Activated Carbon : Adsorpsi fenol pada karbon aktif mikropori tinggi yang dibuat dari lumpur berminyak: studi kesetimbangan, kinetik, dan termodinamika

Activated Carbon : Adsorpsi fenol pada karbon aktif mikropori tinggi yang dibuat dari lumpur berminyak: studi kesetimbangan, kinetik, dan termodinamika

Kualitas air memburuk secara eksponensial karena pertumbuhan populasi dunia, industrialisasi, urbanisasi yang cepat dan aktivitas manusia yang ekstensif. Pembuangan air limbah yang tidak diolah atau tidak diolah secara memadai dari berbagai industri ke lingkungan alam menyebabkan pencemaran air. Senyawa fenol dan fenolik sangat karsinogenik dan telah diklasifikasikan sebagai polutan prioritas oleh Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) karena toksisitasnya yang tinggi bahkan pada konsentrasi rendah.

Metode yang paling umum untuk menghilangkan fenol dari larutan berair termasuk ekstraksi, distilasi, pertukaran ion, sedimentasi, oksidasi kimia, proses reverse osmosis serta adsorpsi. Di antara proses fisikokimia ini, adsorpsi telah banyak digunakan karena biaya implementasinya yang rendah, jangkauan aplikasi yang luas, efisiensi tinggi dan desain operasional yang mudah.

Karbon aktif (AC) adalah adsorben yang paling umum dalam pengolahan air dan air limbah. AC adalah bahan berkarbon dengan struktur berpori yang berkembang dengan baik dan luas permukaan spesifik yang besar yang dapat diproduksi dari berbagai prekursor dengan kandungan karbon tinggi dan lebih disukai jumlah kandungan anorganik yang rendah6. Biasanya, AC komersial mahal karena biaya bahan baku yang relatif tinggi. Salah satu alternatif untuk mengurangi biaya AC adalah penggunaan bahan yang murah dan banyak tersedia seperti limbah padat yang berbeda. Limbah industri yang tersedia dan bahan berbiaya rendah adalah salah satu prekursor yang paling menarik untuk persiapan ACs. Lumpur berminyak dapat digunakan sebagai prekursor untuk persiapan AC karena kandungan karbonnya yang cukup besar. Penggunaan lumpur berminyak untuk produksi penyerap karbon, meskipun jarang diselidiki, bisa menjadi teknik yang menarik untuk pengelolaan residu ini dari sudut pandang ekonomi dan lingkungan.

Karya ini menyajikan produksi AC dari lumpur berminyak menggunakan dua langkah termasuk perlakuan termal dan termokimia untuk perbaikan proses. Optimalisasi kondisi sintesis juga dilakukan untuk mengurangi konsumsi bahan kimia dan reagen. Sepengetahuan kami, hanya dua penelitian sebelumnya yang melaporkan sintesis AC dari lumpur berminyak, dan tidak satupun dari mereka yang mengoptimalkan kondisi preparasi, menghasilkan AC dengan luas permukaan spesifik yang relatif rendah atau memerlukan langkah penghilangan minyak sebelum aktivasi. 

Dalam penelitian ini, teknik yang lebih nyaman diterapkan untuk tujuan menyiapkan AC dengan luas permukaan yang tinggi. AC yang dihasilkan dicuci berulang kali dengan air panas dan dingin diikuti dengan pencucian asam. Pencucian asam dan penciptaan tegangan termal dapat berguna untuk meningkatkan porositas serta luas permukaan spesifik. Selanjutnya, potensi AC dengan luas permukaan spesifik tertinggi diselidiki untuk menghilangkan fenol dari larutan berair. Menurut pengetahuan dan tinjauan literatur kami, penghilangan fenol menggunakan AC yang berasal dari lumpur berminyak belum dilaporkan. Selain itu, studi kesetimbangan, kinetik, termodinamika dan regenerasi adsorpsi fenol oleh AC yang disintesis juga diselidiki. Dengan demikian, hal baru dari penelitian ini adalah sintesis ACs dengan tekstur berpori yang berkembang sangat baik melalui aktivasi kimia oleh KOH dari residu lumpur berminyak yang dikhususkan untuk adsorpsi fenol dari air.

Hasil dan Diskusi

Karakteristik lumpur berminyak

Jumlah C, H, N, S dan O masing-masing adalah 82,4, 12,5, 0,2, 1,6, dan 3,3 persen. Lumpur berminyak menyajikan kadar abu yang relatif rendah yaitu 6,2%. Prekursor untuk sintesis karbon aktif sebaiknya tersedia, murah, tinggi karbon dan rendah kadar abu. Jumlah karbon yang tinggi (82,4%) dan kadar abu yang relatif rendah (6,2%) menunjukkan bahwa lumpur berminyak dapat dianggap sebagai bahan yang berharga untuk pembuatan AC, jika metode yang tepat digunakan.

