C., Demoin, D., & Glaser, R. E. (2010). VIBRATIONAL SPECTROSCOPY TUTORIAL: SULFUR AND PHOSPHORUS Organic Spectroscopy. Hsi, Hsing Cheng, Rood, M. J., Rostam-Abadi, M., Chen, S., & Chang, R. 85
(2001). Effects of sulfur impregnation temperature on the properties and mercury adsorption capacities of activated carbon fibers (ACFs). Environmental Science and Technology, 35(13), 2785-2791. Hsi, Hsing Chengi, Tsai, C. Y., Kuo, T. H., & Chiang, C. S. (2011). from Development of biohydrogen-generation sulfur impregnation. Bioresource Technology, 102(16), 7470-7477. low-concentration mercury adsorbents agricultural residues using Hsi, N. C., Rood, M. J., Rostam-Abadi, M., Chen, S., & Chang, R. (2002). Mercury adsorption properties of sulfur-impregnated adsorbents. Journal of Environmental Engineering, 128(11), 1080-1089. Jang, H., Back, S., Sung, J., Jeong, B., Kang, Y., Lee, C., ... Seo, Y. (2017). Adsorption and kinetics of elemental mercury vapor on activated carbons impregnated with potassium iodide , hydrogen chloride , and sulfur. 34(3), 806-813. Jang, H. N., Back, S. K., Sung, J. H., Jeong, B. M., Kang, Y. S., Lee, C. K., ... Seo, Y. C. (2017a). Adsorption and kinetics of elemental mercury vapor on activated carbons impregnated with potassium iodide, hydrogen chloride, and sulfur. Korean Journal of Chemical Engineering, 34(3), 806-813. 0305-1 Jang, H. N., Back, S. K., Sung, J. H., Jeong, B. M., Kang, Y. S., Lee, C. K., ... Seo, Y. C. (2017b). Adsorption and kinetics of elemental mercury vapor on activated carbons impregnated with potassium iodide, hydrogen chloride, and sulfur. Korean Journal of Chemical Engineering, 34(3), 806-813. 0305-1 Korpiel, J. A., & Vidic, R. D. (1997). Effect of sulfur impregnation method on activated carbon uptake of gas- phase mercury. Environmental Science 2319-2325. and Technology, 31(8), Kwon, S., & Vidic, R. D. (2000). Evaluation of two sulfur impregnation methods on activated carbon and bentonite for the production of elemental mercury sorbents. In Environmental Engineering Science (Vol. 17). Lee, S. H., & Park, Y. O. (2003). Gas-phase mercury removal by carbon- based sorbents. Fuel Processing Technology, 84(1-3), 197-206. Lee, S. J., Seo, Y. C., Jurng, J., & Lee, T. G. (2004). Removal of gas-phase elemental mercury by iodine- and chlorine-impregnated activated 4887-4893. Environment, carbons. Atmospheric 38(29), 86
Liu, W., Vidic, R. D., & Brown, T. D. (2000). Optimization of high temperature sulfur impregnation on activated carbon for permanent sequestration of elemental mercury vapors. Environmental Science and Technology, 34(3), 483-488. Liu, W., Vidić, R. D., & Brown, T. D. (1998). Optimization of sulfur impregnation protocol for fixed-bed application of activated carbon- based sorbents for gas-phase mercury removal. Environmental 531-538. and Science Technology, 32(4), Morishige, K., Kawai, T., & Kittaka, S. (2014). Capillary condensation of water in mesoporous carbon. Journal of Physical Chemistry C, 118(9), 4664-4669. Mukamurara, D., Liu, X., Chen, S., Ren, S., Munyemana, J. C., & Zou, J. (2019). Optimization of Fixed-Bed Design for Natural Gas Mercury Removal by Sulfur Doped into Porous Activated Carbon. Journal of Materials Science and Chemical Engineering, Vol. 07, pp. 13-25. Pitaloka, A., & Rosmayati, L. (2011). Optimalisasi Aktivasi Karbon Aktif Tempurung Kelapa Dengan Ragam Suhu Dan Konsentrasi Aktivator ZnCl2. Laporan Skripsi. Reddy, K. S. K., Shoaibi, A. Al, & Srinivasakannan, C. (2018). Mercury removal using metal sulfide porous carbon complex. Process Safety and 153-158. Protection, Environmental 114, Rios, J. A., Coyle, D. A., Durr, C. A., & Frankie, B. M. (1998). Removal of trace mercury contaminants from gas and liquid streams in the LNG and gas processing industry. Proceedings, Annual Convention - Gas Processors Association, 191-196. Saka, C. (2012). BET, TG-DTG, FT-IR, SEM, iodine number analysis and preparation of activated carbon from acorn shell by chemical activation with ZnCl2. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 95(May 2012), 21-24. Sano, A., Takaoka, M., & Shiota, K. (2017). Vapor-phase elemental mercury adsorption by activated carbon co-impregnated with sulfur and chlorine. Chemical 598-607. Engineering Journal, 315, Skodras, G., Diamantopoulou, I., Natas, P., Palladas, A., & Sakellaropoulos, G. P. (2005). Postcombustion measures for cleaner solid fuels combustion: Activated carbons for toxic pollutants removal from flue gases. 2317-2327. Energy and Fuels, 19(6), Skodras, G., Orfanoudaki, T., Kakaras, E., & Sakellaropoulos, G. P. (2002). Production of special activated carbon from lignite for environmental 75-87. purposes. Fuel Processing Technology, 77-78, 87
