Sintesis Amine-Impregnated CO2 Gas Adsorbent Menggunakan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) untuk Carbon Capture

Kumara, Nalendra Ravi (2026) Sintesis Amine-Impregnated CO2 Gas Adsorbent Menggunakan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) untuk Carbon Capture. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6008251017-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Emisi gas karbon dioksida (CO2) yang mengalami kenaikan secara kontinu hingga 812,271 juta ton di Indonesia mendorong urgensitas untuk mengembangkan teknologi yang ekonomis, serta efektif untuk menyerap CO2. Salah satu teknologi yang memiliki potensi adalah pengembangan adsorben padat berbasis selulosa. Penelitian ini mengembangkan hidrogel berbasis selulosa dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS), salah satu sumber biomassa yang melimpah, serta dilanjutkan dengan evaluasi pengaruh dari impregnasi amina terhadap kemampuan adsorpsi gas CO2. Pemurnian selulosa dimulai dengan delignifikasi alkali menggunakan NaOH, lalu dilanjutkan dengan pemutihan menggunakan H2O2. Pembentukan hidrogel berbasis selulosa dilakukan dengan membentuk ikatan silang, menggunakan boraks dan pelarut NaOH/urea. Modifikasi hidrogel kemudian dilakukan melalui perendaman hidrogel dalam larutan 30 %vol monoethanolamine (MEA) atau diethanolamine (DEA).
Hasil SEM menunjukkan hidrogel yang telah terimpregnasi memiliki pori yang tertutup. Berdasarkan hasil BET, hidrogel blanko memiliki luas permukaan sebesar 94,07 m2.g-1, serta rata-rata ukuran pori sebesar 1,956 nm. Impregnasi amina mengurangi luas permukaan hidrogel, dengan luas permukaan H-DEA-30 bernilai 24,13 m2.g-1, dan H-MEA-30 21,29 m2.g-1. Dari segi ukuran pori, impregnasi amina mengisi pori yang berukuran kecil, sehingga meningkatkan ukuran pori yang terdeteksi, dengan H-DEA-30 bernilai 5,106 nm, sedangkan H-MEA-30 bernilai 10,41 nm. Hasil dari TGA menunjukkan bahwa impregnasi amina menurunkan stabilitas termal, dengan hidrogel blanko memiliki puncak dekomposisi pada 338,1 °C, H-DEA-30 pada 223,4 °C dan 260,4 °C, dan H-MEA pada 349,6 °C. Adanya impregnasi amina juga membuat hidrogel memiliki elastisitas lebih tinggi, dibuktikan dengan nilai modulus Young masing-masing. Hasil karakterisasi mengonfirmasi keberhasilan impregnasi amina.
Uji adsorpsi kontinu dilakukan dengan tekanan 2 bar dan 23 °C. Hasil dari uji adsorpsi kontinu menunjukkan peningkatan kemampuan adsorpsi gas CO2 secara signifikan, dengan hidrogel tanpa modifikasi memiliki nilai 0,030 mmol.g-1, H-DEA-30 memiliki nilai 1,4453 mmol.g-1, dan H-MEA-30 memiliki nilai 2,207 mmol.g-1. Model kinetika kolom Clark memberikan kecocokan terbaik terhadap data eksperimen (nilai deviasi terendah), menunjukkan permukaan adsorpsi bersifat heterogen, sesuai dengan perilaku model Freundlich. Uji FTIR pasca adsorpsi membuktikan pembentukan karbamat dan karbonat, memberikan validasi terhadap mekanisme kemisorpsi. Penemuan ini menunjukkan bahwa hidrogel berbasis selulosa yang terimpregnasi amina berpotensi sebagai adsorben gas CO2 yang berkelanjutan.
======================================================================================================================================
The continuous increase in carbon dioxide (CO2) emissions in Indonesia, reaching 812,271 million tons, has heightened the urgency for developing economical and effective CO2 capture technologies. This study developed cellulose-based hydrogels, derived from oil palm empty fruit bunches (OPEFB), an abundant biomass resource, and evaluated the effect of amine impregnation on CO2 adsorption capacity. Cellulose purification was initiated through alkaline delignification using NaOH, followed by bleaching with H2O2. The cellulose-based hydrogel was prepared through crosslinking using borax in a NaOH/urea solvent system. Hydrogel modification was performed through wet impregnation by immersing the cellulose-based hydrogel in 30 %vol monoethanolamine (MEA) or diethanolamine (DEA) solutions.
SEM results showed that impregnated hydrogels have filled pores. Unmodified hydrogel exhibited a specific surface area of 94,07 m2.g-1, and an average pore diameter of 1,956 nm. Amine impregnation reduced its surface area as well as increased the average pore size via pore blockage. H-DEA-30 had a surface area and average pore size of 24,13 m2.g-1 and 5,106 nm respectively, and H-MEA-30 had values of 21,29 m2.g-1 and 10,41 nm. Interestingly, only DEA reduced the thermal stability of hydrogels, with blank hydrogel had a decomposition peak at 338,1 °C , H-DEA-30 at 223,4 °C and 260,4 °C, while H-MEA-30 at 349,6 °C. Amine impregnation also increased hydrogels’ elasticity, proven by its Young modulus value. These tests validated the success of amine impregnation.
Continuous adsorption test was performed at 2 bar and 23 °C. Results showed a significant CO2 adsorption capacity increase. Blank hydrogel had a capacity of 0,03 mmol.g-1, while H-DEA-30 had a value of 1,4453 mmol.g-1, and H-MEA-30 had a value of 2,207 mmol.g-1. Clark column kinetic model provided the best fit, exhibiting the lowest deviation values and suggesting a heterogeneous adsorption surface, consistent with Freundlich adsorption behavior. Post-adsorption FTIR analysis confirmed carbamate and carbonate formation, providing evidence for a chemisorption mechanism. MEA exhibited superior performance compared to DEA due to lower steric hindrance and higher reactivity toward CO2. These findings demonstrate that amine-impregnated cellulose-based hydrogels have strong potential as sustainable CO2 adsorbents.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	adsorpsi CO2, carbon capture, hidrogel selulosa, impregnasi amina, tandan kosong kelapa sawit, amine impregnation, carbon capture, cellulose hydrogel, CO₂ adsorption, oil palm empty fruit bunches
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC162 Adsorption and absorption Q Science > QD Chemistry > QD320 Cellulose. Hydrolysis T Technology > TP Chemical technology T Technology > TP Chemical technology > TP155.7 Chemical processes. T Technology > TP Chemical technology > TP894 Bleaching, cleaning, scouring
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Chemical Engineering > 24101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Nalendra Ravi Kumara
Date Deposited:	01 Aug 2026 05:45
Last Modified:	01 Aug 2026 05:46
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/141614

Actions (login required)

View Item