Preparasi karbon aktif dari serpihan kayu eukaliptus menggunakan proses aktivasi karbonisasi-uap terus menerus dalam tanur putar intermiten batch

Preparasi karbon aktif dari serpihan kayu eukaliptus menggunakan proses aktivasi karbonisasi-uap terus menerus dalam tanur putar intermiten batch

Produksi karbon aktif dari serpihan kayu kayu putih dengan aktivasi uap di tanur putar intermiten batch 2000 kg dengan proses aktivasi karbonisasi-uap terus menerus yang dilakukan pada 500 °C hingga 700 °C telah dipelajari. Produk karbon aktif dikarakterisasi dengan FTIR, SEM-EDS, spektroskopi Raman, dan analisis BET. Persen rendemen, bilangan iodin, dan bilangan metilen biru dari bahan karbon aktif yang dihasilkan juga diukur. Terlihat bahwa persen rendemen bahan karbon aktif yang dibuat pada rentang suhu 500 sampai 700 °C adalah 21,63 ± 1,52%–31,79 ± 0,70% dengan kapasitas 518–737 mg I2/g dan 70,11–96,93 mg metilen biru. /G. Luas permukaan BET dan volume mikropori karbon aktif masing-masing adalah 426.8125–870.4732 m2/g dan 0.102390–0.215473 cm3/g. 

Steam yang digunakan dalam proses ini dapat menghasilkan berbagai gugus fungsi permukaan yang mengandung oksigen seperti gugus –CO dan –COC. Selain itu, juga dapat meningkatkan sifat amorf dari produk karbon aktif. Sifat produk karbon aktif ini meningkat dengan meningkatnya suhu aktivasi uap dari 500 menjadi 700 °C. Akibatnya, bahan karbon aktif yang dihasilkan pada suhu aktivasi 600 °C dan 700 °C menunjukkan adsorpsi yang lebih tinggi.

Kata Pengantar

Dewasa ini, jumlah masalah lingkungan di dunia semakin meningkat. Hal ini terutama berlaku untuk pencemaran air limbah, yang perlu ditingkatkan dalam hal kualitas pembuangan dan konsumsi. Oleh karena itu, perlu dicari metode dan bahan baru yang akan digunakan dalam proses pengolahan air. Salah satu bahan yang paling banyak digunakan untuk pengolahan air adalah karbon aktif yang memiliki sifat penyerap yang baik. Selain itu, murah dan ada banyak bahan baku prekursor yang cocok untuk produksi karbon aktif. 

Biomassa merupakan bahan yang cocok untuk menghasilkan karbon aktif berkualitas baik, karena porositas strukturalnya yang baik dan kemudahan penambahan pori mikro lebih lanjut melalui aktivasi. Ini juga merupakan bahan prekursor yang terus dibuat di alam dan industri. Limbah dari industri kayu merupakan bahan curah yang murah. Oleh karena itu, bahan limbah ini kemungkinan menjadi pilihan yang layak untuk menghasilkan karbon aktif. Limbah kayu eucalyptus merupakan limbah yang melimpah dari industri perkayuan, yang banyak digunakan di berbagai bidang, seperti bahan bakar briket, bahan bakar padat torrefied, gula, bensin, atau biooil4 dan bahan elektroda pada superkapasitor. 

Biasanya, produksi karbon aktif memiliki dua tahap. Ini adalah tahap karbonisasi dan aktivasi. Setelah tahap karbonisasi selesai dan arang diperoleh, tungku dimatikan dan reaktor didinginkan sampai suhu sekitar sebelum tahap aktivasi. Metode aktivasi untuk produksi karbon aktif meliputi aktivasi kimia dan fisik. Aktivasi uap adalah salah satu metode aktivasi fisik yang digunakan dalam produksi karbon aktif, yang biasanya beroperasi antara 700 dan 1000 °C. Produksi karbon aktif dengan uap merupakan alat remediasi lingkungan yang berbiaya rendah, hijau, layak, dan efektif. 