Suresh Kumar Reddy, K., Alshoaibi, A., & Srinivasakannan, C. (2015). High efficient metal sulphide based porous carbon matrix for mercury removal. Society of Petroleum Engineers - Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference, ADIPEC 2015. Vidic, R. D., Chang, M. T., & Thurnau, R. C. (1998). Kinetics of vapor-phase mercury uptake by virgin and sulfur-impregnated activated carbons. Journal of the Air and Waste Management Association, 48(3), 247- 255. Wang, F., Tan, S., Cao, Y., Wang, D., Wu, J., Luo, F., ... Zhou, M. (2020). Experimental Study on the Influence of Surface Characteristics of Activated Carbon on Mercury Removal in Flue Gas. Energy & Fuels, 34(5), 6168-6177. Zeng, H., Jin, F., & Guo, J. (2004). Removal of elemental mercury from coal combustion flue gas by chloride-impregnated activated carbon. Fuel, 83(1), 143-146. 88
LAMPIRAN Lampiran 1 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi Sulfur 89
Lampiran 2 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi Tembaga- Sulfur, Metode Impregnasi dalam Larutan 90
Lampiran 3 Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi Tembaga-Sulfur (Metode Impregnasi Suhu 500oC) 91
Lampiran 4 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi ZnCl2 92
Lampiran 5 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi HCl 93
Lampiran 6 Foto Pembuatan Karbon Aktif yang Diimpregnasi CS2 94
No 1 2 3 Lampiran 7 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Berbagai Metode Pembuatan Adsorben Merkuri Adsorben Kapasitas (ug Hg/g) Kondisi Properties Prep Particle size Reff Uji Kapasitas WAC- 1000 BET 766 (Wang et al., 2020) DAC-50 (Benzoic acid impregnat ed carbon DAC-100 917 1311.8 100oC BET 473 BET 445 150-200 mesh 60ug Hg/m3,60 mgAC, +1 g Quartz sand, 72 L/h, , Saturated breakthrough time, N2, 100oC, adsorption time 360 min DAC-150 1133 BET 137 S-AC-350 21000 60C %S17.53 %. 30-40 mesh washed, mix sulfur:AC(1:10) in ceramic bowl, put in tubular furnance 350oC with N2 flow 60 ml/min. 20x40 mesh (Mukamur ara et al., 2019) 100 mg, Saturated breakthrough time, N2, no information desired concentration & flow rate, the Hg0 removal efficiency has been calculated considering the same obtained Hg outlet concentration 40 μg/m3 Virgin carbon Sulfur impregnat ed AC 1039 - 528 598-2450 50- >100 oC 50- >100 oC surface area 2355 m2/g S content 12.3% (Reddy et al., 2018) 100 mg Adsorbent, N2 gas, permeation tube, Hg dalam adsorben dianalisa untuk menghitung kapasitasnya, tidak ada info hingga C out berapa uji kapasitas dihentikan 95
No 3 Adsorben UOP Carbon AC-CuS AC-ZnS AC-FeS AC-KI 5% AC-CS2 1% AC-HCl 1% Kapasitas (ug Hg/g) 532-2315 6604- 23015 4423- 18893 3718- 13989 333.3 256.4 333.3 Kondisi Properties 50- >100 oC S content 1.7% 50- >100 oC S content 4.9%, surface area 2244 m2/g 50- >100 oC S content 4.8%, surface area 2215 m2/g 50- >100 oC S content 5.0%, surface area 1064 m2/g, gas matrix N2 80-120 oC BET 317.9 80-120 oC BET 664.5 80-120 oC BET 585.5 Prep 1 g powdered carbon+0.2g MS (25 ml ammonium)- >Sonication 3 h, filtered & dried overnight 96 Particle size Reff (H. N. Jang et al., 2017b) Uji Kapasitas 420 ug/m3, 1 g AC, 1 m3/h
No 4 4A 4 Adsorben AC AC-S AC-Cl AC-Cl-S AC-S-Cl GAC- Olive stone AC HGR- Commerci al Sulfur impregnat ed AC GACS- Sulphur impregnat ed Olive stone AC AC-MS Kapasitas (ug Hg/g) 1200 21000 38000 77000 96000 151 2414 2864 15000 Kondisi Properties 140oC BET 1673 BET 1444, 6.7% S BET 1356 BET 919 BET 832 Room suhu 881 Room suhu 868, 12.3% S Room suhu 1029, 11.7% S 140oC Prep K2S solution in AC SCR 1:4, 600 C, 60ml/min N2 2 h, cooling, wash with 6 mol/L HNO3, 5 h 100 mg AC 97 Particle size 0.5-1.6 mm AC+CuCl2 solution, +drop wise Na2S solution, Reff (Sano et al., 2017) (Chemrak et al., 2018) (Suresh Kumar Reddy et al., 2015) Uji Kapasitas 36 ml/h air, 8 mg/m3 Hg, 2 gram sample, So the space velocity and residence time were 7.96 × 10-3 m·s-1 and 2.51 s. Breakthrough time 0.08 mg/m3 Natural gas, 36 ug/m3, 1 g, 5 L/min, Cout/Cin=1, 10 days test for S impregnated carbon 100 mg Adsorbent, N2 gas, permeation tube, Hg dalam adsorben dianalisa untuk menghitung kapasitasnya, tidak ada info hingga C out berapa uji kapasitas dihentikan
