Karbon Aktif Jenis Apa yang Paling Efektif untuk Menghilangkan VOC di Dalam Ruangan?

Apa itu senyawa organik volatil (VOC) dan mengapa penting untuk kualitas udara dalam ruangan

VOC, atau senyawa organik volatil, pada dasarnya adalah bahan kimia berbasis karbon yang cenderung menguap saat berada di suhu normal. Kita menemukannya berasal dari cat, semprotan pembersih yang biasa disimpan di bawah wastafel, perabotan baru, hingga beberapa bahan bangunan yang digunakan saat konstruksi. Masalahnya, bahan kimia yang terbang di udara ini justru memperburuk kualitas udara dalam ruangan dan dapat menyebabkan berbagai masalah kesehatan. Seseorang bisa mengalami sakit kepala atau merasa pusing secara langsung, namun ada juga bukti yang menghubungkan paparan jangka panjang dengan gangguan pernapasan dan fungsi otak. Mengingat sebagian besar orang di Amerika menghabiskan sekitar 90 persen hidup mereka di dalam gedung menurut laporan EPA tahun 2023, hal ini berarti VOC menjadi perhatian serius baik di rumah maupun di kantor-kantor di seluruh negerara.

Cara kerja karbon aktif: Ilmu adsorpsi untuk menghilangkan VOC dalam ruangan

Karbon aktif bekerja dengan menangkap senyawa organik volatil (VOC) melalui proses yang disebut adsorpsi. Secara dasar, molekul gas menempel pada permukaan karbon karena karbon memiliki banyak lubang mikroskopis. Satu gram karbon aktif mengandung ribuan pori mikroskopis dengan ukuran antara kurang dari 2 nanometer hingga sekitar 50 nanometer. Pori-pori ini memberikan luas permukaan karbon aktif yang luar biasa, yaitu antara 1.000 hingga 3.000 meter persegi per gram, setara dengan lapangan tenis penuh seluas 2 hingga 5 lapangan! Material ini menangkap zat berbahaya seperti formaldehida, yang berukuran sekitar 0,45 nanometer, dan benzena sekitar 0,6 nanometer. Proses ini terjadi karena gaya tarik lemah yang dikenal sebagai gaya van der Waals, ditambah sedikit ikatan kimia langsung. Ada perbedaan antara proses ini dengan absorpsi biasa, di mana zat larut ke dalam zat lain. Dalam adsorpsi, molekul-molekul tersebut benar-benar menempel langsung pada material filter.

Mengapa filtrasi kimia penting untuk polutan gas di rumah dan kantor

Filter HEPA standar menangkap partikel tetapi tidak menghilangkan VOC gas. Penelitian menunjukkan filter karbon aktif dapat menghilangkan 60–90% bahan kimia di udara dalam waktu 48 jam. Filtrasi kimia ini sangat penting di lingkungan dengan perabotan baru, bahan pembersih, atau sumber pembakaran, di mana kadar VOC bisa 2–5 kali lebih tinggi dibandingkan di luar ruangan.

Struktur Por dan Luas Permukaan: Bagaimana Mereka Mempengaruhi Efisiensi Adsorpsi VOC

Mikropori vs. Mesopori: Menyesuaikan Ukuran Por dengan Dimensi Molekul VOC

Seberapa efektif karbon aktif menghilangkan VOC di dalam ruangan sangat bergantung pada kesesuaian ukuran pori-porinya dengan ukuran polutan. Pori kecil di bawah 2 nanometer sangat efektif untuk menangkap VOC kecil seperti formaldehida yang berukuran sekitar 0,45 nm. Sementara itu, pori yang lebih besar dengan kisaran 2 hingga 50 nm lebih cocok untuk menangkap molekul yang lebih besar seperti toluena yang berukuran sekitar 0,67 nm. Penelitian tahun 2022 dari jurnal Building and Environment mengungkapkan temuan menarik mengenai penghilangan benzena juga. Mereka menemukan bahwa penyerapan maksimal terjadi ketika tersedia ruang mikropori sekitar 0,6 hingga 0,9 nm. Ketepatan ini sangat penting karena menciptakan yang disebut efek saringan molekuler. Saat semuanya sesuai, karbon dapat menangkap lebih banyak kontaminan tanpa menyia-nyiakan potensi penyerapannya.

Luas Permukaan dan Hubungannya dengan Efisiensi Filter dalam Menghilangkan VOC di Dalam Ruangan

Jumlah ruang yang tersedia pada permukaan filter karbon secara langsung memengaruhi berapa banyak molekul VOC yang dapat ditangkapnya. Filter karbon dengan nilai luas permukaan BET di atas 1000 meter persegi per gram umumnya menunjukkan kemampuan sekitar 40 persen lebih baik dalam menyerap polutan dalam ruangan yang umum. Bayangkan ini: setiap gram karbon aktif semacam itu memiliki luas permukaan yang kira-kira setara dengan 1,5 lapangan tenis digabungkan. Luas permukaan yang sangat besar ini menciptakan banyak tempat bagi kontaminan gas untuk menempel. Uji laboratorium menunjukkan bahwa karbon dengan luas permukaan tinggi ini dapat menghilangkan sekitar 98% VOC, termasuk zat seperti limonene dan xylene, ketika kondisi ideal. Namun, apa yang terjadi dalam kehidupan nyata sangat bergantung pada faktor-faktor seperti laju aliran udara dan tingkat kelembapan lingkungan.

Wawasan Data: Luas Permukaan BET Melebihi 1000 m²/g Meningkatkan Penghilangan VOC Dalam Ruangan

Hasil pengujian menunjukkan bahwa material karbon dengan luas permukaan BET lebih dari 1200 meter persegi per gram dapat menahan sekitar 92% senyawa organik volatil ketika konsentrasinya di bawah 1 bagian per juta volume. Ini cukup mengesankan dibandingkan dengan tingkat retensi hanya 68% yang terlihat pada material dengan luas permukaan 800 meter persegi per gram. Mengapa hal ini terjadi? Hasil unggul ini disebabkan oleh seberapa baik hubungan antar pori dalam struktur material. Ketika pori-pori terhubung lebih baik, maka hambatan terhadap molekul yang berusaha menempel pada permukaan selama proses adsorpsi menjadi lebih kecil. Filter berkinerja tinggi yang dibuat dari material semacam ini biasanya bertahan antara enam hingga sembilan bulan di rumah, sekitar 30% lebih lama dibanding opsi filter biasa yang tersedia di pasaran saat ini. Meskipun harganya lebih mahal di awal, sebagian besar pemilik rumah menemukan bahwa filter ini justru menghemat uang dalam jangka panjang karena pergantian tidak diperlukan terlalu sering.