PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG SAWIT UNTUK SINTESIS DAN KARAKTERISASI CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC)

(1)

ABSTRACT

EMPTY BUNCH OF USE CELLULOSE OIL FOR SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC)

TATI FATIMAH

This research has been conducted on the isolation and synthesis of cellulose Carboxymethyl Cellulose (CMC) of Palm Empty Fruit Bunch (EFB). EFB cellulose insulation of the powder using a mixture of HNO3 3.5% and NaNO3 were heated at 90 ° C for 2 hours then refluxing with NaOH 2% and 2% Na2SO3. To get more white white cellulose added of 1.75% NaOCl and immersion using a solution of 10% H2O2. Pulp is then dried and pulverized. Cellulose obtained were analyzed α-cellulose content, lignin content and characterized functional groups. Synthesis CMC done in 2 treatments, the concentration of NaOH (5%; 10%; 15%, 20%) and weight Sodium monokloroasetat (SMCA) (4 g; 5g; 6g; 7g). Synthesis begins with alkalization process using NaOH for 1 hour at room temperature, followed by addition of SMCA for 3 hours at a temperature of 55 ° C and washing using ethanol. Carboxymethyl Cellulose obtained characterized by parameters yield, DS, purity, pH, surface functional groups and forms. The results showed levels of α-cellulose 94.53%, 0.5% lignin content and cellulose TKS same spectra with standard spectra cellulose. The optimum conditions of synthesis of CMC is the concentration of NaOH 10% (w/v) and a weight of 3 grams SMCA characterized by the highest DS value of 0.3661. CMC obtained from the optimum conditions generate further characterized purity of 87.09%, pH 7.2 and surface functional groups and shape similar to a standard CMC.

Keywords: Carboxymethyl Cellulose (CMC), degree of substitution, Palm Empty Fruit Bunch

(2)

ABSTRAK

PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG SAWIT UNTUK SINTESIS DAN KARAKTERISASICARBOXYMETHYL CELLULOSE

(CMC)

Oleh TATI FATIMAH

Pada penelitian ini telah dilakukan isolasi selulosa dan sintesis Carboxymethyl cellulose (CMC) dari Tandan Kosong Sawit (TKS). Isolasi selulosa dari serbuk TKS menggunakan campuran HNO3 3,5% dan NaNO3 yang dipanaskan pada suhu 90oC selama 2 jam kemudian direfluks dengan NaOH 2% dan Na2SO3 2%. Hasil isolasi berupa pulp diputihkan dengan penambahan NaOCl 1,75% dan perendaman menggunakan larutan H2O2 10%. Pulp kemudian dikeringkan dan dihaluskan. Selulosa yang diperoleh dianalisis kadar selulosa-α, kadar lignin dan dikarakterisasi gugus fungsionalnya. Sintesis CMC dilakukan dalam 2 perlakuan yaitu konsentrasi NaOH (5%; 10%; 15%, 20%) dan berat Natrium monokloroasetat (NaMCA) (4 g; 5g; 6g; 7g). Sintesis diawali dengan proses alkalisasi selama 1 jam menggunakan NaOH pada suhu kamar, dilanjutkan dengan penambahan NaMCA selama 3 jam pada suhu 55oC dan pencucian menggunakan etanol.Karboksimetil selulosa yang diperoleh dikarakterisasi dengan parameter rendemen, DS, tingkat kemurnian, pH larutan, gugus fungsional dan bentuk permukaan. Hasil penelitian menunjukkan kadar α-selulosa 94,53%, kadar lignin 0,5% dan spektra selulosa TKS sama dengan spektra selulosa standar. Kondisi optimum sintesisCMC yaitu pada konsentrasi NaOH 10% (w/v) dan berat NaMCA 3 gram ditandai dengan nilai DS tertinggi yaitu 0,3661, diperoleh dari kondisi optimum tersebut selanjutnya dikarakterisasi menghasilkan kemurnian 87,09 %, pH larutan 7,2, serta gugus fungsional dan bentuk permukaan yang sama denganCMCstandar.