Karakteristik karbon aktif

Dapat diamati dengan jelas dari Tabel 1 bahwa bilangan iodin ACs meningkat dengan meningkatnya suhu aktivasi dari 600 menjadi 800 °C dan rasio impregnasi dari 1:1 menjadi 2:1. Berdasarkan hasil yang diperoleh, porositas tertinggi diperoleh pada suhu aktivasi 800 °C dan rasio impregnasi 2:1. Suhu aktivasi memainkan peran penting dalam pembentukan mikro atau mesopori di ACs. Secara umum, peningkatan suhu aktivasi dari 600 °C menjadi 800 °C, menghasilkan pengembangan struktur berpori yang lebih tinggi. 

Hal ini dapat disebabkan oleh reaksi KOH dan permukaan karbon, penguapan bahan yang mudah menguap dan pengembangan pori-pori baru pada struktur bahan baku. Namun, peningkatan lebih lanjut dalam suhu aktivasi hingga 900 °C menyebabkan kontraksi struktur berpori. Sejumlah kecil logam kalium diproduksi pada suhu lebih tinggi dari 700 °C yang terinterkalasi di antara lapisan karbon. Temperatur yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan dinding pori dan mengubah pori mikro menjadi pori meso atau makro, yang mengakibatkan hilangnya porositas sesuai dengan hasil pekerjaan ini. Lebih lanjut, dilaporkan juga bahwa suhu yang sangat tinggi meningkatkan laju reaksi gasifikasi yang mengakibatkan kerusakan mikropori dan mengurangi luas permukaan AC. 

Peningkatan rasio impregnasi dari 1:1 menjadi 2:1 mengakibatkan terjadinya porositas karena adanya lebih banyak KOH yang dapat bereaksi dengan permukaan karbon yang menyebabkan lebih banyak pelepasan gas dan pembentukan lebih banyak volume pori-pori pada permukaan adsorben. Namun pada rasio impregnasi yang lebih tinggi, pori-pori mikro mungkin menyatu sebagai akibat dari dekomposisi karbon yang lebih dalam. Pada rasio impregnasi tertinggi 3:1, volume pori menurun sebagai akibat dari efek destruktif bahan kimia pada struktur mikropori seperti yang dilaporkan oleh Yahya et al.

Isoterm adsorpsi/desorpsi N2 dari ACs dibuat pada suhu aktivasi yang berbeda dan rasio impregnasi 1:1 ditunjukkan pada Gambar. 1(A). Isoterm adsorpsi untuk semua AC tersebut termasuk dalam kombinasi isoterm tipe dan tipe V menurut klasifikasi IUPAC20, yang menunjukkan adanya struktur mikro dan mesopori. Menurut plot, dengan meningkatnya suhu dari 600 menjadi 800 °C, jumlah N2 yang teradsorpsi pada tekanan relatif rendah meningkat yang menunjukkan mikroporositas yang lebih tinggi dari karbon aktif yang dihasilkan. 

Jenis isoterm biasanya dikaitkan dengan sampel mikropori dengan permukaan luar yang relatif kecil, sementara beberapa mesopori ada di AC karena sedikit peningkatan adsorpsi N2 pada tekanan relatif yang lebih tinggi setelah mengisi mikropori. Setelah peningkatan P/P0 secara progresif pada isoterm tipe I, garis horizontal yang kasar diperpanjang ke atas. Isoterm ini menggambarkan adsorpsi lapisan tunggal, yang konsisten dengan persamaan Langmuir. Gambar 1(B) menunjukkan isoterm adsorpsi/desorpsi N2 dari AC yang diperoleh dengan rasio impregnasi yang berbeda dan pada suhu aktivasi 800 °C. Semua AC menunjukkan lagi kombinasi isoterm tipe I dan tipe V dari klasifikasi IUPAC yang menunjukkan koeksistensi mikro dan mesopori dalam struktur AC. Loop histeresis di semua isoterm desorpsi adalah karakteristik keberadaan mikropori dan/atau mesopori berbentuk celah dalam struktur sampel ini. Persentase maksimum volume mikropori (73%) diperoleh pada rasio impregnasi 2:1 (rasio massa zat pengaktif terhadap lumpur berminyak terkarbonisasi) dan suhu aktivasi 800 °C. Sampel ini (CK2T800), yang menunjukkan nilai BET maksimum 2263 m2 g−1 dan bilangan iodin 2003 mg g−1, dipilih untuk karakterisasi lebih lanjut.