Karbon aktif dari Miscanthus sacchariflorus yang dibuat dengan aktivasi uap pada suhu 800 °C merupakan material dengan luas permukaan yang tinggi dengan densitas mikropori yang meningkat. Hal ini karena uap menghilangkan atom karbon dari dalam jaringan karbon padat, mengakibatkan terciptanya pori-pori baru dan terbukanya pori-pori yang tersumbat. Reaktor pirolisis, yang paling banyak digunakan untuk produksi karbon aktif, dapat dibagi menjadi dua jenis berdasarkan metode dan kecepatan beban. Ini adalah reaktor unggun tetap dan unggun bergerak. Reaktor unggun bergerak dibagi lagi menjadi reaktor pneumatik (menggelegak, menyemburkan, bersirkulasi, atau mengangkut unggun terfluidisasi), mekanis (rotary kiln, rake, auger, ablatif, diaduk), dan reaktor di mana muatan bergerak di bawah gravitasi.

Untuk reaktor unggun tetap, reaktor unggun tetap tipe tabung skala 1000 kg telah digunakan untuk produksi karbon aktif dari jamur bekas, yang memperoleh produk karbon aktif berkualitas tinggi. Namun, reaktor rotary kiln dipilih untuk produksi karbon aktif dalam penelitian ini. Hal ini karena memiliki banyak keunggulan dibandingkan jenis reaktor lainnya seperti waktu tinggal zat padat yang mudah diatur dalam reaktor, pencampuran bahan yang baik, dan perpindahan panas yang baik selama putaran lambat tanur miring. Sifat-sifat ini menyebabkan produk pirolitik seragam, dan kemungkinan operasi terus menerus, meskipun bahan masukan padat mungkin memiliki berbagai bentuk, ukuran, dan nilai kalor.

Dalam penelitian ini, serpihan kayu kayu putih digunakan sebagai bahan prekursor untuk produksi karbon aktif dengan aktivasi uap dalam skala besar (2000 kg). Reaktor pirolisis 2000 kg adalah tungku putar intermiten yang dikembangkan menjadi pabrik prototipe untuk produksi karbon aktif komersial. Itu disesuaikan untuk beroperasi terus menerus tanpa penurunan suhu setelah tahap produksi karbon. Ketika proses produksi arang selesai, uap segera dimasukkan untuk mengurangi biaya dan waktu pemrosesan. Pengaruh suhu aktivasi uap 500 °C, 600 °C, dan 700 °C terhadap sifat karbon aktif dari serpihan kayu kayu putih diselidiki.

Hasil dan Diskusi

Analisis proksimat dan persentase hasil

Analisis proksimat (Tabel 1) menunjukkan bahwa serpihan kayu eukaliptus mentah merupakan biomassa yang baik untuk produksi karbon aktif dengan kandungan karbon tetap yang tinggi dan kandungan abu yang sangat rendah. Rendemen karbon aktif menurun dari 31,79 ± 0,70% menjadi 21,63 ± 1,52% ketika suhu aktivasi uap dinaikkan dari 500 menjadi 700 °C. Seiring dengan itu, kandungan volatile matter mengalami penurunan. Di sisi lain, kandungan karbon tetap meningkat dengan meningkatnya suhu aktivasi uap. Hasil ini disebabkan oleh degradasi termal volatile matter dan dekomposisi karbon dalam bentuk CO, CO2, dan CH410. Oksidasi parsial dengan uap air, seperti yang ditunjukkan dalam reaksi (1-4), telah terjadi pada tingkat yang lebih tinggi pada suhu aktivasi yang lebih tinggi

C+H2O→CO+H2           (1)

CO+H2O→CO2+H2      (2)

C+CO2→2CO                (3)

C+2H2→CH4                 (4)

TGA serpihan kayu kayu putih

Perilaku termal (TGA) serpihan kayu eucalyptus mentah kering diselidiki dari 40 hingga 1000 °C pada laju 10 °C/menit dalam atmosfer pengoksidasi dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar tersebut menggambarkan penurunan berat empat tahap. Penurunan berat badan selama tahap pertama TGA, di bawah 200 °C, ditemukan 7,90%. Hal ini disebabkan adanya penghilangan kandungan air dari struktur seluler serpihan kayu kayu putih. Tahap pemanasan kedua dari 200 hingga 342 °C menghasilkan penurunan berat 20,04%, yang dapat dikaitkan dengan dekomposisi komponen karbohidrat, selulosa, dan hemiselulosa dari serpihan kayu kayu putih. 