Kata Kunci:Carboxymethyl Cellulose (CMC), Derajat Substitusi, Tandan Kosong Sawit

(3)

PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG

SAWIT UNTUK SINTESIS DAN KARAKTERISASI

CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC)

Oleh TATI FATIMAH

Tesis

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar MAGISTER SAINS

Pada

Program Pascasarjana Magister Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Lampung

PROGRAM PASCASARJANA MAGISTER KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2016

(4)

PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG

SAWIT UNTUK SINTESIS DAN KARAKTERISASI

CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC)

(Tesis)

Oleh

TATI FATIMAH

PROGRAM PASCASARJANA MAGISTER KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2016

(5)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Tandan Kosong Sawit... 6

2. Struktur Molekul Selulosa... 8

3. Rumus Struktur Selulosa-α... 9

4. Rumus Struktur Selulosa-β... 9

5. Ikatan Hidrogen Intra dan Antar Molekul Selulosa... 11

6. Model Fibril Struktur Supermolekul Selulosa... 11

7. Reaksi degradasi selulosa………... 13

8. Reaksi Peruraian Lignin oleh H2O2... 14

9. Struktur CMC (Carboxymethyl Cellulose)... 15

10. Hasil Analisis SEM dari selulosa tumbuhan... 21

11. Serbuk TKS hasil preparasi sampel... 31

12. Reaksi hidrolisis lignoselulosa menghasilkan hemiselulosa... 32

13. (a) Residu penghilangan hemiselulosa, (b) Filtrat lignin... 32

14. Reaksi delignifikasi... 33

15. Reaksi degradasi lignin oleh NaOH... 34

16. (a) Proses bleaching, (b) selulosa-αhasil penyaringan... 35

17. Mekanisme reaksi pembuatan CMC... 37

18. Senyawa CMC dengan konsentrasi NaOH (a) 5%, (b) 10%, (c) 15%, dan (d) 20%... 37

(6)

19. Grafik berat rendemen CMC... 38

20. Grafik nilai Derajat Substitusi... 40

21. Spektrum Inframerah Selulosa Tandan Kosong Sawit... 42

22. Spektrum Inframerah CMC Tandan Kosong Sawit... 44

23. Hasil SEM (a) Selulosa, (b)CMCperbesaran 50x, (c),CMC perbesaran 500x, dan (d)CMCperbesaran 1000x... 45

(7)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI... i

DAFTAR TABEL... iv

DAFTAR GAMBAR... v

I. PENDAHULUAN... 1

A. Latar Belakang... 1

B. Tujuan Penelitian... 3

C. Manfaat Penelitian... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA... 5

A. Tandan Kosong Sawit (TKS)... 5

B. Selulosa... 7

1. Sifat-sifat Selulosa... 7

2. Isolasi Selulosa... 12

C. Karboksimetil Selulosa (CMC)... 14

1. Sifat-sifat CMC... 14

2. Kegunaan CMC... 16

(8)

D. Analisis Fourier Transform (FT-IR)... 18

E. Analisis Scanning Electron Microscope (SEM)…...…_... ₁₉

III. METODE PENELITIAN... 22

A. Waktu dan Tempat Penelitian... 22

B. Desain Penelitian... 22

C. Alat dan Bahan... 22

1. Alat Penelitian... 22

2. Bahan Penelitian... 23

D. Prosedur Penelitian... 23

1. Preparasi Sampel... 23

2. Isolasi Selulosa dari TKS... 24

3. Penentuan Kadar Selulosa-α._{dan Lignin...} ₂₅

4. Sintesis CMC... 27

5. Analisis Kuantitatif CMC... 29

5.1. Penentuan Derajat Substitusi (DS)... 29

5.2. Pengukuran pH Larutan CMC 1%... 30

5.3. Penentuan Kadar NaCl………_... ₃₀

5.4. Penentuan Kemurnian CMC………_... ₃₀

IV.HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN... 31

A. Persiapan dan Isolasi Sampel Selulosa... 31

B. Penentuan Kadar Selulosa-α dan_Lignin... ₃₅

C. Sintesis Carboxymethyl Cellulose... 36

(9)

E. Penentuan pH larutanCMC1%... 41

F. Penentuan kadar NaCl... 41

G. Penentuan kemurnian CMC... 41

H. Analisis FTIR CMC... 42

I. Analisis SEM (Scanning Electron Microscope)... 45

V. SIMPULAN DAN SARAN... 47

A. Simpulan... 47

B. Saran... 47

DAFTAR PUSTAKA... 48

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Komposisi Kimia TKS... 6 2. Aplikasi Karboksimetil Selulosa Di Dalam Industri... 17 3. Absorpsi Inframerah beberapa Gugus Fungsional... 19 4. Perbandingan serapan FTIR selulosa hasil penelitian dan

referensi... 43 5. Perbandingan serapan FTIRCMChasil penelitian dan

(11)

