Dampak Karbon Aktif terhadap Efisiensi Purifikasi Udara

Sistem modern untuk memurnikan udara semakin kompleks dan efisien berkat keversatilan karbon aktif dalam menyaring bahkan kontaminan udara paling sulit sekalipun yang mampu bertahan pada tahap awal filtrasi. Jika filter HEPA dirancang khusus untuk partikel padat, maka karbon aktif bekerja untuk menghilangkan dan mengadsorpsi polutan gas, bau, serta senyawa organik volatil yang mencemari udara dalam/luar ruangan. Berbeda dengan kontaminan lainnya, polutan ini cenderung tak terlihat oleh mata telanjang, sehingga alat-alat seperti purifikasi udara berkarbon aktif, sistem HVAC, dan scrubber industri lainnya sangat efektif dalam meningkatkan kinerja pemurnian udara. Artikel ini bertujuan untuk menguraikan berbagai cara dan tingkat dimana karbon aktif membantu proses pemurnian udara serta membuktikan ketangguhannya sebagai metode yang efektif.

Mekanisme Adsorpsi untuk Kontaminan Gas

Alasan mengapa karbon aktif meningkatkan efisiensi purifikasi udara, lebih dari faktor lainnya, adalah karena kemampuan `adsorpsi` uniknya terhadap polutan gas. Selama proses aktivasi pada suhu tinggi, karbon aktif mengembangkan susunan pori berskala mikro, yang menyebabkan luas permukaan karbon aktif mencapai ratusan meter persegi per gram. Ketika tempat tidur karbon digunakan, udara terkontaminasi dialirkan melalui tempat tidur tersebut, dan molekul dalam fase gas tertarik ke pori-pori karbon melalui biotranfer. Proses ini umumnya digunakan untuk udara terpolusi yang mengandung senyawa organik volatil (VOC) seperti produk pembersih toluena, formaldehida dalam bahan bakar dan cat, dan lainnya. Gas polutan lain yang dapat dihilangkan melalui proses ini adalah amonia dan sulfur dioksida. Ketika udara telah jenuh, struktur karbon tidak akan mengalami perubahan dan tidak akan meninggalkan sisa produk karena tidak terjadi reaksi kimia.

Penghilangan Senyawa Organik Volatil (VOCs) Secara Tepat Sasaran

Paparan VOC di udara diketahui dapat mengiritasi sistem pernapasan dan menyebabkan komplikasi jangka panjang lainnya karena kemampuan zat-zat ini melewati filter umum. Masalah penyaringan VOC yang halus ini diselesaikan oleh karbon aktif yang dikenal mampu menyerap VOC secara efisien. Hal ini membuatnya menjadi alternatif filter udara yang sangat baik dalam konstruksi baru, kantor percetakan, dan lingkungan kaya VOC lainnya. Filter udara karbon aktif telah terbukti mampu menghilangkan VOC dengan berbagai ukuran dan polaritas molekul berkat struktur berpori khasnya. Sebagai contoh, formaldehida dan xilena dengan berat molekul masing-masing 30,03 g/mol dan 106,16 g/mol, diserap oleh mikropori dan mesopori yang masing-masing berukuran < 2 dan 2-50 nanometer. Adsorpsi yang andal dan cepat seperti ini adalah alasan mengapa filter udara dengan karbon aktif bekerja lebih baik dibandingkan filter udara dengan filter mesopori biasa.

Penghilangan Bau dan Bau Tidak Sedap

Bau yang tidak sedap, bahkan mengganggu, sering disebabkan oleh senyawa gas seperti hidrogen sulfida (bau yang menyerupai telur busuk), mercaptan (bau yang menyerupai air limbah), dan bahkan sejumlah asam lemak volatil tertentu (bau yang berhubungan dengan beberapa aroma masakan), serta menjadi masalah besar bagi kualitas udara di lingkungan perumahan maupun komersial, terutama bagi usaha makanan dan fasilitas pengelolaan limbah. Efikasi dan kenyamanan kualitas udara dapat ditingkatkan dengan menggunakan karbon aktif, yang secara signifikan memurnikan, bahkan menghilangkan, senyawa-senyawa yang menyebabkan bau mengganggu, menjengkelkan, dan terkadang berbau tidak sedap. Molekul penyebab bau tersebut ditangkap, dan alih-alih hanya menutupi bau, senyawa tersebut dinetralisir, berkat struktur mikro yang pori-pori dan luas permukaan tinggi dari karbon aktif. Pada purifikasi udara di dapur, misalnya, bau masakan dan aroma makanan serta bahkan asap masakan sering kali hadir. Di rumah yang ramah hewan peliharaan, amonia dari air kencing, bau yang terkait dengan ketombe hewan, dan bahkan air kencing hewan peliharaan pun dapat ditangkap. Fitur penghilang bau menjadikan karbon aktif sebagai komponen penting dalam alat purifikasi udara. Hal ini terutama karena karbon aktif mampu memenuhi kebutuhan yang tidak dapat dipenuhi oleh filter partikulat.