Hemiselulosa, yang terdiri dari struktur amorf dengan derajat polimerisasi rendah, terdekomposisi dalam kisaran suhu 240–295 °C, sedangkan selulosa, yang merupakan bahan kristal yang terdiri dari rantai besar polimer berbobot molekul tinggi, terdekomposisi. dari sekitar 300 hingga 342 °C pada tahap kedua12. Tahap pemanasan ketiga dari 342 hingga 900 °C menghasilkan penurunan berat ~ 69% yang terutama disebabkan oleh dekomposisi lignin yang signifikan, yang terdiri dari struktur polimer aromatik yang kompleks, struktur karbon, dan pengotor anorganik. Pada langkah terakhir, di atas 900 °C, hanya ada penurunan berat minimal yang menghasilkan berat abu residu sebesar 1,80%. Hasil TGA sejalan dengan kandungan karbon dari bahan karbon aktif yang diperoleh setelah karbonisasi dan aktivasi uap di bawah atmosfer inert seperti yang dilaporkan dalam hasil analisis proksimat.

Analisis EDS

Hasil analisis sinar-X dispersif energi (Tabel 2) menunjukkan bahwa serpihan kayu eukaliptus mentah mengandung 51,99% karbon dan 35,35% oksigen bersama dengan unsur-unsur lain seperti Na, Si, K, dan Ca. Setelah aktivasi karbonisasi-uap, kandungan karbon meningkat sementara kandungan oksigen menurun untuk semua bahan karbon aktif, yang dibuat dengan aktivasi karbonisasi-uap pada 500-700 °C. Hal ini dikaitkan dengan penghilangan zat yang mudah menguap dan gugus fungsi yang mengandung oksigen oleh degradasi termal selama tahap karbonisasi dan tahap aktivasi uap, masing-masing. 

Kandungan oksigen yang dihasilkan pada bahan aktivasi uap diharapkan berasal dari gugus fungsi yang mengandung oksigen pada permukaan bahan karbon aktif uap. Hasil ini menunjukkan bahwa bahan karbon aktif uap menunjukkan kandungan karbon tinggi dan beberapa gugus fungsi permukaan yang mengandung oksigen, yang menyediakan permukaan aktif untuk perlekatan polutan organik. Selanjutnya, kandungan unsur-unsur tertentu lainnya juga menurun dengan meningkatnya suhu aktivasi uap. Diasumsikan bahwa ini lebih mudah larut dan dielusi oleh uap pada suhu aktivasi yang lebih tinggi.

Analisis FTIR

Spektrum transmisi infra merah serpihan kayu kayu putih mentah kering dan bahan karbon aktif serpihan kayu kayu putih ditunjukkan pada Gambar. 2. Spektrum transmisi FTIR serpihan kayu kayu putih (Gbr. 2a) menunjukkan sejumlah pita atau puncak, yang sesuai dengan hidroksil gugus (ν–OH) asam karboksilat, fenol atau alkohol, dan air yang teradsorpsi (3331,96 cm−1).

Selanjutnya, vibrasi yang sesuai dengan ikatan –C–H dari gugus metil dan metilen dapat ditemukan pada 2918,73 cm−1. Getaran yang sesuai dengan –C=O dalam karboksil (–COOH) atau gugus karbonil dalam gugus keton, aldehida, lakton, dan karboksil ditemukan pada 1730,28 cm−1. Getaran yang sesuai dengan –C=C– dari cincin aromatik ditemukan pada 1593,21 cm−1. Getaran –C=C yang sesuai dengan ikatan karbon-karbon tak jenuh lainnya ditemukan pada 1504,88 cm−1. 