(12)

(13)

(14)

Moto

Berangkat dengan penuh keyakinan

Berjalan dengan penuh keikhlasan

Istiqomah dalam menghadapi cobaan

Tidak mengkhawatirkan hasil dan berfokus pada proses yang

baik, adalah sudah separuh keberhasilan

Man jadda wajadda

(15)

PERSEMBAHAN

Dengan keindahan hati, ketulusan jiwa, dan mengaharap ridho Allah

SWT, kupersembahkan hanya kecil yang penuh makna ini kepada:

Anakku Muhammad Rifki Abdillah dan Annisa Nurhaliza tersayang

Suamiku Irwan Hendriawan, S.E. tercinta

Segenap keluarga besarku yang selalu mendoakan keberhasilanku

Segenap keluarga besar SMA Negeri 5 Bandar Lampung

(16)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandung, 29 Maret 1968 yang merupakan putri dari pasangan Bapak Gajali (Alm) dan Ibu Rosiah. Penulis menyelesaikan pendidikan di Sekolah Dasar Negeri 2 Centeh Bandung pada tahun 1981, Sekolah Menengah Umum Tingkat Pertama (SMP) Negeri 22 Bandung pada tahun 1984, dan Sekolah Menengah Umum Tingkat Atas (SMA) Negeri 14 Bandung pada tahun 1987. Pada tahun 1990 penulis menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Pendidikan Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran dan Institut Keguruan dan Ilmu Pendidikan Bandung, kemudian pada tahun 1997 menyelesaikan pendidikan Program Penyetaraan Sarjana Pendidikan Kimia pada Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Lampung. Pada tahun 2013 penulis melanjutkan studi di Pascasarjana Program Studi Magister Kimia Universitas Lampung.

Pada tahun 1991 hingga sekarang, penulis bekerja sebagai Guru Kimia di SMA Negeri 5 Bandar Lampung.

(17)

SANWACANA

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan hidayah-Nya tesis ini dapat diselesaikan. Shalawat dan salam semoga selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW.

Tesis dengan judul“Pemanfaatan Selulosa Dari Tandan Kosong Sawit Untuk Sintesis Dan KarakterisasiCarboxymethyl Cellulose (CMC)_”adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Kimia di Universitas Lampung.

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada

1. Bapak Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T., selaku Pembimbing Pertama, pembimbing Akademik sekaligus Ketua Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Lampung atas kesediaannya dalam memberikan bimbingan, bantuan, semangat, saran dan kritik dalam proses penyelesaian tesis ini. 2. Bapak Andi Setiawan, Ph.D., selaku Pembimbing Kedua atas kesediaan

memberikan bimbingan, arahan, saran dan kritik dalam proses penyelesaian tesis ini.

3. Ibu Dr. Noviany, M.Si., selaku Penguji yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada penulis sehingga tesis ini terselesaikan dengan baik.

(18)

4. Bapak Prof. Dr. Sutopo Hadi, M.Sc., selaku Ketua Program Studi Magister Kimia FMIPA Universitas Lampung yang telah sabar memberikan

informasi dan layanan akademik kepada mahasiswa Megister Kimia. 5. Bapak Prof. Suharso, Ph. D., selaku Dekan FMIPA Universitas Lampung

yang telah memberikan fasilitas akademik selama menempuh perkuliahan dan penelitian.

6. Bapak dan Ibu Dosen Program Magister Kimia FMIPA Universitas Lampung.

7. Bapak dan Ibu Staf Administrasi FMIPA Universitas Lampung.

8. Teman-teman di laboratorium Kimia Organik Sri Murwatiningsih, Irwan Sudarmanto, Ridho Nahrowi, Hapin Afriyani, Junaidi, Mirfat, Yulia, Tazkia, Yepi dan mbak Wiwit atas bantuan dan kerjasamanya selama di laboratorium.

