STUDI EKSTRAKSI DAN MODIFIKASI SELULOSA DARI JERAMI PADI UNTUK MENGHASILKAN SELULOSA ASETAT

(1)

ABSTRACT

EXTRACTION STUDY AND CELLULOCE MODIFICATIONS OF RICE STRAW TO PRODUCE CELLULOSE ACETATE

Hady Novadianto

Rice straw is one of wasted lignocelluloce that the benefit were not optimal yet, the biggest composition of lignocellulose compound in rice straw is celluloce. Cellulose can be isolated by using the extracting method. The first step of extraction is the separation process by using NaOCl, until we have rice straw that contain celluloce and hemicelluloce. To separate cellulose and hemicelluloce, we use 15 % NaOH. The neutral phase of this process produce cellulose that we refluks by using acetic acid 80 % and concentrated nitric acid. In this research, identification of celluloce was done by titration and Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) analysis. Celluloce modification was done to produce celluloce acetate by acetilation method. Optimization of acetilation process was done by using several variation, i.e. comparison between cellulose : acetic acid glacial, temperature, and acetilation time. Celluloce acetate were formed on its best with comparison of cellulose : acetic acid glacial as much as 1: 10 (g/mL), 50oC temperature , and acetilation time for 60 minutes. Substitution degree of cellulose acetate that we gain in this research is 0,0081-0,4860.

(2)

ABSTRAK

STUDI EKSTRAKSI DAN MODIFIKASI SELULOSA DARI JERAMI PADI UNTUK MENGHASILKAN SELULOSA ASETAT

Oleh

Hady Novadianto

Jerami padi merupakan salah satu limbah berlignoselulosa yang pemanfaatannya masih kurang optimal, senyawa lignoselulosa yang kandungannya paling besar dalam jerami adalah selulosa. Selulosa dapat diisolasi dengan menggunakan metode ekstraksi asam. Tahap awal ekstraksi adalah proses pemisahan lignin(delignifikasi) dengan menggunakan NaOCl, sehingga diperoleh jerami yang mengandung selulosa dan hemiselulosa. Untuk memisahkan selulosa dan hemiselulosa digunakan NaOH 15%, fase netral (endapan) dari proses ini merupakan selulosa yang selanjutnya direfluks dengan menggunakan asam asetat 80% dan asam nitrat pekat. Pada penelitian ini untuk membuktikan selulosa yang dihasilkan, dilakukan identifikasi dengan cara titrasi dan analisis dengan menggunakan Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR). Modifikasi selulosa dilakukan untuk menghasilkan selulosa asetat, selulosa asetat dihasilkan melalui metode asetilasi. Optimasi proses asetilasi dilakukan dengan menggunakan beberapa variasi yaitu perbandingan antara selulosa : asam asetat glasial, suhu, dan waktu asetilasi. Selulosa asetat terbentuk secara optimum pada perbandingan selulosa : asam asetat glasial sebanyak 1:10 (g/mL), suhu 50oC, dan waktu asetilasi selama 60 menit. Derajat substitusi selulosa asetat yang diperoleh pada penelitian ini sebesar 0,0081 – 0,4860.

(3)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Indonesia merupakan negara agraris dengan beberapa komoditas pertanian unggulan, salah satunya adalah padi. Tiap tahunnya produksi padi di Indonesia selalu mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Menurut data BPS pada tahun 2010, produksi padi di Indonesia mengalami peningkatan sebesar 65,15 juta tonper tahun. Salah satu provinsi di Indonesia yang produksi padinya selalu mengalami peningkatan adalah provinsi Lampung. Berdasarkan data BPS pada tahun 2007 – 2008 produksi padi di provinsi Lampung meningkat sebesar 0,77 %, pada tahun 2008 – 2009 meningkat sebesar 0,85 % dan pada tahun 2009 – 2010 meningkat sebesar 0,2 %. Meningkatnya produksi padi tersebut, secara tidak langsung menyebabkan peningkatan volume jerami padi sebagai hasil samping dari produksi padi.

Pemanfaatan jerami padi selama ini dirasakan masih belum optimal, sebagian besar petani masih banyak membakarnya untuk menghindari penumpukkan (Ikhsan dkk., 2009). Secara kimia jerami padi masih memiliki nilai ekonomis yang tinggi, karena jerami merupakan polimer lignoselulosa yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Menurut Howard et al., (2003) komponen utama penyusun jerami padi adalah selulosa 34,2%, hemiselulosa

(4)

24,5% dan lignin 23,4%, yang merupakan biopolimer bernilai ekonomis jika diuraikan menjadi produk akhir yang bermanfaat.

Selulosa adalah polimer alam yang terdiri dari subunit-subunit D-glukosa yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan β-1,4-glikosida (Hendricks and Zeeman, 2009). Selulosa merupakan biopolimer alami yang sangat berlimpah dialam. Selulosa dalam tumbuhan terdiri dari bagian yang memiliki struktur kristalin yang teratur, dan bagian dengan struktur amorf yang tidak terlalu teratur dengan baik. Selulosa tidak larut dalam air dan pelarut-pelarut umum, ini

disebabkan oleh ikatan hidrogen yang kuat yang dimiliki tiap rantai individu baik pada intramolekular maupun antarmolekul. Untuk memperoleh selulosa dari jerami padi dapat dilakukan dengan metode hidrolisis dengan menggunakan asam. Proses modifikasi kimia selulosa dilakukan untuk meningkatkan pemanfaatan dari selulosa dan untuk menghasilkan turunan selulosa yang dapat dimanfaatkan dalam bidang industri.