No 4 5 5 6 Adsorben CAC CAC- 300S CAC- 400S CAC- 600S AC-H-S- C(Heating stabel, cooling) Calgon F400- Sulfur impregnat ed RWE active coke AC-ZnCl 5% Kapasitas (ug Hg/g) 119 161 171 105 1100 655 1158 900 Kondisi Properties Prep BET 915 Mixed 1:1 SCR in a 25 oC BET 11.6 BET 328 BET 797 ceramic boat, heated in tubular furnace(300, 400, 650C,3), UHP N2 <50 mL/min, ground to obtain 140- 270 mesh 140oC BET 900- 2000 AC with H2S flow 3000 ppm H2S stream during heating, stabel 600C , cooling 50oC, 360 min 50oC, 360 min BET 310, particle size 20 mg+1 g sand BET 779, 20 mg+1 g sand Mixed sulfur & carbon, 2 h, 600oC.(Skodras, Orfanoudaki, Kakaras, & Sakellaropoulos, 2002) 50oC BET 277 impregnation with 1 or 5% (w/v) ZnCl2 98 Particle size washed, dried 140-270 16-50 150-250 um, 0.28 mm Reff (Hsing Chengi Hsi et al., 2011) (Feng, Borguet, & Vidic, 2006b) (Skodras et al., 2005) (Zeng et al., 2004) Uji Kapasitas 10 mg sample+5 g sand, 60 L/h N2, 10-15ug Hg/m3, residence time 0.3s, Uji kapasitas stop Ketika adsorben sudah hampir jenuh 350ug/m3, 33 L/h, N2, the mercury adsorption capacity was calculated by integrating the area above the breakthrough curve 350 ug Hg/m3 Sulfur, matrix N2, 20 mg Adsorbent+1 g sand Flue gas from coal combustion, 140-200oC
No 7 7a Adsorben AC-KI AC-HCl BPL Kuraray- GW DY SH BPL-S Kapasitas (ug Hg/g) 680.2- 847.5 645.9- 537.4 1000 Kondisi Properties 80- 140oC BET 244- 488 80- 140oC BET 398- 434 BET 1008, average pore 19.5A BET 1237, average pore 17 BET 1179, average pore 16.8 BET 1017, average pore 23.7 Prep solution for 12 h. The solution to activated carbon ratio of 0.55 ml/g was used. 99 Particle size 14-16 mesh 4x12 (Bituminou s coal) 16x30 (Coconut) Pellet(Bitu minous coal) 4x8(Bitumi nous coal) Reff (S. J. Lee et al., 2004) (S. H. Lee & Park, 2003) Uji Kapasitas 300 ug/m3 inlet, 4 jam pengujian, breaktrough 30-84 ug/m3 Inlet 160 ug/m3, 30oC, contact time 0.035 s, nitrogen flow (10-500 cm3/min) and diluted with nitrogen flow (1 l/min). 6-mm column with 50 mg AC, Adsorption time was varied (3- 50 h)
No 8 9 Adsorben CB-II (10- 15% S) HGR(10- 15% S) SH-S(8- 13% S) ACF-20- S400 Coal 5- S400 (Sulfur impregnati on AC) Coal FGD3- S400 Kapasitas (ug Hg/g) 11000 18000 24000 2211- 11343 1444 1062 Kondisi Properties BET 462, average pore 24 BET 573, average pore 24.8 BET -, average pore - 135oC BET 94, 20 mg sample+1 0 g sang, Sulfur content 44% 163oC BET 160, S content 21.3%, 20 mg sample, 10 g sand BET 787, S content 22.4% Prep 1:1 sulfur to adsorbent in a ceramic boat and heated in the tubular furnace (400°C, 6 h, UHP N2 <50 mL/min) 1:1 sulfur to adsorbent in a ceramic boat and heated in the tubular furnace (400°C, 6 h, UHP N2 <50 mL/min) 100 Particle size 4x10(Bitu minous coal) 4x8(Bitumi nous coal) 4x8(Bitumi nous coal) Reff (Hsing Cheng Hsi et al., 2001) (N. C. Hsi et al., 2002) Uji Kapasitas 20 mg samples+10 g sand, flue gas, 50 ug/m3, 135oC 20 mg samples+10 g sand, flue gas, 50 ug/m3, 163oC
No 9 10 Adsorben Biomass PAC-S400 Polymer ACF-20- S400 BPL-S- 4/1-600 I-AC (Iodine 3.5%) I- AC(Breaki ng point 330 min) S- AC(Breaki ng point 4 min)(7.6% C) S-AC (Breaking point 7 Kapasitas (ug Hg/g) 908 3260 2300 3100 4800 400 3500 Kondisi Properties BET 452, S content 17.3% BET 94, S content 44% BET -820- 870 350 F BET 750 350 F BET 750 350F BET 690 280 F BET 690 Prep 3:2 S:C, 2h, 600C, other H2S +O2 impregnation @150C 10 mg sample +50 mg quartz woll, 30 ml/min Ar, 101 Particle size 60-80 mesh 200-235 mesh 200-235 mesh Reff (Liu et al., 2000) (Granite, Pennline, & Hargis, 2000) Uji Kapasitas 55 ug/m3, 1 L/min, 140oC, N2 Ar, 30 ml/min, breaking point 10% inlet conc, 5200 ug Hg/m3
No Adsorben min)(7.6% C) S-BPL-AC (5.9% AC) Cl-AC-1 (6% Cl) Cl-BPL- AC (6.7% Cl) HNO3- AC-1 Kapasitas (ug Hg/g) 1900 4000 (breaking point 70 min) 2600 1200 Kondisi Properties 280 F BET 690 280 F BET 550 280 F BET 1000 280 F BET 575 Prep 102 Particle size Reff Uji Kapasitas
No 1 2 3 4 5 Lampiran 8 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri dengan Impregnasi Sulfur Adsorben Kapasitas Properties Particle size Berat Flow rate C in Waktu kontak Superfi cial velocity D (ug Hg/g) (g) S-AC 525, 29.6-70 (50.9) mg Hg/g S content 5% 60-80 mesh 0.1 gram 55 L/h N2 4-10 mg/ m3 0.11 6.9 cm/s 6 S-AC-350 23.615 %S 10%. 20x40 mesh(A C-S) 180-200 mesh(sie ved for capasity test) 0.1 gram Sulfur impregnated AC UOP Carbon 598-2450 S content 12.3% Powdere d AC 532-2315 S content 1.7% 0.1 gram AC-S 21000 BET 1444, 6.7% S 2 gram N2 8 mg/ m3 2.51 0.796 cm/s HGR- Commercial Sulfur impregnated AC 2414 868, 12.3% S 0.5-1.6 mm 1 gram 300 L/h Nat gas 36 ug/m 3 103 Break- through 1000 ug/m3 100% Reff (Mukamurara et al., 2019) (Reddy, Shoaibi, & Srinivasakanna n, 2018) (Sano, Takaoka, & Shiota, 2017) (Chemrak, Benderdouche, Bestani, Benallou, & Cagnon, 2018)
No 6 7 8 9 10 Adsorben Norit 3 HGR- Commercial Sulfur impregnated AC UOP Carbon CAC-400S AC-H-S- C(Heating stabel, cooling) Calgon F400- Sulfur impregnated AC-SHS BPL-S Kapasitas (ug Hg/g) 90 105 150 171 1100 655 25000 2000 Properties 19.08%S, sa 612 m2/g, average pore D: 23.9A 5.21%S, sa 573 m2/g, average pore D: 24.8A 1.7%S, sa - m2/g, average pore D: -A BET 328 BET 900-2000 BET 310, particle size 20 mg+1 g sand Particle size 140-270 16-50 150-250 um, Berat (g) 0.1 gram 0.01 + 5 gram sand 0.02 g+ 1 g sand 0.05 g 104 Flow rate 60 L/H, N2 60 L/h, N2 33 L/h, N2 90 L/h, N2 C in 10- 15 ug/m 3 350 ug/m 3 350 ug/m 3 60 1 Waktu kontak 0.3 S 0.035 s Superfi cial velocity D Break- through 100% 100% Reff Suresh Kumar Reddy, K. Al Shoaibi, Ahmed Srinivasakanna n, C. 2014 (Hsing Chengi Hsi, Tsai, Kuo, & Chiang, 2011) (Feng, Borguet, & Vidic, 2006) (Skodras, Diamantopoulo u, Natas, Palladas, & Sakellaropoulo s, 2005)
No Adsorben CB-II (10-15% S) HGR(10-15% S) 11 ACF-20-S400 12 Coal 5-S400 (Sulfur impregnation AC) Coal FGD3- S400 13 BPL-S-4/1-600 14 S-AC(7.6% C) S-AC (7.6% C) S-BPL-AC (5.9% AC) Kapasitas (ug Hg/g) 11000 18000 2211- 11343 1444 1062 2300 400 3500 1900 Properties BET 462, average pore 24 BET 573, average pore 24.8 BET 94, 20 mg sample+10 g sang, Sulfur content 44% BET 160, S content 21.3% BET 787, S content 22.4% BET -820-870 BET 690 BET 690 BET 690 Particle size 4x10(Bit uminous coal) 4x8(Bitu minous coal) 60-80 mesh Berat (g) 0.02 g+10 g sand 0.02 g+10 g sand 0.1 gram 105 Flow rate 60 L/h, N2 1.8 L/h Ar C in ug/m 3 50 ug/m 3 50 ug/g 55 ug/m 3 5.2 mg/ m3 Waktu kontak Superfi cial velocity D 6 mm Break- through Reff (S. H. Lee & Park, 2003) (deff meso) (Hsing Cheng Hsi, Rood, Rostam-Abadi, Chen, & Chang, 2001) (N. C. Hsi, Rood, Rostam- Abadi, Chen, & Chang, 2002) (Liu, Vidic, & Brown, 2000) (Granite, Pennline, & Hargis, 2000)
Lampiran 9 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri dengan Impregnasi Logam Sulfida No Adsorben Kapasitas (ug Hg/g) Kondisi Properties Particle size Uji Kapasitas Inlet 2000 - 7000 ug/m3 , P : 40 Current Cu+20%S CuS 13.8-59.81 (30.4) mg Hg/g 2.5-27.1 (rata-rata 12.1 mg Hg/g) 30-40oC 13.2% S, SA 434.9 m2/g 60-80 psig, flow rate 55 L/h, suhu 40oC. Berat adsorben 0. 1 gram, diameter kolom 6 mm(1/4 in OD). densitas karbon aktif 0.56, maka tinggi kolom 0.75 cm, superficial velocity 6.9 cm/s, waktu kontak 0.11 s. 2 AC-CuS AC-ZnS AC-FeS 6604- 23015 4423- 18893 3718- 13989 50->100 oC 50->100 oC 50->100 oC S content 4.9%, surface area 2244 m2/g S content 4.8%, surface area 2215 m2/g S content 5.0%, surface area 1064 m2/g, gas matrix N2 powder ed AC Analisa Hg dalam adsorben 3 AC-MS 15000 140oC powder ed AC Analisa Hg dalam Adsorben 106 Reff (Reddy, Shoaibi, & Srinivasakann an, 2018) (Suresh Kumar Reddy, Alshoaibi, & Srinivasakann an, 2015)
No 1 2 3 Lampiran 10 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri dengan Impregnasi ZnCl2 Kapasitas Adsorben Kondisi Properties Particle size Reff (ug Hg/g) AC-ZnCl 6% 7000 30-40oC 456,4 60-80 mesh AC-ZnCl 7% 5600 30-40oC 439,8 60-80 mesh AC-ZnCl 8% 6400 30-40oC 306,8 60-80 mesh AC-ZnCl 9% 6800 30-40oC 318,0 60-80 mesh AC-ZnCl 5% 900 50oC, flue gas BET 277 0.28 mm (Zeng, Jin, & Guo, 2004) AC-ZnCl 5% 13.400 mg/g 150 C, N2 >40 mesh Xue-Lei Duan 2019 107
No 1 2 3 4 Lampiran 11 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Penelitian Pembuatan Adsorben Merkuri Komersial Adsorben Kapasitas (ug Hg/g) Properties Particle size Berat (g) Flow rate C in Waktu kontak Superficial velocity S-AC 525, 50900 S content 5% 60-80 mesh 0.1 gram 55 L/h N2 4-10 mg/ m3 0.11 6.9 cm/s Sulfur impregnated AC UOP Carbon 598-2450 532-2315 S content 12.3% S content 1.7% Powder ed AC 0.1 gram HGR- Commercial Sulfur impregnated AC 2414 868, 12.3% S 0.5-1.6 mm 1 gram 300 L/h Nat gas 36 ug/ m3 Norit 3 90 19.08%S, sa 612 m2/g, average 0.1 gram 60 L/H, He 108 D 6 Break- through 1000 ug/m3 100% Reff (Reddy, Shoaibi, & Srinivas akanna n, 2018) (Chemr ak, Benderd ouche, Bestani, Benallo u, & Cagnon, 2018) Suresh Kumar Reddy, K.