9. Teman-teman Magister Kimia angkatan 2013 kelas A M, Nurissalam, M.Si., R.A. Tri Endah, M.Si., Bambang Iswantoro, M.Si., Hastin Kurniasih, M.Si., Iip Sugiharta, M.Si., Rina Mediasari, M.Si., Laila Susanti, M.Si., Ika Purwanti, S.Pd., Armanto, S.Pd., Irwan Sudarmanto, S.Si., Loecy Antari, S.Pd., Rodiyansyah Jayasinga, M.Si., Dra. Sri

Murwatiningsih, Widyastuti, M.Si., Yudiansyah, S.Si., teman-teman kelas B dan teman-teman Magister Kimia 2014 untuk persaudaraan,

kebersamaan, cerita dan kenangan yang indah selama kuliah. 10. Semua pihak yang telah banyak membantu yang tidak dapat penulis

sebutkan satu per satu baik secara langsung maupun tidak tidak langsung dalam melaksanakan dan menyelesaikan tesis ini. Semoga Allah SWT

(19)

melimpahkan rahmat atas bantuan yang telah diberikan dan semoga hasil penelitian ini bermanfaat.

Akhir kata, Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, akan tetapi sedikit harapan semoga tesis yang sedehana ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Amin.

Bandar Lampung, 5 Januari 2016 Penulis,

(20)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kelapa sawit merupakan komoditas perkebunan yang sangat berkembang di Indonesia. Luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia mengalami peningkatan setiap tahunnya. Hingga tahun 2013 diperkirakan luas areal perkebunan kelapa sawit mencapai 10.010.824 ha. (Direktorat Jenderal Perkebunan, 2013). Dalam proses produksi minyak kelapa sawit, dihasilkan limbah pabrik yang berupa limbah padat, limbah cair, dan limbah gas. Salah satu jenis limbah padat yang paling banyak dihasilkan oleh pabrik kelapa sawit adalah tandan kosong sawit (TKS) yaitu sekitar 22–24% dari total tandan buah segar (TBS) yang diolah (Fauzi et al., 2005). Dari satu ton tandan buah segar (TBS) akan

menghasilkan limbah produksi dalam bentuk tandan kosong, sabut dan cangkang biji dengan komposisi 23%, 13,5% dan 5,5%. Dengan besarnya jumlah limbah tandan kosong sawit sebanyak 230-250 kg per ton produksi kelapa sawit, tandan kosong sawit berpotensi untuk diolah menjadi produk lain yang bisa

meningkatkan nilai tambahnya.

Menurut Aryafatta (2008), tandan kosong sawit mengandung selulosa sebesar 45%. Kandungan selulosa yang cukup tinggi tersebut merupakan suatu potensi

(21)

bahwa tandan kosong sawit dapat diolah lebih lanjut menjadi suatu produk yang lebih bernilai ekonomi tinggi dan bermanfaat dalam berbagai aplikasi. Selulosa merupakan polimer yang banyak terdapat pada dinding sel tumbuhan. Dalam dinding sel tersebut, selulosa terikat dengan substansi lain seperti lignin dan hemiselulosa. Untuk mendapatkan selulosa yang murni maka perlu dilakukan proses isolasi terlebih dahulu. Selulosa dapat diisolasi dari tandan kosong sawit melalui proses ekstraksi menggunakan larutan basa NaOH.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa selulosa dapat dimodifikasi menjadi

carboxymethyl cellulose (CMC)melalui beberapa tahapan proses kimiawi.CMC

merupakan salah satu produk turunan selulosa yang mempunyai nilai manfaat dan aplikasi yang tinggi. Beberapa penelitian terkait dengan isolasi selulosa dan sintesisCMCtelah dilakukan dengan bahan baku yang berbeda, antara lain umbi gula bit(Togrul dan Arslan, 2003), eceng gondok ( Wijayaniet al., 2005),

mahkota nanas (Susana, 2009), cangkang coklat (Hutomo, 2012), tongkol jagung (Puji Lestariet al., 2013), tongkol jagung manis (Melisaet al., 2014) dan kulit buah coklat (Nisaet al., 2014).

Dari beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi NaOH berpengaruh terhadap karakteristik selulosa hasil isolasi. Kadar selulosa merupakan salah satu jenis karakteristik terpenting. Tepung selulosa dengan kadar selulosa tertinggi digunakan sebagai bahan utama sintesisCMC.

(22)

SintesisCMCmeliputi perubahan selulosa menjadi alkali selulosa yang kemudian gugus hidroksil dari selulosa tersebut di substitusi oleh gugus karboksimetil dengan jalan mereaksikannya dengan natrium monokloroasetat, (NaMCA) (Heinz dan Pfeiffer, 1999). Banyaknya gugus hidroksil yang disubstitusi disebutdegree of substitution (DS)atau derajat substitusi. Derajat subsitusi menjadi salah satu parameter utama keberhasilan proses sintesisCMC. Togrulet al., 2003 dalam penelitian mengenai sintesis dari umbi gula bit melaporkan bahwaDS CMC

dipengaruhi oleh konsentrasi NaOH pada tahap alkalisasi dan berat NaMCA. Ridho nahrowi (2015) meneliti penggunaan konsentrasi NaOH 25 % memberikan

DSsebesar 0,25 pada sintesisCMCdari TKS. Baraiet al. (1997) menambahkan bahwa selain konsentrasi NaOH dan berat NaMCA, suhu yang digunakan pada proses karboksimetilasi juga mempengaruhi peningkatanDS CMC.

Data FAO (2011) menyebutkan bahwa standarDS CMCuntuk bahan tambahan pangan berkisar 0,2 - 1,5. Pada umumnyaCMCdiproduksi dengan kisaranDS0,7 sampai 0,9. Merujuk pada data tersebut, diperlukan data terkait dengan kondisi optimum sintesisCMCdari selulosa TKS, sehingga produk yang dihasilkan nantinya dapat diaplikasikan untuk keperluan bahan tambahan industri pangan.

B. Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini:

1. SintesisCMCTKS dengan variasi konsentrasi NaOH dan berat NaMCA. 2. KarakterisasiCMCyang diperoleh menggunakan FTIR dan SEM.

(23)

C. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tambahan tentang sintesis

(24)

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Tandan Kosong Sawit (TKS)

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil utama kelapa sawit dunia. Disamping volume produk berupa minyak sawit yang sangat besar maka terdapat potensi limbah yang juga besar. Berdasarkan tempat pembentukannya limbah kelapa sawit dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu limbah perkebunan kelapa sawit dan limbah industri kelapa sawit. Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada proses pengolahan kelapa sawit. Limbah jenis ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu limbah padat,limbah cair, dan limbah gas (Fauzi et al,. 2005).

Tandan kosong sawit (TKS) seperti pada Gambar 1. merupakan salah satu jenis limbah padat yang dihasilkan dalam industri minyak sawit. Ketersediaan TKS cukup signifikan bila ditinjau berdasarkan rerata nisbah produksi TKS terhadap total jumlah TBS yang diproses yaitu berkisar 22% hingga 24% dari total berat TBS yang diproses di pabrik kelapa sawit. Limbah tersebut belum banyak dimanfaatkan secara optimal. Selama ini pemanfaatan TKS oleh petani kelapa sawit masih sangat terbatas yaitu dibakar dalamincineratorditimbun (open

(25)

dumping), dijadikan mulsa di perkebunan kelapa sawit, atau diolah menjadi kompos.

Gambar 1. Tandan Kosong Sawit

TKS merupakan bahan organik kompleks yang komponen penyusunnya adalah material yang kaya unsur karbon (Selulosa 42,7 %, Hemiselulosa 27,3 %, Lignin 17,2 %) (Darnoko et al., 2006). Adapun komposisi kimia TKS secara lengkap disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi Kimia TKS

Komposisi Kadar (%)

Selulosa Hemiselulosa Lignin Pentosan Abu Silika

43–44 34 17–20 27 0,7–4,0 0,2

Sumber : Roliadi, 2011

Dua bagian TKS yang banyak mengandung selulosa adalah bagian pangkal dan bagian ujung yang agak runcing dan agak keras (Hasibuan, 2010).

(26)

B. Selulosa

1. Sifat-sifat selulosa

Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan oleh ikatanβ-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel

tumbuhan (Holtzappleet.al,. 2003).

Unit penyusun (building block) selulosa adalah selobiosa karena unit keterulangan dalam molekul selulosa adalah 2 unit gula (D-glukosa). Selulosa adalah senyawa yang tidak larut di dalam air dan ditemukan pada dinding sel tumbuhan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari jaringan tumbuhan. Selulosa merupakan polisakarida struktural yang berfungsi untuk memberikan perlindungan, bentuk, dan penyangga terhadap sel, dan jaringan (Janes,et al., 1996; Judoamidjojo,et al., 1989; Fessenden dan Fessenden, 1982). Struktur molekul selulosa disajikan pada Gambar 2.

Selulosa tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam, tetapi selalu berasosiasi dengan polisakarida lain seperti lignin, pektin, hemiselulosa, dan xilan. Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut sebagai lignoselulosa. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dihasilkan dari proses fotosintesis. Di dalam tumbuhan molekul selulosa tersusun dalam bentuk fibril yang terdiri atas beberapa molekul paralel yang dihubungkan oleh ikatan

(27)

glikosidik sehingga sulit diuraikan. Komponen-komponen tersebut dapat diuraikan oleh aktifitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme mampu menghidrolisis selulosa untuk digunakan sebagai sumber energi, seperti bakteri dan fungi (Sukumaranet al., 2008).

Gambar 2. Struktur Molekul Selulosa (Sumber : Harmsenet al., 2010)

Rantai selulosa terdiri dari satuan glukosa anhidrida yang saling berikatan melalui atom karbon pertama dan ke empat. Ikatan yang terjadi adalah ikatan ß- 1,4-glikosidik. Secara alamiah molekul-molekul selulosa tersusun dalam bentuk fibril-fibril yang terdiri dari beberapa molekul selulosa yang dihubungkan dengan ikatan glikosidik. Fibril-fibril ini membentuk struktur kristal yang dibungkus oleh lignin. Komposisi kimia dan struktur yang demikian membuat kebanyakan bahan yang mengandung selulosa bersifat kuat dan keras. Sifat kuat dan keras yang dimiliki oleh sebagian besar bahan berselulosa membuat bahan tersebut tahan terhadap peruraian secara enzimatik. Secara alamiah peruraian selulosa berlangsung sangat lambat (Fanet al., 1982).

(28)

Berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :

1. Selulosa-α (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi 600 - 1500. Selulosa-α dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemurnian selulosa. Selulosa-α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi (murni). Selulosa α > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak, sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri sandang/kain. Semakin tinggi kadar alfa selulosa, maka semakin baik mutu bahannya. Struktur selulosa-α disajikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Rumus Struktur selulosa-α

2. Selulosa-β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15 - 90, dapat mengendap bila dinetralkan . Struktur selulosa-β dapat dilihat pada Gambar 4.

(29)

3. Selulosa-γ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapiderajat polimerisasinya kurang dari 15.

Bervariasinya struktur kimia selulosa (α, β, γ)mempunyai pengaruh yang besar pada reaktivitasnya. Gugus-gugus hidroksil yang terdapat dalam daerah-daerah amorf sangat mudah dicapai dan mudah bereaksi, sedangkan gugus-gugus hidroksil yang terdapat dalam daerah-daerah kristalin dengan berkas yang rapat dan ikatan antar rantai yang kuat mungkin tidak dapat dicapai sama sekali (Nuringtyas, 2010).

Selulosa memiliki struktur yang unik karena kecenderungannya membentuk ikatan hidrogen yang kuat. Ikatan hidrogen intramolekular terbentuk antara: (1) gugus hidroksil C3 pada unit glukosa dan atom O cincin piranosa yang terdapat pada unit glukosa terdekat, (2) gugus hidroksil pada C2 dan atom O pada C6 unit glukosa tetangganya. Ikatan hidrogen antarmolekul terbentuk antara gugus hidroksil C6 dan atom O pada C3 di sepanjang sumbu b seperti terdapat pada Gambar 5 (Heinzeet al., 1999).

Dengan adanya ikatan hidrogen serta gaya van der Waals yang terbentuk, maka struktur selulosa dapat tersusun secara teratur dan membentuk daerah kristalin. Di samping itu, juga terbentuk rangkaian struktur yang tidak tersusun secara teratur yang akan membentuk daerah nonkristalin atau amorf. Semakin tinggipacking density-nya maka selulosa akan berbentuk kristal, sedangkan semakin rendah

packing densitymaka selulosa akan berbentuk amorf. Derajat kristalinitas selulosa dipengaruhi oleh sumber dan perlakuan yang diberikan. Rantai-rantai selulosa

(30)

akan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk mikrofibril, bagian kristalin akan bergabung dengan bagian nonkristalin. Mikrofibril-mikrofibril akan

bergabung membentuk fibril, selanjutnya gabungan fibril akan membentuk serat seperti pada Gambar 6.

Selulosa merupakan jenis polisakarida yang paling melimpah pada hampir setiap struktur tanaman. Kandungan selulosa kayu berkisar 48-50%, pada bagas berkisar antara 50-55% dan pada TKS sekitar 45% (Aryafatta, 2008).

O O OH O O O H O H H OH H O H H OH H O H H O OH H O H H H O H H OH H O O O O O O H HO H H OH H O H O H H O OH H O H H H O H H

O H O

6 4 5 2 3 1 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 4 ₅ 6 1 2 3

β β β β

Keterangan: = ikatan hidrogen

Gambar 5. Ikatan Hidrogen Intra dan Antar Molekul Selulosa

(31)

4. Isolasi Selulosa

Isolasi ini dimaksudkan untuk memisahkan selulosa dari lignin atau senyawa-senyawa lain. Pada penelitian ini selulosa akan diisolasi dari TKS dengan cara

pulpingdanbleaching.

Prosespulpingpada prinsipnya merupakan proses pemisahan selulosa dari lignin dan hemiselulosa yang mengelilingi dan mengikatnya.Pada prosespulpingNaOH sebagai alkali kuat akan mengubah monosakarida maupun gugus-gugus ujung dalam polisakarida menjadi berbagai asam karboksilat. Polisakarida dengan ikatan 1,4 glikosidik dan hemiselulosa akan terdegradasi dengan mekanisme pemutusan ikatan dari ujung ke ujung. Bagian rantai selulosa yang tersisa dari proses ini adalah senyawa yang disebut α-selulosa (pulp). Degradasi selulosa dapat juga terjadi akibat pemanasan (degradasi termal). Degradasi ini tidak terbatas pada pemutusan rantai molekul saja, tetapi juga reaksi dehidrasi dan oksidasi. Pemanasan dalam udara menyebabkan oksidasi gugus hidroksil yang

menghasilkan gugus karbonil dan kemudian menjadi gugus karboksil. Mekanisme reaksi yang terjadi pada polimer selulosa disajikan pada Gambar 7.

Produk pulp yang dihasilkan umumnya berwarna putih, namun bila berwarna coklat kemungkinan masih ada sisa lignin hasil depolimerisasi. Sisa kromofor ini dapat dihilangkan dengan prosesbleaching(pemutihan).

(32)

Atau dapat juga terjadi oksidasi pada OH sekunder

Gambar 7. Reaksi degradasi selulosa

Prosesbleachingbertujuan agar kemurnian selulosa menjadi lebih baik tanpa terjadi banyak pemutusan rantai selulosanya. Prosesbleachingakan membuat warna pulp menjadi lebih cerah atau putih. Pada proses ini digunakan hidrogen peroksida (H2O2) yang mempunyai kemampuan melepaskan oksigen yang cukup

(33)

kuat dan mudah larut dalam air. Hidrogen peroksida mengoksidasi unit non-fenolik ligin melalui pelepasan satu elektron dan membentuk radikal kation yang kemudian terurai secara kimiawi. Unit non-fenolik merupakan penyusun sekitar 90% struktur lignin. Hidrogen peroksida dapat memutus ikatan Cα- Cβmolekul

lignin dan mampu membuka cincin lignin dan reaksi lain.. Mekanisme reaksi prosesbleachingmenggunakan hidrogen peroksida terdapat dalam Gambar 8. (Othmer, 1992).

Gambar 8. Reaksi Peruraian Lignin oleh H2O2

C. Karboksimetil Selulosa (CMC) 1. Sifat-sifat CMC

Karboksimetil selulosa merupakan merupakan eter polimer selulosa linear dan berupa senyawa anion, yang bersifatbiodegradable, tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, butiran atau bubuk yang larut dalam air namun tidak larut dalam larutan organik, memiliki rentang pH sebesar 6.5 sampai 8.0, stabil pada rentang pH 2–10, bereaksi dengan garam logam berat membentuk film yang tidak larut

(34)

dalam air, transparan, serta tidak bereaksi dengan senyawa organik. Karboksimetil selulosa berasal dari selulosa kayu dan kapas yang diperoleh dari reaksi antara selulosa dengan asam monokloroasetat, dengan katalis berupa senyawa alkali. Karboksimetil selulosa juga merupakan senyawa serbaguna yang memiliki sifat penting seperti kelarutan, reologi, dan adsorpsi di permukaan. Selain sifat-sifat itu, viskositas dan derajat substitusi merupakan dua faktor terpenting dari

karboksimetil selulosa. Karboksimetil selulosa memiliki beberapa nama lain, yaitucrosscarmellose sodium; Ac-di-sol;Aquaplast;Carmethose; gum selulosa; sodium karboksimetil selulosa; asam glikolik selulosa, Daice; Fine Gum HES; Lovosa; NACM, dan garam selulosa. Struktur karboksimetil selulosa dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Struktur CMC (Carboxyl Methyl Cellulose)