Proses modifikasi selulosa dapat dilakukan dengan cara esterifikasi dan eterifikasi pada grup hidroksil dari selulosa (Kamel et al., 2008). Selulosa dapat menjalani reaksi esterifikasi karena selulosa memiliki gugus hidroksil, dimana gugus hidroksil pada selulosa akan digantikan dengan gugus lain sesuai dengan pelarut yang digunakan. Esterifikasi selulosa dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut asam seperti asam asetat, asam nitrat, asam sulfat dan asam fosfat.

Modifikasi selulosa secara esterifikasi akan menghasilkan selulosa trinitrat dan selulosa asetat. Menurut Wang et al., (2009) selulosa trinitrat dapat digunakan sebagai smokeless gunpowderdan selulosa asetat umumnya dapat digunakan

(5)

untuk beberapa jenis film dan bahan pelapis. Selain sebagai bahan pelapis, selulosa asetat juga dapat dimanfaatkan dalam aplikasi kedokteran, farmakologi, perlakuan limbah, kromatografi, dan tekstil tiruan (Murphy et al., 2001; Tkáč et al., 2002; Liu dan Bai 2006; Wang et al., 2009).

Fahmi dkk., (2009) telah berhasil melakukan modifikasi selulosa dengan

menggunakan metode asetialsi. Selulosa dihasilkan dengan menggunakan metode delignifikasi (penghilangan lignin) tanpa adanya proses lanjutan yaitu pemurnian. Sumber selulosa yang digunakan berasal dari limbah kertas dan untuk proses asetilasi digunakan pelarut-pelarut asam asetat glasial, asam sulfat dan asam asetat anhidrida yang selanjutnya akan dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan membran. Pemurnian dilakukan untuk menghilangkan zat-zat pengotor yang tidak diharapkan. Pada penelitian ini sumber selulosa berasal dari limbah jerami padi, untuk memperoleh selulosa digunakan metode hidrolisis asam yang

selanjutnya dimurnikan dengan alkohol agar menghasilkan selulosa yang murni. Dari hasil studi pendahuluan, diperoleh selulosa dengan kualitas yang lebih baik. Modifikasi selulosa dilakukan dengan menggunakan metode asetilasi, beberapa kondisi asetilasi akan divariasikan untuk mengetahui kondisi optimum proses pembentukan selulosa asetat, variasi yang digunakan adalah variasi perbandingan penambahan selulosa : asam asetat glasial, suhu dan lamanya waktu asetilasi.

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

(6)

2. Mempelajari optimasi proses asetilasi dengan variabel waktu reaksi, suhu dan perbandingan penambahan asam asetat glasial pada selulosa.

3. Mempelajari karakteristik selulosa asetat secara kimia dengan menggunakan FTIR

C. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pemanfaatan selulosa dengan cara modifikasi selulosa secara esterifikasi yang akan

menghasilkan turunan selulosa berupa selulosa asetat yang dapat digunakan untuk berbagai kepentingan sehingga dapat meningkatkan nilai ekonomi jerami padi.

(7)

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Jerami Padi

Jerami adalah tanaman padi yang telah diambil buahnya (gabahnya), sehingga tinggal batang dan daunnya yang merupakan limbah pertanian terbesar serta belum sepenuhnya dimanfaatkan karena adanya faktor teknis dan ekonomis. Pada sebagian petani, jerami sering digunakan sebagai mulsa pada saat

menanam palawija. Hanya sebagian kecil petani menggunakan jerami sebagai pakan ternak, faktor penghambat utama dalam penggunaan jerami padi

sebagai pakan ternak adalah rendahnya koefisien cerna dan nilai gizi bahan tersebut (Schiere dan Ibrahim, 1989). Di lain pihak jerami sebagai limbah pertanian, sering menjadi permasalahan bagi petani, sehingga sering di bakar untuk mengatasi masalah tersebut (Ikhsan dkk., 2009). Sementara itu, pembakaran limbah pertanian meningkatkan kadar CO2 di udara yang berdampak terjadinya pemanasan global (Nyonan, 2007).

Jerami padi merupakan tumbuhan berlignoselulosa yang terbentuk dari tiga komponen utama yakni selulosa, hemiselulosa dan lignin. Struktur bahan berlignoselulosa merupakan struktur yang kompleks. Oleh karenanya, bahan berlignoselulosa merupakan material yang lebih sulit didegradasi dan

(8)

1996). Selulosa merupakan komponen utama yang terkandung dalam dinding sel tumbuhan dan mendominasi hingga 50% berat kering tumbuhan. Jerami padi diketahui memiliki kandungan selulosa yang tinggi, mencapai 34,2% berat kering, 24,5% hemiselulosa dan kandungan lignin hingga 23,4%. Komposisi kimia limbah pertanian maupun limbah kayu tergantung pada spesies tanaman, umur tanaman, kondisi lingkungan tempat tumbuh dan langkah pemprosesan. Perbandingan komposisi kimia jerami padi disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi jerami padi

Senyawa kimia Komposisi

(% b/b)

Selulosa 34,2

Hemiselulosa 24,5

Lignin 23,4

(Wyman, 2002)

B. Selulosa

Selulosa (C6H10O5)n merupakan polimer yang tersusun dari unit-unit β

-1,4-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan β-1,4-D-glikosida (Han et al., 1995). Karakteristik selulosa antara lain muncul karena adanya struktur kristalin dan amorf serta pembentukan micro fibril dan fibril yang pada akhirnya menjadi serat selulosa. Serat selulosa memiliki derajat kristalinitas yang tinggi, bahkan mencapai 70% ketika diisolasi dan dimurnikan (Keenan et al., 2005). Selulosa bersifat sulit larut pada berbagai pelarut organik yang umum, tidak mengalami pemrosesan leleh karena selulosa akan

(9)

Gambar 1. Struktur selulosa dan ikatan β-1,4-glikosida pada selulosa (Yuliani dkk., 2005)