Analisis FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi permukaan karbon aktif. Gambar 2 menunjukkan spektrum FT-IR sampel CK2T800. Puncak lebar sekitar 3422 cm−1 dikaitkan dengan pita gugus O–H karena getaran molekul air. Puncak yang terlihat pada 2924 cm−1 dikaitkan dengan adanya regangan C–H alifatik dari gugus CH, CH2 dan CH323. Puncak pada 2854 cm−1 ditetapkan pada regangan simetris CH2. Puncak yang teramati pada 2345 cm−1 muncul karena adanya gugus C = C. Puncak pada 2085 cm−1 terkait dengan getaran regangan C = N24. Puncak yang ditunjukkan pada 1622 cm−1 juga dapat dikaitkan dengan regangan C = O asam karboksilat25. Pita 1444 cm−1 memberikan getaran tekuk asimetris dan simetris C-H26. Pita lemah dalam kisaran antara 900 hingga 1300 cm−1 mungkin disebabkan oleh adanya gugus C–O dalam sampel. Pita yang ditemukan pada 874 cm−1 terkait dengan vibrasi regangan pita C−H di luar bidang.

Struktur morfologi arang lumpur residu berminyak dan karbon aktif CK2T800 dianalisis dengan SEM. Gambar SEM mengungkapkan bahwa permukaan luar karbon aktif sangat tidak beraturan dan penuh rongga dengan bentuk dan ukuran yang berbeda dibandingkan dengan arang non-aktif. Ini bisa menjadi konsekuensi dari gasifikasi dan pelepasan bahan volatil yang dihasilkan selama proses aktivasi. Analisis EDX menunjukkan adanya C dan O dalam AC yang disiapkan. Persentase atom C dan O dihitung dari kuantifikasi puncak, memberikan nilai masing-masing sekitar 81 dan 6. Kandungan karbon yang relatif tinggi dan tidak adanya logam alkali dan alkali tanah menunjukkan bahwa proses karbonisasi dan tahap pencucian berhasil.

Adsorpsi fenol

Tes adsorpsi awal dilakukan dengan semua AC yang disintesis untuk memilih satu dengan sifat yang paling cocok untuk penghilangan fenol dari fase berair. Gambar 4 menunjukkan jumlah fenol teradsorpsi (mg g−1) oleh ACs yang berbeda dan luas permukaan BET mereka. Dapat diamati hubungan antara nilai BET dan kapasitas adsorpsi karbon aktif28. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 4, adsorpsi fenol tertinggi diperoleh dengan karbon aktif CK2T800, yang merupakan AC dengan luas permukaan tertinggi dan struktur berpori yang lebih berkembang. Oleh karena itu, karbon ini dipilih untuk percobaan adsorpsi selanjutnya. Lebih lanjut, harus disebutkan bahwa kapasitas adsorpsi fenol pada arang non-aktif hanya 14,28 mg g−1, yang secara signifikan lebih rendah daripada karbon aktif sesuai dengan perkembangan porositasnya yang jauh lebih rendah. Hal ini menegaskan bahwa proses aktivasi oleh KOH meningkatkan kapasitas adsorpsi karbon melalui peningkatan luas permukaan dan struktur berpori.

LAYANAN ADY WATER

Jual karbon aktif dengan merek import: HAYCARB, JACOBI, CALGON, dan NORIT. Merek karbon aktif lokal: KARBON AKTIF ADY WATER. Kemasan karbon aktif 25 kg per karung untuk karbon import, untuk karbon lokal 25 kg per karung dan 20 kg per karung. Menyediakan karbon aktif lokal eceran kiloan, untuk import tidak eceran. Fungsi karbon aktif untuk filter air bersih, filter air minum, filter air aquarium, filter air kolam, filter air proses industri, filter air lingkungan, dekolorisasi, gula rafinasi, pemulihan emas (gold recovery), menghilangkan klorin, bau pada air, dll.

Jual silica gel minimal pembelian 1 kg. Ukuran sachet silica gel yang dijual 1 gram, 2 gram, 5 gram, 10 gram, 25 gram, 50 gram, 100 gram, 250 gram, 500 gram, 1 kilogram. Jual silica gel curah per karung 25 kilogram. Sudah suplai silica gel untuk kebutuhan bandara, industri sepatu, makanan (FOOD GRADE), gas separasi / kromatografi kolom, aquarium, kebutuhan pribadi, dll

Kemasan per karung 50 kg. Sudah suplai untuk PDAM, PLTU, kebutuhan boiler industri, venue olahraga (PON / Pekan Olahraga Nasional), water treatment industri, water treatment rumah tangga

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater