Laporkan Masalah

PEMBUATAN KARBON BERPORI DARI LIGNIN HASIL EKSTRAKSI BERBAGAI LIMBAH BIOMASSA

PUSPITA RAHAYU P, Ir. Imam Prasetyo, M.Eng., Ph.D. ; Dr. Ing. Teguh Ariyanto, S.T, M.Eng.

2019 | Tesis | MAGISTER TEKNIK KIMIA

Karbon berpori merupakan material yang digunakan sebagai adsorben, katalis, dan elektroda dari peralatan elektronik. Prekursor yang digunakan untuk produksi karbon berpori adalah limbah biomassa dan lignin. Penelitian ini bertujuan untuk (1) membandingkan yield lignin dari proses ekstraksi organosolv dan soda pada semua limbah biomassa, (2) menganalisis dan membandingkan struktur pori dan luas permukaan karbon berpori yang dihasilkan dari lignin dan limbah biomassa asalnya, (3) mempelajari hubungan antara karakteristik lignin dari limbah biomassa yang berbeda terhadap kualitas karbon berpori yang dihasilkan. Biomassa yang digunakan dalam kajian adalah kulit manggis (BKM), bonggol jagung (BBJ), dan tempurung kelapa (BTK). Proses ekstraksi limbah biomassa dilakukan dalam labu leher tiga secara batch menggunakan proses ekstraksi organosolv (60% etanol) dan proses soda (10% NaOH) suhu 70 °C selama 4 jam. Proses ekstraksi pada suhu tinggi menggunakan reaktor autoclave (60% etanol, 150 °C, 10 bar, 1 jam). Black liquor yang diperoleh kemudian diendapkan menggunakan H2SO4 1 N. Padatan lignin yang terbentuk, dipisahkan menggunakan penyaringan dengan pompa vakum. Lignin dikarbonisasi dalam furnace dibawah aliran nitrogen pada suhu 600 dan 850°C. Hasil dari proses ekstraksi limbah biomassa pada suhu 70°C menunjukan bahwa lignin hasil ekstraksi soda memiliki yield lebih tinggi dibandingkan lignin hasil ekstraksi organosolv. Karakterisasi lignin menunjukan bahwa lignin hasil ekstraksi organosolv pada berbagai limbah biomassa memiliki gugus fungsi syringyl dan guaicyl yang menyerupai typical lignin standar. Lignin/organosolv lebih mampu mempertahankan struktur molekul asli lignin dan memiliki nilai viskositas lebih tinggi dibandingkan lignin/soda. Pada suhu karbonisasi 600ºC, karbon berpori yang dihasilkan dari LKM/organosolv memiliki luas permukaan spesifik lebih tinggi (205 m2/g) serta struktur pori lebih teratur dibandingkan limbah biomassa asalnya (BKM). Karbon LKM/organosolv adalah karbon amorf yang sedikit menyerupai struktur grafit dibandingkan karbon BKM. Pada suhu karbonisasi 850 dan 600ºC, karbon LBJ/organosolv dan LTK/organosolv memiliki struktur pori karbon yang relatif sama, yaitu karbon mikropori dengan luas permukaan spesifik (± 800 m2/g dan 340 m2/g). Peningkatan viskositas atau berat molekul lignin berbanding lurus dengan luas permukaan karbon berpori dan total volum pori.

Porous carbon is a material that has been widely used as an adsorbent, catalyst, and electrode of electronic devices. The precursors that could be used for the production of porous carbon are waste biomass and lignin. The aims of this research are (1) to compare the lignin yield of organosolv and soda extraction processes in all biomass wastes, (2) to analyze and compare the pore structure and surface area of carbon produced from lignin and the origin biomass waste, and (3) to study the influence of lignin characteristic types derived from various biomass on the characteristic of porous carbon produced. The biomass used in the study was mangosteen peel (BKM), corn hump (BBJ), and coconut shell (BTK). The lignin was prepared by extraction processin a batch three-neck vessel using organosolv (60% ethanol) and soda processes (10% NaOH) at 70°C for 4 hours. The extraction process at high temperature uses an autoclave reactor (60% ethanol, 150°C, 10 bar, 1 hour). The black liquor was then precipitated with H2SO4 1 N. The solid produced was separated by filtration. Lignin was then pyrolyzed in a furnace under flowing N2 at 600 and 850°C temperature. In the extraction process of lignin, it was shown that for the variation of biomass at 70°C, the extraction yield of the soda process was higher than the organosolv process. Characterization of lignin shows that organosolv lignin in various biomass wastes has functional groups of syringyl and guaiacyl units as typical features for standard lignin. Lignin/organosolv is more able to maintain the original molecular structure of lignin and has a higher viscosity than soda lignin. At carbonization temperature 600ºC porous carbon produced from LKM/organosolv has a higher specific surface area (205 m2/g) and more ordered pore structure than origin biomass waste (BKM). Carbon LKM/organosolv is amorphous carbon which has slightly resemble graphite structure than carbon BKM. At carbonization temperatures 850 and 600ºC, carbon LBJ/organosolv and carbon LTK/organosolv have relatively the same pore structure of carbon, namely micropore carbon with a specific surface area (± 800 m2/g and 340 m2/g). The increase in lignin viscosity or molecular weight is directly comparable to the surface area of porous carbon and total pore volume.

Kata Kunci : ekstraksi, karbonisasi, karbon berpori, lignin / carbonization, extraction, lignin, porous carbon

  1. S2-2019-407757-abstract.pdf  
  2. S2-2019-407757-bibliography.pdf  
  3. S2-2019-407757-tableofcontent.pdf  
  4. S2-2019-407757-title.pdf