Gugus fungsional dari rantai selulosa adalah gugus hidroksil (OH). Gugus -OH ini dapat berinteraksi satu sama lain dengan gugus -O, -N, dan -S, membentuk ikatan hidrogen. Akibat tingginya gaya antar rantai ikatan hidrogen antara gugus hidroksil pada rantai yang berdekatan, faktor ini dipandang menjadi penyebab kekeristalan yang tinggi dari serat selulosa. Jika ikatan hidrogen berkurang, gaya antaraksipun berkurang, dan oleh karenanya gugus hidoksil selulosa harus diganti sebagian atau seluruhnya oleh pengesteran. Di dalam selulosa alami dari tanaman, rantai selulosa diikat bersama-sama membentuk mikrofibril yang sangat terkristal (highly crystalline) dimana setiap rantai selulosa diikat bersama-sama dengan ikatan hidrogen. Sebuah kristal selulosa mengandung sepuluh rantai glukan dengan orientasi pararel (Marchessault, 1981).

C. Turunan Selulosa

Selulosa yang secara langsung dapat dijadikan serat sangatlah terbatas, yang lebih lazim dilakukan ialah memproses larutan turunan selulosa, dan

(10)

serat atau lapisan tipis) setelah selulosa dikembalikan lagi. selulosa yang diperoleh dengan cara itu disebut selulosa teregenerasi (Yuliani dkk., 2005).

Modifikasi terhadap struktur polimer selulosa dilakukan dengan cara mereaksikannya dengan anhidrida asetat dan pelarut asam asetat glasial membentuk selulosa asetat serta asam sulfat sebagai katalis. Karena adanya efek sterik yang dimiliki struktur molekul selulosa menyebabkan proses protonasi tidak merata pada setiap atom oksigen dan bergantung pada atom-atom tempat melekatnya gugus hidroksil tersebut. Terjadinya protonasi pada atom-atom oksigen gugus hidroksil ini menyebabkan atom karbon tempat menempelnya gugus hidroksil yang terprotonasi bersifat elektrofil karena memiliki muatan parsial positif. Adanya anhidrida asetat yang memiliki atom oksigen yang bersifat nukleofil terjadi penyerangan nukleofil terhadap

elektrofil. Ikatan antara atom karbon dengan gugus hidroksil yang

terprotonasi tidak stabil dan akhirnya putus. Proses ini berlangsung hingga gugus-gugus hidroksil yang dihasilkan akan mengalami asetilasi lebih lanjut selama anhidrida masih ada (Savitri dkk., 2004).

Beberapa turunan selulosa yang dapat dihasilkan dari proses modifikasi selulosa antara lain selulosa mikrokristalin yang diperoleh dari proses pemurnian selulosa, metilselulosa, etilselulosa, dan hidroksiporil

metilselulosa yang diperoleh dari proses eterifikasi, selulosa asetat yang diperoleh dari proses esterifikasi (Doerge, 1982). Salah satu turunan selulosa yang banyak dikembangkan adalah selulosa asetat (Liu dan Bai, 2006).

(11)

D. Selulosa Asetat

Selulosa asetat adalah senyawa ester organik turunan selulosa dengan rumus molekul (C6H7O2(OCOCH3))x. Selulosa asetat merupakan selulosa ester yang paling penting yang berasal dari asam organik dan merupakan polimer yang dapat didegradasi. Dibuat dengan mereaksikan antara selulosa dengan asam asetat anhidrida, dengan katalis asam sulfat. Penambahan katalis asam sulfat dengan menggunakan asam asetat anhidrida mula-mula akan membentuk acetyl sulfuric acid sebuah produk antara, selanjutnya acetyl sulfuric acid akan bereaksi

dengan selulosa membentuk selulosa asetat. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas dua jenis yaitu selulosa triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat (selulosa asetat sekunder). Selulosa asetat primer dibuat melalui reaksi esterifikasi (asetilasi) selulosa dengan pereaksi anhidrida asetat, sedangkan selulosa asetat sekunder dibuat dengan cara menghidrolisis selulosa asetat primer (Desiyarni, 2006).

(12)

Selulosa asetat dihasilkan dari selulosa melalui tahapan aktivasi dengan asam asetat glasial dan tahap asetilasi dengan anhidrida asetat (Filho, 2005). Asetilasi adalah reaksi yang telah ditemukan untuk mengurangi sedikit sifat dasar dari selulosa. Menurut R.M. Rowell et al (2005), penghilangan ini merupakan hal yang diharapkan dengan adanya reaksi asetilasi akan

menambah kebasaan yang terjadi pada esterifikasi grup OH pada dinding sel. Selulosa akan bereaksi pada kondisi anhidrat, dalam sebuah katalis asam dengan anhidrat asetat, untuk membentuk selulosa triasetat (selulosa asetat).

Gambar 3. Reaksi pembentukan selulosa asetat (Carolina, 2010) Pada proses asetilasi ini, kebanyakan dari gugus sulfat digantikan oleh gugus asetil. Pada esterifikasi yang komplit, mayoritas gugus sulfat yang tersisa terikat dihidroksi primer pada selulosa (Carolina, 2010).

Menurut Edgar (2001) selulosa asetat umumnya digunakan untuk beberapa jenis film dan bahan pelapis. Selain sebagai bahan pelapis, selulosa asetat juga dapat dimanfaatkan dalam aplikasi kedokteran, farmakologi, perlakuan limbah, kromatografi, tekstil tiruan dan bahan eksipien obat (Murphy et al.,

(13)

2001; Tkáč et al., 2002; Liu dan Bai, 2006; Wang et al., 2009). Pemanfaatan ini bergantung pada jenis selulosa aetat yang diperoleh, ini dapat dilihat dari derajat substitusinya. Hubungan antara aplikasi selulosa asetat terhadap derajat substitusinya dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hubungan derajat substitusi selulosa asetat dan aplikasinya (Fengel & Wegener 1989)

Derajat Substitusi Aplikasi 0,6 – 0,9

1,2 – 1,8 2,2 – 2,7 2,8 – 3,0

- Plastik Benang, Film Pembungkus

E. Proses Asetilasi

Asetilasi merupakan sebuah reaksi yaang menggunakan gugus asetil

(CH3COO-) pada senyawa organik. Asetilasi serat alam diketahui merupakan metode esterifikasi yang baik dari serat selulosa. Dimetilformida, trietilamin, dimetilacetamida dan piridin merupakan pelarut yang dapat digunakan dalam reaksi asetilasi yang berfungsi sebagai agen pembengkakan dingding sel supaya kumpulan hidroksi keluar secara reaksi kimia. Reaksi asetilasi yang terbaik ialah mengunakan anhidrida asetat. Modifikasi kimia ini adalah subtitusi asam anhidrat asetat gugus OH pada dingding sel serat dengan gugus asetil, yang mana hasil modifikasi ini menjadi hidrophobik (Hill, 1998). Asetilasi dapat membuat serat alam menjadi higroskopis dan menambah stabilitas dimensi komposit.

(14)

Khalil (2004) mengemukan serat yang mengalami reaksi asetilasi akan mempunyai sifat-sifat:

1. _{Penyerapan lembapan yaitu sifat higroskopik lignoselulosik dapat} dikurangi dengan menggantikan gugus hidroksil yang terdapat pada dingding sel yang bersifat hidrofobik.

2. _{Kestabilan dimensi.} 3. _{Ketahanan terhadap UV.} 4. _{Sifat kekuatan.}

F. Proses Esterifikasi

Reaksi esterifikasi bersifat reversibel, untuk memperoleh rendemen tinggi dari ester itu, kesetimbangan harus digeser ke arah ester. Satu teknik untuk mencapai ini adalah menggunakan salah satu zat pereaksi yang murah yang berlebihan. Teknik lain adalah membuang salah satu produk dari dalam campuran reaksi (Fessenden dan Fessenden, 1999).

Beberapa macam metode esterifikasi antara lain : a. Cara Fischer

Jika asam karboksilat dan alkohol dan katalis asam (biasanya KCl atau H2SO4) dipanaskan, terdapat kesetimbangan dengan ester dan air.

(15)

b. Esterifikasi dengan asil halida

Asil halida adalah turunan asam karboksilat yang paling reakatif. Asil klorida lebih murah dibandingkan dengan asil halida lain. Asil halida biasanya dibuat dari asam dengan tionil klorida atau fosfor pentaklorida.

(Hart, 1990)

Metode esterifikasi yang digunakan unutuk memodifikasi selulosa dalam penelitian ini adalah esterifikasi cara Fischer. Hal ini dapat dilihat dari reaksi yang terjadi selama proses pembentukan selulosa asetat dan pelarut yang digunakan.

G. EKSIPIEN OBAT

Eksipien obat atau zat aditif merupakan bahan selain zat aktif yang ditambahkan dalam formulasi suatu sediaan untuk berbagai tujuan atau fungsi. Bahan tambahan bukan merupakan bahan aktif, namun secara langsung atau tidak langsung akan berpengaruh pada kualitas/mutu tablet yang dihasilkan. Beberapa kriteria umum yang esensial untuk eksipienyaitu : netral secara fosiologis, stabil secara fisika dan kimia, memenuhi peraturan perundangan, tidak mempengaruhi bioavaiabilitas obat, bebas dari mikroba patogen dan tersedia dalam jumlah yang cukup dan murah (Sulaiman, 2007).

(16)

Eksipienmempunyai peranan atau fungsi yang sangat penting dalam formulasi tablet. Hal ini karena tidak ada satupun zat aktif yang dapat langsung dicetak menjadi tablet tanpa membutuhkan eksipien. Eksipien dalam sediaan tablet dapat diklasifikasikan berdasarkan peranannya dalam produksi tablet (Sulaiman, 2007).

Berikut beberapa peranan eksipien yang umumnya digunakan dalam formulasi sediaan tablet :

a. Bahan pengisi (diluents/fillers)

Pengisi berfungsi untuk mendapatkan suatu ukuran atau bobot yang sesuai sehingga layak untuk dikempa menjadi tablet (Sulaiman, 2007).

b. Bahan pengikat (binders)

Binders atau bahan pengikat berfungsi memberi daya adhesi pada massaserbuk pada granulasi dan kempa langsung serta untuk menambah daya kohesi yang telah ada pada bahan pengisi (Sulaiman, 2007). c. Bahan penghancur (disintegrants)

Bahan penghancur akan membantu hancurnya tablet menjadi granul, selanjutnya menjadi partikel-partikel penyusun.

Doerge (1982) menjelaskan bahwa selulosa asetat dapat dimanfaatkan sebagai bahan eksipien obat, karena ia resisten terhadap kondisi asam dalam lambung tetapi larut dalam internal yang lingkungannya lebih alkalis.

(17)

H. Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR)

Pada dasarnya Spektrofotometer FTIR adalah sama dengan spektrofotometer infra merah dispersi, perbedaannya adalah pengembangan pada sistem

optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran dari Spektrofotometer FTIR adalah dari persamaan gelombang yang

dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis, dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekwensi. Perubahan gambaran intensitas gelombang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekwensi atau sebaliknya disebut Transformasi Fourier. Selanjutnya pada sistem optik peralatan instrumen Fourier Transform Infra Red dipakai dasar daerah waktu yang non dispersif.

Secara keseluruhan, analisis menggunakan spektrofotometer ini memiliki dua kelebihan utama dibandingkan spektrofotometer infra merah dispersi yaitu :

1. Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat.

2. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar

daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (Hsu, 1994).

Spektroskopi FTIR merupakan metode yang dapat digunakan untuk

mengidentifikasi gugus fungsi yang terdapat dalam senyawa organik, gugus fungsi ini dapat ditentukan berdasarkan ikatan dari tiap atom. Prinsip kerja dari metode ini adalah sinar yang terserap menyebabkan molekul dari

(18)

senyawa tervibrasi dan energi vibrasi diukur oleh detektor dan energi vibrasi dari gugus fungsi tertentu akan menghasilkan frekuensi yang spesifik. Alat ini mempunyai kemampuan lebih sensitif dibanding dengan alat dispersi dan dapat digunakan pada daerah yang sangat sulit atau tidak mungkin dianalisis dengan alat dispersi. Radiasi infra merah mempunyai spektrum

elektromagnetik pada bilangan gelombang 13000-10 cm -1_{atau panjang} gelombang dari 0,78-1000 µm. Penggunaan spektrum infra merah untuk menentukan gugus fungsi suatu struktur senyawa organik biasanya antara 4000-400 cm -1 (2.5 sampai 25 µm). Daerah di bawah frekuensi 400 cm-1 (25 µm) disebut daerah infra merah jauh, dan daerah di atas 4000 cm -1 (2.5 µm) disebut daerah inframerah dekat (Silverstein dkk., 1986).

Yang (1999) melaporkan bahwa serapan-serapan FTIR yang khas untuk selulosa asetat adalah serapan pada bilangan gelombang 3.400 cm-1 untuk regang OH, 2.950 cm-1_{untuk regang CH3 asimetrik, 2.860 cm}-1_{untuk regang} CH3 simetrik, 1.750 cm-1 untuk regang C=O, dan regang C-C-O asetat menimbulkan serapan pada 1.235 cm-1. Serapan kuat muncul pada bilangan gelombang 1746 cm-1_{yang menunjukkan adanya serapan gugus karbonil} pada asetil, dan turunnya serapan pada bilangan gelombang 3460 cm-1 yang menunjukkan berkurangnya gugus hidroksil (-OH) pada selulosa (Filho et al., 2008).

(19)

I. Kinetika Kimia

Kinetika kimia adalah suatu ilmu yang membahas tentang laju (kecepatan) dan mekanisme reaksi. Laju reaksi dinyatakan sebagai perubahan konsentrasi atau tekanan dari produk atau reaktan terhadap waktu.

Berdasarkan jumlah molekul yang bereaksi, reaksi terdiri atas :

1. Reaksi unimolekular : hanya 1 mol reaktan yang bereaksi Contoh : N2O5  N2O4 + ½ O2

2. Reaksi bimolekular : ada 2 mol reaktan yang bereaksi Contoh : 2 HI  H2 + I2

3. Reaksi termolekular : ada 3 mol reaktan yang bereaksi Contoh : 2 NO + O2  2NO2

Secara kuantitatif, kecepatan reaksi kimia ditentukan oleh orde reaksi, yaitu jumlah dari eksponen konsentrasi pada persamaan kecepatan reaksi.

1. Reaksi Orde Nol

Pada reaksi orde nol, kecepatan reaksi tidak tergantung pada konsentrasi reaktan.

Persamaan laju reaksi orde nol dinyatakan sebagai :

- dt dA

= k0

A - A0 = - k0 . t A = konsentrasi zat pada waktu t A0 = konsentrasi zat mula – mula

(20)

2. Reaksi Orde Satu

Pada reaksi orde satu, kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan.

Persamaan laju reaksi orde satu dinyatakan sebagai :

- dt dA

= k1 [A]

- ] [A

= k1 dt

ln ] [ ] 0 [ A A

= k1 (t – t0)

Bila t = 0  A = A0

ln [A] = ln [A0] - k1 t

[A] = [A0] e-k1t

Tetapan laju (k1) dapat dihitung dari grafik ln [A] terhadap t, dengan – k1 sebagai gradiennya.

Gambar 4. Grafik ln [A] terhadap t untuk reaksi orde satu

Waktu paruh (t1/2) adalah waktu yang dibutuhkan agar konsentrasi reaktan hanya tinggal setengahnya. Pada reaksi orde satu, waktu paruh dinyatakan sebagai

ln [A]

ln [A]0

gradien = -k1

(21)

k1 = t1/2 1 ln 2 / 1 1

k1 = 2 / 1 693 , 0 t

3. Reaksi Orde Dua

Persamaan laju reaksi untuk orde dua dinyatakan sebagai :

- dt dA

= k2 [A]2

- 2 ] [A

= k2 t

] [

A - [ 0] 1

A = k2 (t – t0)

Tetapan laju (k2) dapat dihitung dari grafik 1/A terhadap t dengan k2

sebagai gradiennya.

Gambar 5. Grafik ln 1/[A] terhadap t untuk reaksi orde dua

Waktu paruh untuk reaksi orde dua dinyatakan sebagai

t1/2 =

] 0 [ 2 1 A k (Sastrohamidjojo, 2005) ln 1/[A]

ln 1/[A]0

gradien = -k2

(22)

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Juli sampai bulan Oktober 2011 di Laboratorium Instrumentasi Jurusan Kimia FMIPA Unila.

B. Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain Erlenmeyer, sentrifugasi, oven, gelas beaker, neraca analitik, batang pengaduk, seperangkat alat refluks, labu bundar, spektrofotometer FTIR merek Shimadzu dan peralatan laboratorium umum lainnya.

Bahan-bahan yang digunakan antara lain jerami padi yang berasal dari Pringsewu dengan varietas Ciherang, NaOCl, NaOH teknis, asam asetat glasial, asam sulfat, asam asetat anhidrida, dikloro metana, etanol, KOH, indikator fenolftalein, HCl dan asam nitrat pekat.

(23)

C. Prosedur Penelitian

1. Preparasi Sampel Jerami Padi

Jerami padi yang berasal dari Pringsewu terlebih dahulu dikeringkan dibawah sinar matahari. Setelah kering jerami dicacah hingga diperoleh jerami

berukuran 2-3 cm, kemudian jerami dihaluskan dengan menggunakan mesin penggiling hingga diperoleh jerami dengan ukuran 50 mesh.

2. Ekstraksi dan Pemurnian Selulosa dari Jerami Padi

Pada tahap ini diharapkan diperoleh selulosa yang murni. Sebanyak 50 g jerami padi dimasukkan dalam gelas beaker dan direndam dalam 1 L larutan NaOCl 1% selama 24 jam pada suhu ruang. Setelah 24 jam, disaring dan dibilas dengan aquadest. Jerami hasil penyaringan dikeringkan dalam oven pada suhu 60oC selama 24 jam. Proses ini dikenal dengan proses

delignifikasi atau penghilangan kandungan lignin dalam senyawa

berlignoselulose (Widyani, 2002). Selanjutnya jerami yang telah bebas lignin direndam dalam larutan NaOH 15% selama 24 jam pada suhu ruang. Setelah 24 jam, dilakukan penyaringan sehingga diperoleh filtrat dan endapan. Endapan yang diperoleh selanjutnya dimasukkan ke dalam labu bundar, tambahkan 15 ml asam asetat 80% dan 1,5 ml asam nitrat pekat, kemudian direfluks selama 20 menit. Selanjutnya dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas saring yang telah diketahui bobotnya (A). Setelah dilakukan penyaringan, padatan hasil dari refluks dicuci dengan etanol. Erlenmeyer dan corong dibilas dengan air suling sebanyak 3 kali. Kertas

(24)

saring beserta residu dikeringkan pada oven dengan suhu 100-105o_{C selama} 1-2 jam. Kertas saring didinginkan dan ditimbang bobotnya (B). Kertas saring dengan residu diabukan pada suhu 540o_{C, lalu didinginkan ditimbang} bobotnya (C).

Keterangan :

B = Bobot kertas saring dan residu setelah dioven (g) A = Bobot kertas saring (g)

C = Bobot abu (g) (Hakim, 2010)

Selulosa yang diperoleh dicuci dengan menggunakan aquadest. Selanjutnya selulosa dioven pada suhu 60oC selama 5 jam.

3. Identifikasi Selulosa

Identifikasi selulosa dilakukan dengan mentitrasi selulosa menggunakan fero ammonium sulfat (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O). 5 g selulosa dimasukkan dalam Erlenmeyer 250 mL, tambahkan 50 mL aquadest kemudian panaskan hingga selulosa larut. Setelah selulosa larut, tambahkan 10 mL larutan K2Cr2O7 suhu larutan dijaga panasnya selama 15 menit. Setelah 15 menit larutan

didinginkan pada suhu ruang, setelah dingin tambahkan 2-4 tetes indikator ferroin kemudian dititrasi dengan larutan ferro ammonium silfat 0,1 N. Titrasi dihentikan jika warna larutan berubah menjadi ungu (SNI 0444:2009).

(25)

4. Optimasi Proses Asetilasi

Pada proses ini terdapat dua tahap dalam pembentukan selulosa asetat, tahap awal adalah tahap aktivasi yang selanjutnya hasil dari tahap aktivasi

dilanjutkan dengan tahap asetilsi (Filho, 2005).

a. Optimasi Perbandingan Selulosa : Asam Asetat Glasial

Selulosa yang diperoleh dari proses sebelumnya dimasukkan dalam gelas beaker kemudian tambahkan asam asetat glasial. Pada tahap ini digunakan variasi perbandingan selulosa : asam asetat glasial sebesar 1:2 (g/mL). Selanjutnya larutan diaduk selama 30 menit pada suhu ruang. Setelah 30 menit, tambahkan campuran asam sulfat dan asam asetat dengan

perbandingan 1:4, 1:6, 1:8, 1:10 (g/mL) lalu diaduk selama 30 menit pada suhu ruang. Setelah homogen dilakukan penyaringan dengan

menggunakan kertas saring sehingga diperoleh filtrat dan endapan. Endapan yang diperoleh ditambah asam asetat anhidrida aduk hingga homogen kemudian diamkan selama 30 menit pada suhu ruang. Setelah terbentuk endapan, dilakukan penyaringan dan endapan yang diperoleh dicuci dengan aquadest hingga netral kemudian dioven pada suhu 105oC selama 90 menit.

Sebagai kontrol selulosa asetat yang diperoleh dari proses asetilasi akan dipergunakan selulosa murni dengan menggunakan prosedur asetilasi yang sama.

(26)

b. Optimasi Suhu Proses Asetilasi

Selulosa yang diperoleh dari proses sebelumnya dimasukkan dalam gelas beaker kemudian tambahkan asam asetat glasial 1:2 (g/mL). Selanjutnya larutan diaduk selama 30 menit pada suhu ruang. Setelah 30 menit, tambahkan campuran asam sulfat dan asam asetat dengan perbandingan optimal yang telah diketahui berdasarkan proses sebelumnya lalu diaduk selama 30 menit pada suhu ruang. Setelah homogen dilakukan

penyaringan dengan menggunakan kertas saring sehingga diperoleh filtrat dan endapan. Endapan yang diperoleh ditambah asam asetat anhidrida aduk hingga homogen kemudian diamkan selama 30 menit pada suhu 45oC, 50oC, 55oC dan 60oC. Setelah terbentuk endapan, dilakukan penyaringan dan endapan yang diperoleh dicuci dengan aquadest hingga netral kemudian dioven pada suhu 105oC selama 90 menit.

Sebagai kontrol selulosa asetat yang diperoleh dari proses asetilasi akan dipergunakan selulosa murni dengan menggunakan prosedur asetilasi yang sama.

c. Optimasi Waktu Proses Asetilasi

(27)

lalu diaduk selama 30 menit. Setelah homogen dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas saring sehingga diperoleh filtrat dan endapan. Endapan yang diperoleh ditambah asam asetat anhidrida aduk hingga homogen kemudian diamkan selama 30, 40, 50, dan 60 menit pada suhu optimal asetilasi. Setelah terbentuk endapan, dilakukan penyaringan dan endapan yang diperoleh dicuci dengan aquadest hingga netral kemudian dioven pada suhu 105oC selama 90 menit.

Sebagai kontrol selulosa asetat yang diperoleh dari proses asetilasi akan dipergunakan selulosa murni dengan menggunakan prosedur asetilasi yang sama.

5. Penentuan Derajat Substitusi

Penentuan kadar asetil dilakukan dengan prosedur ASTM D 871-96.

Sebanyak 1 gram selulosa asetat kering ditempatkan dalam labu Erlenmeyer, kemudian ditambahkan 40 ml etanol 75%, dan labu dipanaskan pada suhu 55 °C selama 30 menit. Setelah 30 menit, labu dikeluarkan dari penangas dan ditambahkan 40 mL NaOH 0.5 M, dan dipanaskan kembali selama 15 menit pada suhu 55 °C. Selanjutnya, labu ditutup rapat dengan aluminium dan diamkan selama 72 jam pada suhu kamar. Setelah 72 jam, sisa NaOH

ditambahkan dengan indikator fenolftalein kemudian dititrasi dengan HCl 0.5 M sampai warna merah muda hilang. Sebanyak 1 mL titran dilebihkan dari titik akhir itu, lalu labu ditutup rapat kembali, dan dibiarkan selama 24 jam pada suhu kamar. Setelah 24 jam sisa HCl dititrasi dengan NaOH 0.5 M standar sampai muncul warna merah muda.

(28)

�� =

6 � �−�_�

Keterangan :

W = berat sampel

B = Volume HCl untuk titrasi blanko S = Volume HCl untuk titrasi sampel M = Molaritas HCl

162 = berat molekul anhidro glukosa

(Wicaksono., 2008)

6. Karakterisasi dengan FTIR

Selulosa asetat yang diperoleh diambil secukupnya kemudian di homogenkan dengan serbuk KBr dalam mortar untuk membuat pelet. Selanjutnya pelet divakum dan di pres selama 10 menit pada tekanan 80 torr. Sampel siap untuk dianalisis pada panjang gelombang 2000-4000 cm-1.

(29)

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :

1. Kadar selulosa jerami padi pada penelitain ini sebesar 32,61 %.

2. Dari tiga kondisi optimum reaksi asetilasi yaitu waktu reaksi, suhu, dan perbandingan antara selulosa : asam asetat glacial diperoleh waktu

optimum selama 60 menit, suhu optimum sebesar 50o_{C, dan perbandingan} antara selulosa : asam asetat glasial sebanyak 1:10 (g/mL).

3. Pada penelitian ini modifikasi selulosa dengan metode asetilasi berhasil menghasilkan selulosa asetat. Analisis dengan menggunakan FT-IR menghasilkan serapan-serapan yang khas untuk selulosa asetat.

B. Saran

Berdasarkan hasil yang diperoleh pada penelitian ini, maka untuk penelitian selanjutnya disarankan agar:

1. Melakukan kembali prosedur ekstraksi selulosa dengan menggunakan beberapa variasi kondisi ekstraksi untuk mendapatkan selulosa yang lebih baik dengan tingkat kemurnian yang tinggi.

(30)

2. Melakukan kembali reaksi asetilasi dengan menambahkan variasi kondisi asetilasi yaitu penambahan anhidrida asetat untuk mengetahui pengaruhnya terhadap selulosa asetat yang dihasilkan dan pengaruhnya terhadap derajat substitusi dari selulosa asetat.

(31)

STUDI EKSTRAKSI DAN MODIFIKASI SELULOSA DARI JERAMI PADI UNTUK MENGHASILKAN SELULOSA ASETAT

(Skripsi)

Oleh Hady Novadianto

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2012

(32)

Judul Penelitian : STUDI EKSTRAKSI DAN MODIFIKASI SELULOSA DARI JERAMI PADI UNTUK MENGHASILKAN SELULOSA ASETAT

Nama Mahasiswa : Hady Novadianto Nomor Pokok Mahasiswa : 0717011038

Jurusan : Kimia

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MENYETUJUI 1. Komisi pembimbing

Pembimbing I, Pembimbing II,

Heri Satria, M.Si. Dr. Buhani, M.Si.

NIP.197110012005011002 NIP. 196904161994032003

2. Ketua Jurusan

Andi Setiawan, Ph.D. NIP. 195809221988111001

(33)

Kupersembahkan Karya Sederhana ini Kepada ALLAH S.W.T

Kedua orang tuaku

(34)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jambi pada tanggal 28 November 1988, sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari Edy Susilo, S.Pd dan Sukarmi.

Jenjang pendidikan diawali dari Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 45 Kota Jambi diselesaikan pada tahun 2000. Sekolah Menengah Pertama (SMP) di SMP Negeri 1 Kota Jambi diselesaikan pada tahun 2003, dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 3 Kota Jambi diselesaikan pada tahun 2006. Tahun 2007, penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Jurusan Kimia FMIPA Unila melalui jalur SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru).

Pada tahun 2010 Penulis melakukan Praktek Kerja Lapangan di Laboratorium Instrumentasi Jurusan Kimia FMIPA Unila di Bandar Lampung. Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar I Jurusan Kimia, Agrobisnis, Teknologi Hasil Pangan. Kimia Analitik Jurusan Kimia dan Teknik Kimia. Penulis juga aktif di Himpunan Mahasiswa Kimia (HIMAKI) FMIPA Unila sebagai ketua Kader Muda Himaki (KAMI) kepengurusan 2007/2008, anggota Bidang Kaderisasi kepengurusan 2008/2009, dan anggota Biro Usaha Mandiri (BUM) kepengurusan 2009/2010. Selain itu, penulis juga pernah mendapat beasiswa BBM dan beasiswa SUPERSEMAR.

(35)

SANWACANA

Asslamu’alaikum Wr. Wb.

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya telah memberikan kemampuan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi yang berjudul :

“Studi Ekstraksi dan Modifiaksi Selulosa dari Jerami Padi Untuk Meghasilkan Selulosa Asetat”

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.

Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak mendapat masukan, bimbingan, motivasi, bantuan, saran serta kritik dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati penulis hanturkan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak dan Ibuku tersayang, atas segala do’a, kasih sayang, perhatian, motivasi dan nasihat yang tak henti-hentinya kalian curahkan selama perjalanan hidupku. Ketulusan dan kesabaran kalian merupakan motivasiku dalam menjalankan keseharianku. Adik-adik ku Mirna dan Pisca atas perhatian dan dukungannya.

(36)

pengetahuan, saran, arahan, motivasi, dukungan serta nasihat sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan skripsi ini dengan baik.

3. Ibu Dr. Buhani, M.Si., selaku Pembimbing Kedua yang telah meluangkan waktu, memberikan banyak ilmu, arahan, saran, dan motivasi selama penyusun skripsi ini.

4. Bapak Dr. Yandri AS, M.S., selaku Pembahas yang telah meluangkan waktu, memberikan arahan, saran dan kritik demi terselesainya skripsi ini.

5. Bapak Rudy T Mangapul S, Ph.D., selaku Pembimbing terimakasih atas saran dan dukungan selama menyelesaikan studi.

6. Bapak Andi Setiawan, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Lampung.

7. Bapak Prof. Suharso, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

8. Bapak Drs. R. Supriyanto, M.S. yang telah memberikan semangat, motivasi dan saran dalam menyelesaikan penelitian ini.

9. Bapak Diky Hidayat, M.Sc. yang telah memberikan semangat, motivasi, arahan dan pengetahuan selama studi.

10. Bunda Iin dan Mb Nora yang telah memberikan kemudahan, semangat, doa serta motivasi selama penelitian hingga terselesainya skripsi ini.

11. Seluruh dosen dan karyawan Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

(37)

kenangan dan cerita kita dihari ketika kita berjumpa lagi. Nurtika (terimakasih y nur bantuannya), Clara (kalo ketemu lagi jangan suka

ngerepotin ya), Tian, mba’ Nini (makasih mba’ bantuannya), Nia, Ratna, Uni,

Febi, Puji sukses buat kita semua.

ya bantuannya), Gia, Halimah, Ika, Tice (ce’ kalo puasa jangan lupa kasih

makanan lagi ya), Sartika (your so special for me), Rivera, Astri, Refi, Yanti, Winda, Hade, Putri, Sari, Eka E, Eka S terima kasih teman atas kebersamaan dan semua dukungannya, kalian akan selalu menjadi kenangan dalam perjalanan hidupku.

14. Senior-seniorku K’ Imam, S.Si., K’ Bowo,K’ Deni, S.Si., K’ Soni, S.Si., K’

Tomi, S.Si., K’ Slamet terimakasih atas semua pengetahuan, pengalaman,

motivasi, saran, kritik dan lingkungan kekeluargaan yang telah kalian ciptakan akan selalu ku ingat.

15. Mb Lina Amd,c, S.Si., Mba’ Lince, S.Si., Mba’ Eka, S.Si., Mba’ Yana, S.Si., Ruski dan Majid. Selalu memberikan keceriaan, semangat dan motivasi dalam kebersamaan kita di Lab. Instrumentasi tercinta dan tersayang.

16. Teman-teman angkatan 2004, 2005, 2006, 2008, 2009, 2010 atas dukungan dan doa yang telah diberikan.

(38)

Agung, Ali terimakasih semua keceriaan yang selalu kalian berikan untuk ku. Kalian kelurga ku di sini, semoga kita bisa berjumpa lagi.

18. Semua pihak yang telah membantu dan dukungan dalam penyusunan skripsi ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Akan tetapi, dengan segala kerendahan dan keikhlasan hati, penulis berharap semoga skripsi yang sederhana ini dapat berguna dan bermanfaat bagi semua pihak. Amin ya Rabb.

Bandar Lampung, Februari 2012 Penulis,

(1)

Kupersembahkan Karya Sederhana ini Kepada ALLAH S.W.T

Kedua orang tuaku

(2)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jambi pada tanggal 28 November 1988, sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari Edy Susilo, S.Pd dan Sukarmi.

(3)

SANWACANA

Asslamu’alaikum Wr. Wb.

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya telah memberikan kemampuan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi yang berjudul :

“Studi Ekstraksi dan Modifiaksi Selulosa dari Jerami Padi Untuk Meghasilkan Selulosa Asetat”

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.

(4)

2. Bapak Heri Satria, M.Si., selaku Pembimbing Utama, yang telah bersedia meluangkan waktu dan dengan penuh kesabaran memberikan banyak ilmu pengetahuan, saran, arahan, motivasi, dukungan serta nasihat sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan skripsi ini dengan baik.