Peran Pelengkap dengan Filtrasi Partikel

Filter partikel (seperti filter HEPA) bekerja lebih efektif ketika digunakan bersama dengan filter karbon aktif yang meringankan beban kerja sistem. Filter HEPA menangkap partikel udara seperti debu, serbuk sari, spora jamur, dan sel kulit hewan peliharaan, namun filter HEPA ini masih tidak mampu menangani VOC dan gas. Di sinilah kombinasi antara filter karbon aktif dan filter HEPA berperan penting, karena keduanya akan menghilangkan kontaminan partikulat maupun gas yang bisa memberikan manfaat lebih bagi kesehatan seseorang. Contoh penerapannya adalah konfigurasi filter yang digunakan dalam purifikasi udara rumah tangga. Udara pertama kali melewati pre-filter yang menangkap partikel lebih besar, kemudian diikuti oleh filter karbon aktif yang menyerap kontaminan gas, lalu dilanjutkan dengan filter karbon. Di tahap akhir terdapat filter HEPA yang menangkap partikel halus. Kombinasi seluruh filter ini seharusnya mampu menghilangkan kontaminan faunal yang paling umum sebagai kelas filter yang lebih tinggi, yang akan bekerja jauh lebih efektif dibandingkan satu filter saja.

Peningkatan Kinerja Sistem HVAC

Penggunaan karbon aktif dalam unit pendingin udara secara signifikan mengoptimalkan efektivitas pemurnian udara mereka. Karena unit HVAC terdiri dari filter yang menyaring senyawa organik volatil (VOC), asap, dan bau dari udara, filter ini mencegah peredaran ulang kontaminan. Gas lain seperti gas korosif yang dapat dengan cepat merusak dan mengkorosi kumparan serta kipas unit pendingin udara juga diserap, sehingga meningkatkan efisiensi energi dan memperpanjang umur sistem.

Aplikasi Pemurnian Udara Industri

Karbon aktif terbukti bermanfaat di daerah dengan polusi udara yang tinggi. Salah satu contohnya adalah pemurnian. Dalam industri cat kimia, karbon aktif diisi dalam scrubber udara. Karbon aktif ini menghilangkan uap kimia, gas beracun, senyawa organik volatil, dan asap industri berbahaya. Selain itu, karbon aktif juga melindungi para pekerja dan lingkungan sekitar.
Selain uap dan emisi kimia, gas buang kimia di industri kimia juga mengandung zat berbahaya seperti klorin dan hidrogen klorida. Scrubber karbon aktif menghilangkan senyawa berbahaya tersebut, menciptakan emisi yang aman bagi lingkungan. Sistem ini juga meningkatkan kualitas udara di tempat kerja. Di banyak negara, terdapat regulasi ketat untuk menangani volume udara terkontaminasi yang besar. Perbaikan signifikan pada kualitas udara di tempat kerja meningkatkan kepatuhan terhadap kebijakan tersebut.

Faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Karbon Aktif

Arang aktif memiliki faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuannya dalam meningkatkan efisiensi pada proses pemurnian, seperti jenis karbon yang digunakan, pori internal, waktu kontak, dan kelembapan udara. Volume butiran arang aktif yang digunakan dalam pendingin udara adalah GAC karena kapasitas penahanannya yang tinggi dan usia pakai yang panjang. PAC digunakan dalam purifikasi udara kecil karena kapasitas penyerapannya yang lebih cepat. Fungsi dari pori-pori juga sangat penting—karbon yang memiliki persentase mikropori lebih tinggi lebih baik dalam menangkap VOC kecil, sedangkan kandungan mesopori yang lebih banyak lebih baik dalam menangkap molekul yang lebih besar. Waktu kontak juga penting—kontak udara yang mengalir melalui lapisan karbon harus cukup lama. Efisiensi meningkatkan waktu kontak pemurnian, udara menjadi lebih bersih.

Kelembapan berlebih perlu dihilangkan untuk meningkatkan efisiensi karena kelembapan mengganggu penyerapan polutan dalam bentuk uap. Proses pengeringan digunakan dalam kasus ini karena dapat meningkatkan efisiensi penyerapan dan di atas titik embun, rasio uap terbatas secara difusi.

Pemeliharaan untuk Efisiensi Berkelanjutan

Untuk mempertahankan efisiensi sebuah purifikasi udara, perawatan yang tepat terhadap komponen karbon sangatlah penting. Seiring berjalannya waktu, adsorber karbon akan terkontaminasi dan kemudian kehilangan kapasitasnya untuk menyerap. Bergantung pada konsentrasi polutan dan kecepatan aliran udara, umur purifikasi udara berkisar antara 3 hingga 6 bulan. Sistem Industri/GAC di sisi lain cenderung dapat berfungsi dalam waktu yang jauh lebih lama sampai diperlukan proses scrubbing. Scubbing panas merupakan metode yang murah untuk memperbarui karbon yang telah terpakai, dan bisa menjadi metode yang ekonomis bagi pengguna tempat tidur karbon industri. Bagi pengguna rumah tangga rata-rata, lebih baik mengikuti jadwal yang telah ditentukan untuk mempertahankan efektivitas. Filter yang terkontaminasi melebihi titik tertentu akan kehilangan kemampuan untuk menahan gas dan bau.