No 5 6 Adsorben HGR- Commercial Sulfur impregnated AC UOP Carbon Calgon F400-Sulfur impregnated BPL-S Kapasitas (ug Hg/g) 105 150 655 2000 Properties pore D: 23.9A 5.21%S, sa 573 m2/g, average pore D: 24.8A 1.7%S, sa - m2/g, average pore D: -A BET 310, particle size 20 mg+1 g sand Particle size 150-250 um, Berat (g) 0.02 g+ 1 g sand 109 Flow rate C in 350 ug/ m3 Waktu kontak Superficial velocity D Break- through 100% Reff Al Shoaibi, Ahmed Srinivas akanna n, C. 2014 (Skodra s, Diamant opoulou , Natas, Pallada s, & Sakellar opoulos, 2005)
No 7 8 Adsorben CB-II (10- 15% S) HGR(10- 15% S) BPL-S-4/1- 600 S-AC(7.6% C) S-AC (7.6% C) S-BPL-AC (5.9% AC) Kapasitas (ug Hg/g) 11000 18000 2300 400 3500 1900 Properties BET 462, average pore 24 BET 573, average pore 24.8 BET -820- 870 BET 690 BET 690 BET 690 Particle size 4x10(Bit uminous coal) 4x8(Bitu minous coal) 60-80 mesh Berat (g) 0.05 g 0.1 gram 110 Flow rate 90 L/h, N2 60 L/h, N2 1.8 L/h Ar C in 160 ug/ m3 55 ug/ m3 5.2 mg/ m3 Waktu kontak 0.035 s Superficial velocity D 6 m m Break- through Reff (S. H. Lee & Park, 2003) (deff meso) (Liu, Vidic, & Brown, 2000) (Granite , Pennlin e, & Hargis, 2000)
Lampiran 12 Komposisi Gas Feed Gas Kilang LPG PT. BBWM 111
Lampiran 13 Komposisi Gas Lean Gas Kilang LPG PT. BBWM 113
N o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Lampiran 14 Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-S Waktu (min) Suhu (C) % Sulfur Kapasitas (mg Hg/g Adsorben) 14.9 2.47 60 450 40.4 3.66 41.0 1.32 26.7 5.81 60 475 48.1 1.58 51.1 0.96 22.4 18.33 60 500 36.0 17.62 39.2 5.47 9.0 48.75 60 525 15.1 32.63 19.0 11.7 4.4 37.75 60 550 5.8 23.58 8.7 28.09 115
Lampiran 15 Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-CuS (Impregnasi dalam Larutan) No Berat Cu (g) Berat NaS (g) Kapasitas (mg/g) 1 1.5 0.67 2 3 1.2 3 4.5 1.29 0.9 4 1.5 0.72 5 2.4 3 0.84 6 4.5 1.02 7 1.5 1.52 8 3.6 3 1.92 9 4.5 1.07 10 1 0.77 11 1.8 2 1.03 12 3 0.28 13 1 1.3 14 3.6 2 0.66 15 3 0.59 16 1 0.93 17 5.4 2 1.32 18 3 0.99 116
Lampiran 16 Hasil Optimasi Metode Pembuatan AC-CuS (Impregnasi pada Suhu Tinggi) No. Suhu %S Kapasitas (mg/g) 1 4.9 4.83 2 450 13.3 7.28 3 28.9 5.84 4 0.9 6.58 5 500 7.4 13.43 6 17.7 6.21 7 0 5.25 8 550 4.5 4.01 9 19.0 2.82 117
PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas 86 Carbon Active 74 5 84 2 7 8 3 0 2 3 7 3 . 9 7 4 6 3 2 82 6 2 9 3 1 5 9 7 3 . 80 e c n a 78 t t i m s n a r T % 76 74 72 70 68 66 4000 3500 PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas Carbon Active 75 86 84 7 3 9 7 3 . 5 0 5 6 3 . 82 5 8 5 8 3 . 80 e c n a 78 t t i m s n a r T % 76 74 72 70 68 4000 3500 Lampiran 17 Hasil Uji FTIR Carbon Active 74 Fri Nov 06 14:13:59 2020 (GMT+07:00) 0 3 9 8 2 . 3 5 8 6 1 . 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC 74 33% S Carbon Active 75 Fri Nov 06 14:17:20 2020 (GMT+07:00) 1 7 7 9 2 . 5 0 0 9 2 . 7 4 8 6 1 . 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC 74 75 16% S 118 1 3 9 3 1 . 1000 2 1 5 0 1 1000 4 0 8 6 8 4 7 6 .
PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas 82 Carbon Active No. 76 80 78 76 74 e c n a t t i m s n a r T % 72 70 68 66 64 62 4000 3500 PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas Carbon Active 77 74 72 3 2 9 7 3 . 6 6 0 7 3 . 5 1 8 5 3 . 5 70 2 5 8 3 68 66 e c n a t t i 64 m s n a r T % 62 60 58 56 54 52 4000 3500 Carbon Active No. 76 Fri Nov 06 14:09:37 2020 (GMT+07:00) 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC 76 50%S Carbon Active 77 Fri Nov 06 14:09:54 2020 (GMT+07:00) 0 7 0 0 3 . 5 5 8 3 2 3 8 6 6 1 . 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC-CuS 77 13% S 119 4 2 1 4 1 . 1000 1000 3 9 8 7 3 0 7 6 . 4 1 7 6 .
PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas Carbon Active 78 88 87 0 0 5 9 3 . 0 7 7 8 3 4 7 9 7 3 . 8 86 1 2 7 6 3 . 9 8 5 3 8 85 8 2 3 7 3 . . 9 4 6 3 84 e c n a t t i 83 m s n a r T % 82 81 80 79 78 77 4000 3500 PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas 86 Carbon Active 79 85 84 4 6 9 7 3 . 5 2 7 6 3 5 3 9 5 3 . 7 4 2 5 3 . 2 83 . 6 2 6 3 82 e c n a 81 9 9 4 6 3 . t t i m s n a r T % 80 79 78 77 76 75 4000 3500 Carbon Active 78 Fri Nov 06 14:30:34 2020 (GMT+07:00) 3 0 9 9 2 . 6 1 0 9 2 . 7 3 8 4 2 . 5 7 9 5 9 2 . 6 9 6 1 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC-CuS 78 20% S Carbon Active 79 Fri Nov 06 14:33:23 2020 (GMT+07:00) 9 0 0 9 2 5 0 0 4 2 . 1 4 6 9 2 . 9 3 8 6 1 . 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC-CuS 79 33%S 120 1 5 9 3 1 6 9 8 3 1 . 8 4 3 0 1 . 5 8 6 0 1 1000 2 5 6 0 1 . 1000 0 4 7 6 . 0 6 7 6 .
PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas Carbon Active 80 Fri Nov 06 14:36:26 2020 (GMT+07:00) 80 Carbon Active 80 6 79 0 0 8 3 78 9 6 2 6 3 . 9 4 2 5 3 . 77 1 1 5 6 3 . 9 1 7 5 3 . 1 4 8 9 2 . 5 1 0 9 2 . 7 3 8 3 2 . e c n a 76 75 6 3 7 6 3 . 8 1 9 6 1 . t t i m s n a r T % 74 7 4 9 3 1 . 73 72 71 70 69 4000 3500 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC-CuS impregnasi dengan Larutan CuCl2 dan NaS PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas Carbon Active 81 Fri Nov 06 14:39:46 2020 (GMT+07:00) 97.5 Carbon Active 81 97.0 96.5 96.0 95.5 95.0 e c n a 94.5 94.0 5 5 7 7 1 . 1 3 4 5 1 . 7 0 0 4 1 7 7 4 2 1 . t t i m s n a r T % 93.5 93.0 2 4 4 3 2 8 8 6 2 2 92.5 92.0 9 3 0 4 2 . 91.5 91.0 90.5 5 0 5 9 3 9 0 3 0 8 3 . 4 0 3 7 3 . 8 6 2 6 3 . 9 4 2 5 3 4 4 8 9 2 . 6 3 0 9 2 90.0 89.5 4 8 8 3 9 9 4 7 3 4000 3500 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC-ZnCl2 6% 121 9 4 6 0 1 1000 0 4 6 0 1 1000 9 8 1 7 9 8 7 6 .
PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas Carbon Active 82 93.5 93.0 92.5 92.0 91.5 e c n a t t i 91.0 90.5 m s n a r T % 90.0 89.5 89.0 88.5 88.0 6 9 4 9 3 . 7 4 7 8 3 . 0 4 4 7 3 8 4 2 5 3 . 3 87.5 3 3 5 6 3 87.0 1 0 8 3 4000 3500 PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas 72 Carbon Active 83 71 4 6 7 6 3 . 70 69 e c n a 68 t t i m s n a r T % 67 66 65 64 63 4000 3500 Carbon Active 82 Fri Nov 06 14:42:28 2020 (GMT+07:00) 4 . 7 0 4 2 8 4 1 2 2 . 7 3 2 8 9 2 . 2 0 9 2 3000 2500 2000 Wavenumbers (cm-1) AC-ZnCl2 7% Carbon Active 83 Fri Nov 06 14:45:10 2020 (GMT+07:00) 0 8 7 3 2 . 1 2 0 9 2 . 1 0 8 9 2 3000 2500 2000 Wavenumbers (cm-1) AC-ZnCl2 8% 122 8 7 4 7 1 . 4 7 4 7 1 0 8 5 4 1 . 2 8 1 5 1 1 . 2 4 5 1 1500 1500 8 8 9 3 1 3 9 9 3 1 . 5 7 4 2 1 . 3 9 2 2 1 3 6 6 0 1 . 1000 1000 4 1 7 8 7 4 9 8 . 5 7 6 8 8 2 9 6 .
PPPTMGB "LEMIGAS" KP3 Teknologi Gas Carbon Active 84 80 79 78 77 1 9 5 6 3 . 76 75 e c n a 74 t t i m s n a r T % 73 72 71 70 69 68 67 66 65 4000 3500 Carbon Active 84 Fri Nov 06 14:48:23 2020 (GMT+07:00) 1 2 0 9 2 0 . 8 7 9 2 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) AC-ZnCl2 9% 123 6 8 9 3 1 . 2 . 0 3 2 1 1000 9 2 7 8 1 4 7 6 .
Karbon aktif Blanko AC-S 16% AC-S 33% AC-S 50% AC-Cu S 13% AC-Cu S 20% AC-Cu S 33% AC- CuS(I) AC-ZnCl2 6% AC-ZnCl2 7% AC-ZnCl2 8% AC-ZnCl2 9% Surface Area (m2/g) 894,2 510,3 436,4 308,3 634,2 434,9 260,6 728,3 456,4 439,8 306,8 318,0 Lampiran 18 Hasil Uji BET Micropor e Surface Area (m2/g) Mesopore/ Macropore Surface Area (m2/g) 617.1 277.1 378.4 131.9 241.2 195.2 164.5 143.8 407.9 226.3 359.9 75.0 89.4 171.2 503.2 225.1 394.7 61.7 307.1 132.7 150.2 156.6 262.6 55.4 124 Pore Volume (cc/g) 0,7860 0,4648 0,4796 0,3762 0,6418 0,3097 0,3709 0,6874 0,2981 0,4238 0,3825 0,2350 pore Radius (Angstrom) 13,24 9,660 15,850 9,660 13,850 8,440 13,240 8,440 8,440 9,660 16,580 9,234
Distribusi Pori Karbon Aktif AC-S 0,04 ) g / c c ( 0,03 ) r ( V d 0,02 0,01 0 1 3 5 7 Distribusi ukuran pori (nm) AC-S 16% AC-S 33% AC-S 50% Grafik DFT method Pore Size Distribution karbon aktif AC-S Distribusi Pori Karbon Aktif AC-CuS ) g / c c ( 0,04 0,03 r ) V ( d 0,02 0,01 0 1 3 5 7 Distribusi ukuran pori (nm) AC-Cu S 13% AC-Cu S 20% AC-Cu S 33% AC-CuS(I) Grafik DFT method Pore Size Distribution karbon aktif AC-CuS 125 9 9
Distribusi Pori Karbon Aktif AC-ZnCl2 ) g / c c ( 0,04 0,03 ) r ( V d 0,02 0,01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Distribusi ukuran pori (nm) AC-ZnCl2 6% AC-ZnCl2 7% AC-ZnCl2 8% AC-ZnCl2 9% Grafik DFT method Pore Size Distribution karbon aktif AC-ZnCl2 126 9 10
Data Hasil Karakterisasi AC
S 16%
Data Hasil Karakterisasi AC
S 33%
Data Hasil Karakterisasi AC
S 50%
AC
CuS 13%
AC
CuS 20%
AC
CuS 33%
AC
CuS 133
AC
ZnCl2 6%
AC
ZnCl2 7%
AC
ZnCl2 8%
AC
ZnCl2 9%
Raw AC 138
Lampiran 19 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 15oC dan Suhu Uji 40oC 6000 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 29.63 mg Hg/g Adsorben 5000 ) 3 m / g u ( g H 4000 3000 . s n o K 2000 1000 0 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 16%, Tsat 15oC/Tads 40oC 12000 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 23.96 mg Hg/g Adsorben 10000 ) 3 m / g u ( g H 8000 6000 . s n o K 4000 2000 0 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 33%, Tsat 15oC/Tads 40oC 139
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 20.41 mg Hg/g Adsorben 100,00 200,00 300,00 400,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-S 50%, Tsat 15oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 14.92 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 13%, Tsat 15oC/Tads 40oC 140 500,00 C Hg outlet(ug/m3) 300,00 C Hg outlet(ug/m3) 600,00 350,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 29.49 mg Hg/g Adsorben 100,00 200,00 300,00 400,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 20%, Tsat 15oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 8.71 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 33%, Tsat 15oC/Tads 40oC 141 500,00 C Hg outlet(ug/m3) 100,00 C Hg outlet(ug/m3) 600,00 120,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 2.50 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS, Tsat 15oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 4.78 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 6%, Tsat 15oC/Tads 40oC 142 80,00 C Hg outlet(ug/m3) 80,00 C Hg outlet(ug/m3) 100,00 100,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 4.97 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 7%, Tsat 15oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 5.81 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 8%, Tsat 15oC/Tads 40oC 143 80,00 C Hg outlet(ug/m3) 120,00 C Hg outlet(ug/m3) 100,00 140,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 5.64 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 9%, Tsat 15oC/Tads 40oC 144 120,00 C Hg outlet(ug/m3) 140,00
Lampiran 20 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 25oC dan Suhu Uji 40oC 8000 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 52.68 mg Hg/g Adsorben 7000 ) 3 6000 m / g u ( g H 5000 4000 . s n o K 3000 2000 1000 0 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 16%, Tsat 25oC/Tads 40oC 7000 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 13.29 mg Hg/g Adsorben 6000 ) 3 m / g u ( g H 5000 4000 . s n o K 3000 2000 1000 0 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 33%, Tsat 25oC/Tads 40oC 145
8000 7000 ) 3 6000 m / g u ( g H 5000 4000 . s n o K 3000 2000 1000 0 ) 3 m / g u ( g H . s n o K 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 14.4 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 200,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-S 50%, Tsat 25oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 10.58 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 13%, Tsat 25oC/Tads 40oC 146 250,00 C Hg outlet(ug/m3) 120,00 140,00 C Hg outlet(ug/m3) 300,00 160,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1000 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 18.6 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 20%, Tsat 25oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 9.64mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 33%, Tsat 25oC/Tads 40oC 147 300,00 350,00 C Hg outlet(ug/m3) 150,00 C Hg outlet(ug/m3) 400,00 200,00