Getaran yang sesuai dengan –C–H dan –C=O gugus ion karbonil dan karboksilat ditemukan pada 1454,99 cm−1. Getaran yang sesuai dengan –C=O ditemukan pada 1324,38 cm−1. Getaran yang sesuai dengan –CO ditemukan pada 1250 cm−1. Getaran yang sesuai dengan jembatan anti-simetris –COC ditemukan pada 1160 cm−1. Getaran yang sesuai –C–O dalam asam, alkohol, fenol, eter, dan ester ditemukan pada 1029,70 cm−1. Getaran yang sesuai dengan –C–H ditemukan pada 750–898 cm−1. Akhirnya, getaran yang sesuai dengan O–H ditemukan pada 580 cm−1, masing-masing10,13. Ikatan –OH (3331,96 cm−1), C–H (2918,73 cm−1), –C=O (1324,38 cm−1), –COC jembatan anti-simetri (1160 cm−1), –C–O (1029,70 cm−1), dan –C–H (898 cm−1) gugus fungsi mewakili struktur selulosa. Hemiselulosa diwakili oleh ikatan C–H (2918,73 cm−1), –C=O (1730,28 cm−1), jembatan anti-simetris –COC (1160 cm−1), dan –C–O (1029,70 cm−1 ) gugus fungsi. Terakhir, ikatan C–H (2918,73 cm−1), getaran aromatik –C=C (1593,21 cm−1 dan 1504,88 cm−1), –C–H hidrokarbon alifatik (1454,99 cm−1), – Peregangan CO gugus asetil (1250 cm−1), dan gugus –CH (750–898 cm−1) merupakan komponen struktur lignin14.

Pita atau puncak yang ditemukan pada serpihan kayu eucalyptus mentah kering ini telah menghilang setelah aktivasi uap pada suhu 500–700 °C. Hal ini menunjukkan degradasi termal gugus fungsi permukaan selama tahap karbonisasi, yang didekomposisi menjadi gas CO dan CO2. Ikatan C-H dan gugus O-H dihilangkan dari semua bahan karbon aktif (Gbr. 2b-d) dengan efek dehidrasi selama tahap karbonisasi15. Bahan karbon aktif uap disiapkan pada 500-700 °C, spektrum yang ditunjukkan pada Gambar. 2b-d, menunjukkan pita atau puncak yang baru dibuat. 

Dapat dilihat bahwa pita vibrasi yang memiliki maksimum terletak pada 1593 cm−1 dan 1720 cm−1, menunjukkan adanya vibrasi ulur cincin aromatik C=C dan vibrasi regangan C=O dari gugus ion karbonil dan karboksilat15. . Adanya vibrasi regangan cincin aromatik C=C, yang telah bergeser dari 1593,21 cm−1 pada serpihan kayu eucalyptus mentah (Gbr. 2a) menjadi 1504,88 cm−1 pada material karbon aktif (Gbr. 2b–d), dapat dikaitkan untuk reduksi gugus fungsi permukaan yang mengandung cincin aromatik yang mengandung oksigen rantai samping dan grafitisasi tingkat tinggi setelah karbonisasi pada suhu tinggi9. Di sisi lain, puncak gugus C=O yang ditemukan pada 1720 cm−1 pada serpihan kayu eukaliptus mentah telah berubah menjadi puncak yang lemah pada sekitar 1700 cm−1 setelah aktivasi. 

Selanjutnya, hasil menunjukkan bahwa getaran regangan cincin aromatik C=C cenderung meningkat ketika getaran C=O meluruh lebih luas dengan meningkatnya suhu aktivasi. Di sisi lain, pita lemah dari gugus –CO pada 1250 cm−1 dan –COC pada 1160 cm−1 juga muncul dalam spektrum setelah aktivasi uap, yang disebabkan oleh oksidasi parsial. Selain itu, tiga pita yang sangat lemah dari gugus –CH aromatik permukaan antara 750 dan 898 cm−1 ditemukan pada produk karbon aktif setelah aktivasi uap dan cenderung meningkat dengan meningkatnya suhu aktivasi. Hal ini menunjukkan bahwa kandungan aromatik dari struktur cincin16 telah meningkat dengan meningkatnya suhu aktivasi uap. Kandungan gugus karbonil dan substitusi pada cincin aromatik juga meningkat. Hasil FTIR menunjukkan bahwa bahan karbon aktif dari serpihan kayu kayu putih yang dibuat dengan aktivasi uap harus mampu berinteraksi dengan adsorbat polar dan non-polar berdasarkan gugus fungsi permukaan.

LAYANAN ADY WATER

Jual zeolit untuk filter air jenis Batu, Pasir, dan Tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram. Sudah suplai zeolit ke industri Food and Beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Ready Stock, kemampuan suplai hingga puluhan ton rutin per bulan

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.

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