PENGARUH UKURAN DAN MASSA KARBON AKTIF TERAKTIVASI KOH DALAM PROSES ADSORPSI KARBON MONOKSIDA DAN PENJERNIHAN ASAP KEBAKARAN Selvi Sanjaya1 1. Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI, Depok, 16424 Indonesia E-mail :
[email protected]
ABSTRAK Kebakaran merupakan bencana yang sangat merugikan dan menelan banyak korban jiwa. Salah satu alasan utama banyaknya korban jiwa pada peristiwa kebakaran adalah karena kandungan CO pada asap kebakaran dan kepekatan pada asap yang menyebabkan evakuasi sulit untuk dilakukan. Karbon aktif sebagai adsorben memiliki luas permukaan yang besar untuk menyerap gas. Proses aktivasi dilakukan dengan KOH untuk meningkatkan kemampuan adsorpsinya. Penelitian dilakukan untuk melihat pengaruh massa dan ukuran karbon aktif teraktivasi KOH dalam mengadsorpsi CO dan penjernihan asap. Variasi massa dan ukuran diberikan kepada karbon aktif yang diujikan untuk mendapatkan massa dan ukuran optimum dalam mengadsorpsi CO dan penjernihan asap kebakaran. Dari penelitian diketahui bahwa ukuran lebih kecil dan massa lebih banyak dari karbon aktif KOH dapat mengadsorpsi CO lebih baik dan menjernihkan asap kebakaran dengan lebih baik.
ABSTRACT Fire is a disaster that may harm so many people. One of the main reason of fatalities in fire is because the high concentration of CO and optical density of the smoke that which can make the evacuation is hard to do. Activated carbon as an adsorbent has a large internal surface area to adsorb the gas. The activation process is done with KOH to increase the adsorption ability. The study was conducted to see the effect of the mass and size particle of KOH activated carbon in the adsorption of CO and smoke purification. Variations in mass and size is given to KOH activated carbon to find the optimum mass and size particle of activated carbon in the process. From the research, it is known that as the size less big and the mass is more, KOH activated carbon can adsorp more CO and purified the fire smoke better. Keywords: adsorption, activated carbon, carbon monoxide, smoke purification
1. Pendahuluan Kebakaran adalah peristiwa pembakaran yang terjadi secara tidak sengaja. Proses pembakaran yang besar tanpa kesengajaan dapat menimbulkan kerugian yang sangat besar. Selain itu, kebakaran juga dapat menghasilkan asap dan senyawa beracun yang dapat menimbulkan kematian. Di Jakarta, setiap tahun terjadi kasus kebakaran yang kerugiannya mencapai miliaran rupiah. Selain itu, kebakaran menelan banyak korban jiwa yang besar, sekitar 30% korban kebakaran sejak 1998 sampai 2007 tidak dapat terselamatkan. 74% penyebab utama kematian penghuni bangunan pada
peristiwa kebakaran diakibatkan oleh asap dan hanya 10% akibat luka bakar (Rahman, 2004). Sehingga diperlukan upaya dalam mengurangi penyebaran asap dan panas yang merupakan salah satu sumber bahaya pada peristiwa kebakaran. Asap yang dihasilkan pada kasus kebakaran mengandung karbon dioksida (CO2), karbon monoksida (CO), uap air, partikulat, dan beberapa senyawa beracun seperti NOx, SOx, H2S, dan lain-lain. Menurut Butler (2004), gas karbon monoksida termasuk gas yang banyak dihasilkan pada waktu terjadi kebakaran. Gas karbon monoksida merupakan kompoenen yang paling 1 Universitas Indonesia
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
bersifat racun dan dapat menghambat aliran O2 dengan membentuk karboksi hemoglobin (COHb) dalam darah. Kadar COHb yang lebih besar dari 50% dapat menjadi penyebab utama kematian dan sebagai bukti korban tewas akibat menghirup asap kebakaran (Anderson et al., 1981a; Anderson et al., 1981b). Gedung bertingkat dan berkapasitas besar seperti yang berada di kota besar banyak diperuntukkan sebagai tempat tinggal, kantor, tempat perbelanjaan, serta hiburan. Ketika terjadi kebakaran, korban akan lebih lama terkena asap yang mengandung senyawa beracun. Oleh karena itu, perlu dilakukan usaha untuk mengurangi korban jiwa karena keracunan asap kebakaran. Selain beracun, ketebalan asap juga dapat menurunkan tingkat visibilitas seseorang dan tentunya akan berpengaruh dalam kecepatan melakukan evakuasi selama kebakaran. Agar evakuasi berjalan dengan lancar, asap yang memenuhi lokasi perlu dijernihkan terlebih dahulu dan dikurangi tingkat racunnya. Belum banyak peneliti yang melakukan penelitian untuk menjernihkan asap dan menurunkan kandungan gas karbon monoksida sekaligus. Meski demikian, Yang pada tahun 2003, mengemukakan bahwa adsorben yang telah digunakan untuk pengujian antara lain adalah karbon aktif, silica gel, zeolit, alumina, selective water sorbent (SWS). Dari banyak jenis adsorben yang telah disebutkan tadi, karbon aktif adalah salah satu adsorben yang paling banyak digunakan, baik itu dari segi aplikasi maupun volume penggunaannya. Penelitian ini dilakukan untuk memanfaatkan karbon aktif yang telah diaktivasi sebelumnya dengan KOH (Andriana, 2013) sebagai adsorben karbon monoksida, serta penjernihan asap pada kebakaran. Adapun penggunaan karbon aktif sebagai adsorben asap kebakaran telah dilakukan dengan menyisipkan logam tertentu ke dalam karbon aktif kemudian baru diujikan kemampuan adsorpsinya (Yadav, et al., 2007; Basuki, et al., 2008). Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui apakah karbon aktif teraktivasi KOH dapat digunakan dalam mengadsorpsi gas karbon monoksida (CO) dan menjernihkan asap kebakaran. 2. Mengetahui pengaruh ukuran karbon aktif yang teraktivasi KOH terhadap kemampuan adsorpsi gas karbon monoksida (CO) dan penjernihan asap kebakaran. 3. Mengetahui pengaruh jumlah karbon aktif yang teraktivasiKOH terhadap kemampuan adsorpsi gas karbon monoksida (CO) dan penjernihan asap kebakaran. 4. Mengetahui massa dan ukuran maksimal dari karbon aktif teraktivasi KOHyang paling baik dalam adsorpsi gas karbon monoksida (CO) dan penjernihan asap kebakaran. 2. Metode Penelitian Penelitian dengan judul Pengaruh Ukuran dan Massa Karbon Aktif Teraktivasi KOH dalam Proses Adsorpsi Karbon Monoksida dan Penjernihan Asap Kebakaran ini
dilakukan di Laboratorium Teknologi Energi Berkelanjutan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. 2.1 Alat dan Bahan Penelitian • Tiga buah rangkaian sensor cahaya • Tiga buah rangkaian sinar laser • Satu buah micro controller dan downloader • Satu buah komputer • Ruang uji akrilik • Kaca dengan nilai OD tertentu (0,1; 0,3; 0,4; 0,8 dan 2) • Sprayer gun, COLO-800, Powder Coating Equipment • Pressure Gauge • Solder • Gas analyzer • Rangkaian alat pengukur asap • Ruang uji adsorpsi • Stopwatch • Neraca digital • Kawat sepanjang 1 m • Kertas saring • Plester solatip • Cawan keramik • Plastisin • Oven • Wadah tahan panas • Aluminum foil • Gas N2 dalam tabung • Kertas tisu merk Nice sebanyak 2 gram, 4 gram, dan 6 gram • Karbon aktif teraktivasi KOH dengan ukuran 106-212µm dan 53-106µm 2.2 Prosedur Penelitian 2.2.1 Kalibrasi Micro Controller Pengukur Kepekatan Asap Dalam merangkai micro controller untuk mengukur kepekatan asap, metode yang digunakan berdasarkan penelitian yang dilakukan (Apriano, 2012). Adapun alat-alat utama rangkaian seperti sensor cahaya (photodioda), sinar laser, micro controller, dan downloader telah lebih dahulu dirangkaikan pada ruang uji. Pengujian kalibrasi dilakukan di dalam sebuah ruang uji akrilik berukuran 40cm x 40cm x 120cm. Sensor cahaya dan sinar laser ditempelkan pada ruang uji dengan terlebih dahulu melubangi dinding akrilik. Hal ini dilakukan agar tidak terjadi difraksi cahaya laser karena ketebalan akrilik. Dalam ruang uji terdapat tiga titik sensor dan sumber cahaya laser yaitu: (1) laser atas berjarak ±105cm dari dasar ruang uji, (2) laser tengah berjarak ±60cm dari dasar ruang uji, dan (3) laser bawah berjarak ±15cm dari dasar ruang uji.
