Studi Adsorpsi Amonia secara Fixed-bed pada Biochar Tongkol Jagung Teraktivasi KOH dengan Variasi Konsentrasi Influent dan Volume Bed

Abstract

Biochar merupakan material kaya karbon yang dihasilkan dari proses degradasi termal biomassa pada suhu di atas 250oC dengan oksigen terbatas. Tongkol jagung merupakan salah satu biomassa lignoselulosa yang berpotensi untuk dikonversi menjadi biochar. Tongkol jagung terdiri dari 41% selulosa, 36% hemiselulosa, dan 16% lignin. Proses degradasi termal biomassa biasanya menghasilkan sekitar 40-60% biochar. Salah satu aplikasi biochar adalah sebagai adsorben untuk amonia. Namun demikian, dalam penggunaannya sebagai adsorben amonia, biochar memiliki keterbatasan yaitu kapasitas adsorpsinya kecil. Aktivasi biochar adalah salah satu upaya untuk meningkatkan kapasitas biochar. Penelitian ini bertujuan untuk mengaktivasi biochar menggunakan aktivator KOH dan mengkaji perilaku adsorpsinya untuk amonia secara fixed-bed. Penelitian ini dibagi dalam 3 tahap yaitu tahap pembuatan biochar, tahap aktivasi biochar dan studi adsorpsi terhadap amonia secara fixed-bed. Tahap pertama adalah pembuatan biochar dari bahan tongkol jagung secara pirolisis lambat (slow pyrolysis), kemudian diikuti dengan aktivasi biochar secara kimia menggunakan aktivator KOH 3M. Biochar dan biochar teraktivasi yang diperoleh selanjutnya dianalisis luas permukaannya menggunakan BET dan analisis gugus fungsi menggunakan FTIR. Studi adsorpsi terhadap amonia secara fixed-bed menggunakan variasi volume bed (16-159 cm3), dan konsentrasi influent (100-700 ppm). Studi adsorpsi dievaluasi melalui parameter waktu breakthrough dan model kinetikanya menggunakan model Thomas. Hasil karakterisasi dari proses aktivasi biochar menggunakan FTIR menunjukkan bahwa terdapat peningkatan jumlah gugus fungsi yang mengandung oksigen. Sementara dari hasil analisis menggunakan BET menunjukkan bahwa luas permukaan biochar mencapai 22,521 m2/g dan volume pori 0,021 cm3/g dengan karakter mesopori. Kinerja adsorpsi fixed-bed dievaluasi berdasarkan waktu breakthrough dan jumlah ion yang mampu diadsorpsi. Peningkatan volume bed (16-159 cm3) dapat memperpanjang waktu breakthrough (250-3130 menit) dan meningkatkan jumlah ion teradsorpsi (1,74-22,31 mg/g). Peningkatan konsentrasi influent (100-700 ppm) dapat mempersingkat waktu breakthrough (3130-820 menit) dan meningkatkan jumlah ion teradsorpsi (22,31-26,96 mg/g). Hasil uji model kinetika Thomas menunjukkan bahwa biochar teraktivasi memiliki kesesuian dengan model Thomas. Aplikasi penggunaan biochar teraktivasi untuk limbah cair industri menunjukkan waktu breakthrough 2170 menit tercapai lebih awal dibanding hasil prediksi 3112 menit. Hasil penelitian dapat memberikan informasi yang bermanfaat bagi pihak-pihak yang terkait dengan penanganan limbah terutama amonia. Penelitian lebih lanjut perlu diarahkan untuk meningkatkan efisiensi adsorpsi.