12000 10000 ) 3 m / g u ( g H 8000 6000 . s n o K 4000 2000 0 8000 7000 ) 3 6000 m / g u ( g H 5000 4000 . s n o K 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 28.79mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-CuS, Tsat 25oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 2.77 mg Hg/g Adsorben 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-ZnCL2 6%, Tsat 25oC/Tads 40oC 148 350,00 60,00
8000 7000 ) 3 6000 m / g u ( g H 5000 4000 . s n o K 3000 2000 1000 0 12000 10000 ) 3 m / g u ( g H 8000 6000 . s n o K 4000 2000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 3.18 mg Hg/g Adsorben 10,00 20,00 30,00 40,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 7%, Tsat 25oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 8.04 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 8%, Tsat 25oC/Tads 40oC 149 50,00 C Hg outlet(ug/m3) 100,00 C Hg outlet(ug/m3) 60,00 120,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 13.26 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 9%, Tsat 25oC/Tads 40oC 150 140,00 160,00 C Hg outlet(ug/m3) 180,00
Lampiran 21 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 30oC dan Suhu Uji 30oC 3500 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 51.35 mg Hg/g Adsorben 3000 ) 3 m / g u ( g H 2500 2000 . s n o K 1500 1000 500 0 0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00 3500,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 16%, Tsat 30oC/Tads 30oC 3500 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 16.46 mg Hg/g Adsorben 3000 ) 3 m / g u ( g H 2500 2000 . s n o K 1500 1000 500 0 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 33%, Tsat 30oC/Tads 30oC 151
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2500 2000 1500 1000 500 0 500 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 4.00 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-S 50%, Tsat 30oC/Tads 30oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 41.06 mg Hg/g Adsorben 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 13%, Tsat 30oC/Tads 30oC 152 150,00 200,00 C Hg outlet(ug/m3) 2500,00 3000,00 C Hg outlet(ug/m3)
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 2500 2000 1500 1000 500 0 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 13.81 mg Hg/g Adsorben 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-CuS 20%, Tsat 30oC/Tads 30oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 12.67 mg Hg/g Adsorben 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-CuS 33%, Tsat 30oC/Tads 30oC 153
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 11.62 mg Hg/g Adsorben 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-CuS, Tsat 30oC/Tads 30oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 10.37 mg Hg/g Adsorben 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-ZnCL2 6%, Tsat 30oC/Tads 30oC 154
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 4.68 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 7%, Tsat 30oC/Tads 30oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 5.93 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 8%, Tsat 30oC/Tads 30oC 155 200,00 C Hg outlet(ug/m3) 200,00 C Hg outlet(ug/m3) 250,00 250,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 4.27 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 9%, Tsat 30oC/Tads 30oC 156 150,00 C Hg outlet(ug/m3) 200,00
Lampiran 22 Kurva Uji Kinerja Adsorben Suhu Saturasi 40oC dan Suhu Uji 40oC 9000 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 70.05 mg Hg/g Adsorben 8000 ) 3 7000 m / g u ( g H 6000 5000 4000 . s n o K 3000 2000 1000 0 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 16%, Tsat 40oC/Tads 40oC 8000 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 53.85 mg Hg/g Adsorben 7000 ) 3 6000 m / g u ( g H 5000 4000 . s n o K 3000 2000 1000 0 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 33%, Tsat 40oC/Tads 40oC 157
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 20.95 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-S 50%, Tsat 40oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 20.21 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) C Hg outlet(ug/m3) AC-CuS 13%, Tsat 40oC/Tads 40oC 158 350,00 350,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 59.81 mg Hg/g Adsorben 200,00 400,00 600,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 20%, Tsat 40oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 9.09 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS 33%, Tsat 40oC/Tads 40oC 159 800,00 1000,00 C Hg outlet(ug/m3) 120,00 140,00 160,00 C Hg outlet(ug/m3)
) 3 m / g u ( g H . s n o K ) 3 m / g u ( g H . s n o K 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 7.29 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-CuS, Tsat 40oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 10.23 mg Hg/g Adsorben 50,00 100,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 6%, Tsat 40oC/Tads 40oC 160 120,00 140,00 C Hg outlet(ug/m3) 150,00 C Hg outlet(ug/m3) 160,00 200,00
12000 10000 ) 3 m / g u ( g H 8000 6000 . s n o K 4000 2000 0 9000 8000 ) 3 7000 m / g u ( g H . s n o K 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 9.32 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 7%, Tsat 40oC/Tads 40oC Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 5.81 mg Hg/g Adsorben 20,00 40,00 60,00 80,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 8%, Tsat 40oC/Tads 40oC 161 100,00 C Hg outlet(ug/m3) 100,00 C Hg outlet(ug/m3) 120,00 120,00
) 3 m / g u ( g H . s n o K 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,00 Kurva Kons Inlet/Outlet Adsorben C: 4.08 mg Hg/g Adsorben 10,00 20,00 30,00 40,00 Volume Gas (L) C Hg inlet(ug/m3) AC-ZnCL2 9%, Tsat 40oC/Tads 40oC 162 50,00 C Hg outlet(ug/m3) 60,00
Lampiran 23 Hasil Uji SEM-EDX 163