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
Adapun tahapan dalam uji kalibrasi rangkaian micro controller yang dilakukan antara lain: 1. Mengukur intensitas cahaya awal yang masuk ke dalam sensor cahaya (I0). Intensitas ini dianggap sebagai intensitas tanpa adanya asap. 2. Meletakkan kaca dengan nilai density tertentu di depan sensor cahaya (photodioda). 3. Mengukur intensitas cahaya (I) yang masuk ke dalam sensor cahaya saat sensor cahaya terhalang oleh kaca. 4. Mengulangi percobaan dengan menggunakan variasi kaca yang memiliki optical density berbeda (0,1; 0,3; 0,5; 0,8 dan 2). 2.2.2 Uji Tekanan Sprayer Gun Uji tekanan pada sprayer gun dilakukan untuk menentukan tekanan yang akan digunakan sprayer gun dalam menyemprotkan karbon aktif ke dalam ruang uji. Uji adsorpsi CO dan penjernihan asap dilakukan lebih dari satu kali untuk karbon aktif dengan variasi berbeda, sehingga variabel tetap seperti tekanan pada sprayer gun harus dijaga tetap untuk data yang akurat. Pengujian tekanan pada sprayer dilakukan dengan bantuan gas N2 bertekanan dalam tabung. Mula-mula sprayer gun dihubungkan dengan pressure gauge yang ada pada tabung gas N2 bertekanan. Kemudian katup tabung gas N2dibuka sehingga gas bertekanan mengalir ke sprayer gun dan memungkinkan sprayer gun menyemprotkan sampel karbon aktif secara maksimal ke dalam ruang uji sampai ke bagian atas ruang uji. Tekanan pada tabung N2, tekanan pada pressure gauge dan tekanan pada sprayer gun dicatat. Pengujian ini dilakukan untuk beberapa variasi tekanan. 2.2.3 Uji Karakteristik Asap Optimum Uji asap optimum dilakukan untuk menentukan jumlah tisu yang akan dibakar di dalam ruang uji. Mula-mula disiapkan tisu merk Nice, sebanyak 2 gram, 4 gram, dan 6 gram. Masing-masing sampel tisu dililitkan pada solder dengan bantuan kawat sepanjang 1 m, kemudian dibakar di dalam ruang uji. Pencatatan data digitalmicro controller untuk mengukur asap dan kadar CO dalam ruang uji dilakukan tiap menit. Jenis pembakaran yang dilakukan adalah smoldering, yaitu pembentukan bara sampai asap terbentuk. Dari tiga sampel tisu berbeda, kemudian dipilih satu berat tisu yang kelak akan dipakai dalam uji adsorpsi CO dan penjernihan asap kebakaran menggunakan karbon aktif. Pemilihan berat tisu dilakukan berdasarkan jumlah CO yang dihasilkan pada asap dan data digital yang tercatat. 2.2.4 Preparasi Karbon Aktif Teraktivasi KOH Sampel karbon aktif teraktivasi KOH yang sebelumnya telah dibuat oleh Andriana (Juni, 2013) dipanaskan untuk proses desorpsi sehingga kandungan uap air maupun zat-zat lain yang terserap ke dalam karbon aktif bisa dihilangkan. Sebelum disemprotkan ke dalam ruang uji, karbon aktif teraktivasi KOH dipanaskan terlebih
dahulu selama ±1 jam untuk memastikan tidak ada kandungan uap air yang tersisa di dalamnya. 2.2.5 Uji Adsorpsi CO dan Penjernihan Asap Pengujian dilakukan di dalam sebuah ruang uji. Pada bagian tengah depan ruang uji, terdapat ruang ujia berukuran 40cm x 40cm yang bisa dibuka untuk membersihkan dinding dan dasar akrilik dari sisa adsorben yang disemprotkan ke dalam ruang uji. Bagian bawah ruang uji terdapat lubang untuk menyemprotkan adsorben karbon aktif ke dalam ruang uji. Ruang uji dibuat kedap udara dengan menempelkan plester isolasi dan plastisin di sekeliling pintu ruang uji. Tes kebocoran juga dilakukan agar tidak ada asap yang keluar selama proses uji adsorpsi berlangsung. Dalam pengujian, bahan yang dibakar sebagai model asap kebakaran adalah kertas tisu. Kertas tisu dililitkan pada solder dengan menggunakan kawat. Jenis pembakaran yang dilakukan adalah smoldering. Pengujian dalam ruang uji dilakukan selama 30 menit sejak solder dinyalakan. Selama 30 menit tersebut, data digital yang ditangkap oleh sensor sinar laser dan kandungan CO dalam ruang uji dicatat tiap menit. Adapun penyemprotan adsorben berupa karbon aktif dilakukan dengan bantuan spray gun pada saat data digital pada sensor cahaya terbaca sampai 900-1000, atau optical density (OD) mencapai maksimal dalam ruang uji. Uji adsorpsi CO dan penjernihan asap kebakaran dilakukan dengan beberapa variasi sebagai berikut: 1. Uji asap tanpa adsorben 2. Uji adsorpsi dengan gas nitrogen (N2) 3. Uji adsorpsi dengan karbon aktif teraktivasi KOH 2.2.6 Analisis Karbon Aktif KOH dengan FTIR Karbon aktif teraktivasi KOH sebelum dan sesudah pengujian adsorpsi CO dan penjernihan asap dianalisis secara kualitatif dengan menggunakan bantuan spektroskopi FTIR. Hal ini dilakukan sebagai pelengkap untuk memperoleh informasi struktur dari senyawa yang diserap oleh karbon aktif teraktivasi KOH melalui interpretasi. Sehingga dapat diketahui gas-gas dari asap yang diadsorpsi oleh karbon aktif selama pengujian dalam ruang uji. 2.3 Variabel Penelitian a. Variabel Tetap 1. Suhu dan waktu pemanasan karbon aktif dalam preparasi bahan. 2. Massa kertas tissu yang dibakar. 3. Tekanan penyemprotan karbon aktif ke dalam ruang uji oleh sprayer gun. 4. Metode pengujian adsorpsi CO dan penjernihan asap kebakaran. b. Variabel Bebas 1. Karbon aktif teraktivasi KOHyang digunakan berukuran 106-212µm dan53-106µm.
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
2.
Massa karbon aktif yang disemprotkan ke dalam ruang uji divariasikan dengan jumlah 1 gram, 3 gram, dan 5 gram. c. Variabel Terikat 1. Model asap kebakaran yang terbentuk. 2. Kemampuan adsorpsi gas CO dan penjernihan asap kebakarandari adsorben karbon aktif teraktivasi KOH. 2.4 Teknik Pengambilan Data Pengambilan data uji adsorpsi CO dan penjernihan asap kebakaran dilakukan dengan mencatat kadar CO dalam asap serta data digital dari microcontroller yang terbaca pada komputer tiap menit. Sementara untuk analisis dengan FTIR, data yang diambil adalah spektrum hasil absorbansi panjang gelombang oleh spektroskopi FTIR. 3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Preparasi dan Karakterisasi Karbon Aktif Teraktivasi KOH Karbon aktif yang digunakan berbahan dasar tempurung kelapa sawit yang menggunakan KOH sebagai aktivator kimia. KOH digunakan karena memiliki kemampuan untuk membuka pori-pori karbon. Komposisi KOH yang digunakan adalah 1:4 (persen berat) dengan konsentrasi 75%. Pada proses aktivasi kimia Larutan KOH dan karbon diaduk pada kondisi proses 85°C selama 2 jam. Proses pengadukan dan pemanasan ini bertujuan agar karbon terimpregnasi oleh oleh KOH dan kandungan air pada larutan KOH dapat menguap sehingga KOH dapat bereaksi dengan karbon dan dapat terbentuk. Setelah itu, karbon aktif yang telah teraktivasi KOH diaktivasi lagi dengan aktivasi fisis.Adapun setelah jadi, karbon aktif teraktivasi KOH tersebut dihancurkan sampai ukurannya menjadi 106-212µm dan53-106µm. Dalam proses preparasi, karbon aktif dikeringkan di dalam oven sebelum kemudian diuji kemampuan adsorpsinya. Ini dilakukan untuk menghilangkan pengotor-pengotor dalam karbon aktif, agar tidak mengganggu kemampuan adsorpsinya. Karbon aktif dikeringkan dalam suhu 110 °C selama kurang lebih satu jam sebelum disemprotkan ke dalam ruang uji. 3.2 Pengujian Adsorpsi Gas CO dan Penjernihan Asap Sampel yang digunakan dalam uji adsorpsi ini adalah karbon aktif teraktivasi KOH yang divariasikan ukuran dan massanya. Adapun ukuran dari karbon aktif yang digunakan adalah 106-212µm dan53-106µm; dengan massa masing-masing ukuran adalah 1 gram, 3 gram, dan 5 gram. Uji yang dilakukan adalah sebanyak 6 kali eksperimen dengan karbon aktif, menggunakan metode dan keadaan yang diusahakan sama. Sumber asap berasal dari tisu yang dibakar menggunakan solder. Ini dilakukan untuk mendapatkan nilai kejenuhan asap yang tinggi dan kandungan CO dalam pembakaran yang dilakukan. Asap yang
ditimbulkan dalam pembakaran tisu hampir mirip dengan asap dari hasil kebakaran dengan kandungan gas CO di atas 3000 ppm. Uji penjernihan asap dilakukan dengan bantuan opasitimeter yang memancarkan sinar laser terdapat di tiga titik pada ruang uji. Sementara itu, sensor gas analyzer dimasukkan dari bagian belakang ruang uji. Pengujian dalam ruang uji dilakukan selama 30 menit sejak solder dinyalakan. Selama 30 menit tersebut, nilai intensitas yang ditangkap oleh sensor sinar laser dan kandungan CO dalam ruang uji dicatat tiap menit. Adapun penyemprotan adsorben berupa karbon aktif dilakukan dengan bantuan spray gun pada saat kepekatan asap maksimal, dengan intensitas sinar laser menunjukkan nilai 900-1000, yaitu dengan nilai OD (opacity density) sebesar 2. Hal ini terjadi umumnya di menit ke-10 sampai ke-11 setelah solder dinyalakan. Pengujian dilakukan dalam beberapa variasi, yakni pengujian asap saja tanpa adanya penyemprotan adsorben, pengujian asap dengan penyemprotan gas nitrogen ke dalam ruang uji pada saat kepekatan asap maksimal, dan pengujian adsorpsi CO dan penjernihan asap dengan penyemprotan karbon aktif teraktivasi KOH. 3.2.1 Uji Asap tanpa Adsorben 3.2.1.1 Kadar CO pada Asap tanpa Adsorben Pada uji asap tanpa adsorben, dilakukan pencatatan kadar CO dalam ruang uji sebagai pembanding pengurangan kadar CO apabila dilakukan penyemprotan karbon aktif teraktivasi KOH. Adapun grafik penurunan kadar CO dapat dilihat dalam Gambar 1.
Gambar 1 Pengurangan kadar CO pada asap tanpa adsorben Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa kandungan CO pada asap menurun dengan sendirinya. Hal ini terjadi karena CO yang dalam ruang uji membentuk gas CO2 karena reaksi dengan gas lain pada asap sehingga nilainya menurun. Adapun penurunan CO yang terjadi pada asap nantinya akan dibandingan dengan penurunan CO bila karbon aktif teraktivasi KOH turut disemprotkan ke dalam ruang uji.
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
3.2.1.2 Penjernihan Asap tanpa Adsorben Uji asap tanpa adsorben dilakukan selama 30 menit, dengan hasil dapat dilihat pada Gambar 2.
dengan N2 yang disemprotkan ke dalam asap sehingga nilainya menurun. Penurunan CO yang terjadi nantinya akan dibandingan dengan penurunan CO bila karbon aktif teraktivasi KOH turut disemprotkan ke dalam ruang uji. 3.2.2.2 Penjernihan Asap dengan Nitrogen (N2) Uji asap dengan gas nitrogen dilakukan selama 30 menit, dengan hasil dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 2 Waktu vs. ΔOD untuk asap tanpa adsorben Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa kepekatan asap menurun seiring dengan penurunan OD dari asap, sehingga asap akan mengalami penjernihan dengan sendirinya. Hal ini terjadi karena asap selalu bergerak dan bertabrakan satu sama lain, sehingga mengalami koagulasi dan membuat ukurannya semakin membesar dan jatuh ke bawah akibat gaya gravitasi. 3.2.2 Uji Adsorpsi dengan Gas Nitrogen (N2) 3.2.2.1 Kadar CO pada Asap dengan Gas Nitrogen (N2) Uji asap dengan penyemprotan nitrogen dilakukan karena karbon aktif teraktivasi KOH yang kelak diuji akan disemprotkan dengan menggunakan gas N2. Sehingga pengaruh penyemprotan gas N2 saja ke dalam asap harus diketahui agar terlihat perbedaannya. Adapun pengurangan kadar CO pada asap terjadi di menit ke-19.
Gambar 4 Waktu vs. OD uji adsorpsi dengan nitrogen Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa kepekatan asap juga menurun seiring dengan penurunan OD, sehingga asap mengalami penjernihan dengan bantuan gas nitrogen yang disemprotkan ke dalam ruang uji. Adapun penurunan kepekatan asap mulai terjadi di menit ke-11, dengan opasitimeter yang menunjukkan bahwa bagian tengah ruang uji lebih cepat menjadi jernih, diikuti dengan bagian atas yang juga cepat menjadi jernih. Adapun grafik penurunan OD dapat dilihat pada Gambar 6 di bawah ini.
Gambar 5Waktu vs. ΔOD untuk asap dengan N2 Gambar 3 Pengurangan kadar CO pada asap yang disemprotkan nitrogen Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa kandungan CO pada asap yang disemprotkan dengan nitrogen menurun dengan. Hal ini terjadi karena CO yang dalam ruang uji membentuk gas CO2 karena reaksi dengan gas lain serta
3.2.3 Uji Adsorpsi CO dengan Karbon Aktif Teraktivasi KOH Uji adsorpsi CO dengan karbon aktif teraktivasi KOH dilakukan dengan variasi ukuran dan massa. Karbon aktif dengan dua ukuran berbeda (106-212µm dan 53106µm) diambil masing-masing sebanyak 1 gram, 3 gram, dan 5 gram.
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
3.2.3.1 Pengaruh Massa Karbon Aktif Teraktivasi KOH terhadap Adsorpsi CO pada Asap Kebakaran Analisis pengaruh massa karbon aktif teraktivasi KOH terhadap kemampuan penjernihan asap dilakukan untuk melihat pengaruh variasi massa berbeda terhadap penjernihan asap oleh karbon aktif yang disemprotkan. Indikator yang digunakan adalah penurunan kadar CO pada asap terhadap waktu mulai dari titik tertinggi bacaan kadar CO pada gas analyzer, yaitu pada menit ke-18. Semakin tinggi penurunan CO, maka semakin baik karbon aktif tersebut dalam menjernihkan asap. 1.
Karbon aktif ukuran 106-212µm
Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa penurunan kadar CO lebih banyak seiring dengan penyemprotan karbon aktif dengan jumlah yang lebih besar. Penyemprotan karbon aktif yang lebih besar akan mampu mengadsorpsi CO lebih banyak dalam waktu yang sama. Hal ini terjadi karena semakin banyak karbon aktif yang disemprotkan, makin banyak karbon aktif yang menyerap CO dalam ruang uji. 3.2.3.2 Pengaruh Ukuran Karbon Aktif Teraktivasi KOH terhadap Adsorpsi CO pada Asap Kebakaran Analisis pengaruh ukuran karbon aktif teraktivasi KOH terhadap kemampuan penjernihan asap dilakukan untuk melihat pengaruh variasi ukuran berbeda terhadap penjernihan asap oleh karbon aktif yang disemprotkan. Indikator yang digunakan adalah penurunan kadar CO pada asap terhadap waktu mulai dari titik tertinggi bacaan kadar CO pada gas analyzer, yaitu pada menit ke-18. Semakin tinggi penurunan CO, maka semakin baik karbon aktif tersebut dalam menjernihkan asap. 1.
Karbon aktif dengan massa 1 gram
Gambar 6 Pengurangan kadar CO pada asap dengan karbon aktif ukuran 106-212µm Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa penurunan kadar CO lebih cepat seiring dengan penyemprotan karbon aktif yang lebih banyak. Penyemprotan karbon aktif yang lebih tinggi akan mampu mengadsorpsi CO lebih banyak dalam waktu yang sama. Hal ini terjadi karena semakin banyak karbon aktif yang disemprotkan, makin banyak karbon aktif yang menyerap CO. 2.
Karbon aktif ukuran 53-106µm
Gambar 8 Pengurangan kadar CO pada asap dengan massa 1 gram Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa penurunan kadar CO pada karbon aktif dengan massa 1 gram bervariasi berdasarkan ukurannya. Menurut teori adsorpsi, pengurangan ukuran akan membuat kapasitas adsorspi meningkat. Hal ini terjadi karena semakin kecil ukuran adsorben, semakin baik pula luas permukaan kontak adsorben dengan adsorbat, sehingga akan makin banyak adsorbat yang terserap oleh adsorben. Dari grafik di atas terlihat bahwa karbon aktif berukuran 53-106µm menyerap lebih banyak CO ketimbang karbon aktif dengan ukuran 106-212µm.
Gambar 7 Pengurangan kadar CO pada asap dengan karbon aktif ukuran 53-106µm
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
2.
Karbon aktif dengan massa 3 gram
3.2.4.1 Pengaruh Massa Karbon Aktif Teraktivasi KOH terhadap Penjernihan Asap Kebakaran Analisis pengaruh massa karbon aktif teraktivasi KOH terhadap kemampuan penjernihan asap dilakukan untuk melihat pengaruh variasi massa berbeda terhadap penjernihan asap oleh karbon aktif yang disemprotkan. Indikator yang digunakan adalah penurunan nilai optical density (ΔOD) terhadap waktu mulai menit pertama sejak karbon aktif disemprotkan. Semakin tinggi ΔOD, maka semakin baik karbon aktif tersebut dalam menjernihkan asap. Berikut ini adalah hasil pengaruh massa dari tiap ukuran karbon aktif yang berbeda. 1.
Karbon aktif ukuran 106-212µm
Gambar 9 Pengurangan kadar CO pada asap dengan massa 3 gram Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa penurunan kadar CO pada karbon aktif dengan massa 3 gram setipe dengan karbon aktif bermassa 1 gram. Karbon aktif dengan ukuran 53-106µm merupakan karbon aktif yang paling baik dan menyerap lebih banyak CO daripada karbon aktif dengan ukuran 106-212µm. 3.
Karbon aktif dengan massa 5 gram
(a)
(b)
Gambar 10 Pengurangan kadar CO pada asap dengan massa 5 gram Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa penurunan kadar CO pada karbon aktif dengan massa 5 gram setipe dengan karbon aktif bermassa 1 gram dan 3 gram. Karbon aktif dengan ukuran 53-106µm merupakan karbon aktif yang paling baik, menyerap lebih banyak CO daripada karbon aktif berukuran 106-212µm. 3.2.4 Uji Penjernihan Asap dengan Karbon Aktif Teraktivasi KOH Uji penjernihan asap dengan karbon aktif teraktivasi KOH dilakukan dengan variasi ukuran dan massa. Karbon aktif dengan dua ukuran berbeda (106-212µm dan53-106µm) diambil masing-masing sebanyak 1 gram, 3 gram, dan 5 gram.
(c) Gambar 11 Nilai waktu vs ΔOD untuk tiap massa KA KOH pada ukuran 106-212µm (a) laser atas (b) laser tengah (c) laser bawah
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
Dari grafik di atas, laser atas dan laser bawah menunjukkan bahwa massa karbon aktif yang paling maksimal untuk menjernihkan asap adalah saat karbon aktif bermassa 5 gram. 2.
Karbon aktif ukuran 53-106µm
4.2.3.2 Pengaruh Ukuran Karbon Aktif Teraktivasi KOH terhadap Penjernihan Asap Kebakaran Analisis pengaruh ukuran karbon aktif teraktivasi KOH terhadap kemampuan penjernihan asap dilakukan untuk melihat pengaruh variasi ukuran yang berbeda terhadap penjernihan asap oleh karbon aktif yang disemprotkan. Indikator yang digunakan adalah penurunan nilai optical density (ΔOD) terhadap waktu mulai menit pertama sejak karbon aktif disemprotkan. Semakin tinggi ΔOD, maka semakin baik karbon aktif tersebut dalam menjernihkan asap. Berikut ini adalah hasil pengaruh ukuran dari tiap massa karbon aktif yang berbeda. 1.
Karbon aktif dengan massa 1 gram
(a)
(a)
(b)
(b)
(c) Gambar 12 Nilai waktu vs ΔOD untuk tiap massa KA KOH pada ukuran 53-106µm (a) laser atas (b) laser tengah (c) laser bawah Dari grafik di atas, laser tengah dan laser bawah menunjukkan bahwa massa karbon aktif yang paling maksimaluntuk menjernihkan asap adalah saat karbon aktif bermassa 5 gram.
(c) Gambar 13 Nilai waktu vs ΔOD untuk tiap ukuran KA KOH pada massa 1 gram (a) laser atas (b) laser tengah (c) laser bawah
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
Pada massa 1 gram, dapat dilihat bahwa karbon aktif dengan kemampuan penjernihan asap paling maksimal adalah karbon aktif berukuran 53-106µm. Hal ini sesuai dengan teori adsorpsi bahwa semakin kecil suatu ukuran adsorben, semakin baik kemampuan adsorpsinya karena semakin besar pula luas permukaan kontak antara adsorben dan adsorbat. 2.
3.
Karbon aktif dengan massa 5 gram
Karbon aktif dengan massa 3 gram
(a)
(a)
(b)
(b)
(c) Gambar 15Nilai waktu vs ΔOD untuk tiap ukuran KA KOH pada massa 5 gram (a) laser atas (b) laser tengah (c) laser bawah (c) Gambar 14 Nilai waktu vs ΔOD untuk tiap ukuran KA KOH pada massa 3 gram (a) laser atas (b) laser tengah (c) laser bawah Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa karbon aktif dengan kemampuan penjernihan asap paling maksimal adalah karbon aktif berukuran 53-106µm.
Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa karbon aktif dengan kemampuan penjernihan asap paling maksimal adalah karbon aktif berukuran 53-106µm. 3.3 Analisis Karbon Aktif KOH dengan FTIR Analisis kualitatif dengan IR dilakukan sebagai pelengkap untuk memperoleh informasi struktur dari senyawa yang diserap oleh karbon aktif teraktivasi KOH melalui interpretasi. Sehingga dapat diketahui pula gasgas yang diadsorpsi oleh karbon aktif saat uji adsorpsi CO dan penjernihan dalam ruangan akrilik dilakukan.
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
2.
(a)
(b) Gambar 16 Hasil FTIR karbon aktif teraktivasi KOH (a) sebelum pengujian; (b) setelah pengujian Pada hasil FTIR sebelum uji dilakukan, karbon aktif KOH memiliki sedikit sebaran pada daerah ulur hidrogen (3700-2700 cm-1). Puncak adsorpsi timbul di daerah ini karena vibrasi ulur dari O-H atau N-H. Ikatan hidrogen menyebabkan puncak melebar dan terjadi pergeseran ke arah bilangan gelombang yang lebih pendek. Hal ini menunjukkan adanya kandungan O-H dari senyawa aktivator kimia KOH. Sementara itu, sebaran data pada panjang gelombang 400-500 cm-1 menunjukkan adanya kandungan gugus karbon penunjang seperti C-H pada karbon aktif teraktivasi KOH sebelum diuji. Sementara itu, pada hasil FTIR setelah uji adsorpsi CO dan penjernihan asap dilakukan, karbon aktif KOH menunjukkan sebaran yang lebih banyak pada daerah ulur hidrogen (3700-2700 cm-1). Ini disebabkan oleh terserapnya uap air dari asap ke dalam karbon aktif. Sementara sebaran pada panjang gelombang 15001560cm-1 dalam hasil di atas menunjukkan adanya ikatan rangkap dua yang ditangkap oleh spektroskopi FTIR. Puncak adsorpsi yang timbul di daerah ini diakibatkan oleh kandungan CO yang telah terserap. 4. Kesimpulan dan Saran 4.1 Kesimpulan Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Karbon aktif teraktivasi KOH dapat digunakan untuk mengadsorpsi CO dan menjernihkan asap kebakaran.
Semakin kecil ukuran partikel karbon aktif, maka semakin baik pula kemampuan adsorpsi CO. Hal ini bersesuaian dengan teori adsorpsi, bahwa semakin kecil ukuran partikel, maka semakin besar luas permukaan kontak antara adsorben dan adsorbat, sehingga lebih banyak adsorbat yang teradsorpsi. 3. Penjernihan asap dipengaruhi oleh kemampuan adsorpsi suatu adsorben. Makin besar kemampuan adsorpsi adsorben, makin baik penjernihan asap yang dilakukan. 4. Massa dan ukuran karbon aktif teraktivasi KOH yang maksimal dalam proses adsorpsi CO dan penjernihan asap kebakaran adalah 5 gram dan 53-106µm. 4.2 Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran yang dapat diberikan: 1. Perancangan dan persiapan alat harus dilakukan dengan sangat hati-hati agar tidak terjadi penyimpangan pengambilan data. 2. Mencari metode penyemprotan yang lebih baik untuk adsorben agar waktu kontak antara adsorben dengan asap dapat lebih lama sehingga kapasitas adsorpsi gas CO menjadi lebih besar dan proses penjernihan asap lebih cepat. 5. DAFTAR PUSTAKA Andriana, 2013. “Preparasi dan Karakterisasi Karbon Aktif Berbahan Dasar Tempurung Kelapa Sawit dengan Bahan Pengaktif KOH sebagai Adsorben Gas CO dari Asap Kebakaran”. Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia, Depok. Apriano, Tito, 2012. “Perancangan Sistem Pendeteksi Asap Tipe Fotoelektrik Berbasis Micro Controller dan Aplikasinya dalam Pengukuran Optical Density”. Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia, Depok. Mc Cabe, Smith and Harriot.(1993).Unit Operations of Chemical Engineering, 5th Edition, Mc Graw Hill, Inc. New York. Naeher, Luke P., Michael Brauer, Michael Lipsett, Judith T. Zelikoff, Christopher D. Simpson, Jane Q. Koenig, dan Kirk R. Smith. (2007). Woodsmoke Health Effects: A Review. Inhalation Toxicology, Informa Healthcare, Vol. 19. Ruthven, Douglas M. (1984). Principles of Adsorption and Adsorption Processes. Canada, John Wiley & Sons, Inc.. Treybal, Robert E. (1981). Mass-Transfer Operations, 3th Edition, McGraw Hill, Inc. New York. Yang, Ralph T. (1987). Gas Separation by Adsorption Processes. United States, Butterworth Publishers, Stoneham, MA
Pengaruh ukuran…, Selvi Sanjaya, FT UI, 2014