Molekul karboksimetil selulosa umumnya agak pendek dibandingkan selulosa alami dengan derivatisasi tidak rata yang mengakibatkan bidang-bidang substitusi tinggi dan rendah. Substitusi ini antara lain ikatan 2-O- dan 6-O-, diikuti oleh

(35)

ikatan-ikatan lain secara berurutan 2,6-di-O- lalu 3-O-, 3,6-di-O-, 2,3-di-O- dan yang terakhir 2,3,6-tri-O-. Molekul karboksimetil selulosa sebagian besar meluas atau memanjang pada konsentrasi rendah tetapi pada konsentrasi yang lebih tinggi molekulnya bertindih dan menggulung dan kemudian pada konsentrasi yang lebih tinggi lagi membentuk benang kusut menjadi gel yangtermoreversible.

Meningkatnya kekuatan ionik dan menurunnya pH dapat menurunkan viskositas karboksimetil selulosa akibat polimernya yang bergulung.

2. Kegunaan CMC

Saat ini karboksimetil selulosa telah banyak digunakan dan bahkan memiliki peranan yang penting dalam berbagai aplikasi. Karboksimetil selulosa secara luas digunakan dalam bidang pangan, kimia, perminyakan, pembuatan kertas, tekstil, serta bangunan. Khusus di bidang pangan, karboksimetil selulosa dimanfaatkan sebagaistabilizer, thickener, adhesive,danemulsifier.Contoh aplikasinya adalah pada pemrosesan selai, es krim, minuman, saus, dan sirup. Karena

pemanfaatannya yang sangat luas, mudah digunakan, serta harganya yang tidak mahal, karboksimetil selulosa menjadi salah satu zat yang diminati. Pemanfaatan karboksimetil selulosa dalam industri dapat dilihat pada Tabel 2.

3. Sintesis CMC

Pembuatan karboksimetil selulosa meliputi tahap alkalisasi yaitu pereaksian antara selulosa dengan NaOH berdasarkan persamaan reaksi (1), yang dilanjutkan

(36)

dengan reaksi karboksimetilasi antara alkaliselulosa dengan garam natrium monokloroasetat pada persamaan reaksi (2). Selain pembentukan karboksimetil selulosa terjadi juga pembentukan produk samping dalam bentuk natrium glikolat seperti pada persamaan reaksi (3).

RselulosaOH + NaOH→ RselulosaONa + H2O (1)

RselulosaONa + ClCH2COONa→ RselulosaOCH2COONa + NaCl (2)

ClCH2COONa + NaOH→HOCH2COONa + NaCl (3)

Tabel 2. Aplikasi Karboksimetil Selulosa Di Dalam Industri

Industri Penggunaan Fungsi

Pangan

Makanan beku Topping makanan Minuman, sirup

Makanan yang dipanggang Makanan hewan

Menghambat pertumbuhan kristal es

Pengental

Pengental, pemberi rasa Pengikat air, peliat adonan Pengikat air, pengental, pengekstrusi

Farmasi

Tablet

Obat pencahar Obat salep, lotion

Pengikat, pembantu pembutiran Pengikat air

Penstabil, pengental, pembentuk film Kosmetik Pasta gigi Gigi palsu Produk jel Pengental, pensuspensi Perekat

Pembentuk jel, pembentuk film Produk kertas Aditif

Pelapis ukuran

Pengikat, peningkat kekuatan Pengikat air, pengental Perekat Perekat pelapis dinding

Tembakau

Pengikat air

Pengikat, pembentuk film Keramik Pelapis

Batang pengelas

Pengikat

Pengikat, pengental, pelumas

Deterjen Sabun cuci Anti redeposisi

Tekstil Pelengkung Pengukur besar film, perekat Sumber: Othmer, 1964

(37)

D. AnalisisFourier Transform Infrared(FT-IR)

Analisis ini digunakan untuk penentuan struktur senyawa organik dan juga analisis kuantitatifnya. Bila suatu senyawa diradiasi menggunakan sinar infra merah, maka sebagian sinar akan diserap oleh senyawa, sedangkan yang lainnya akan diteruskan. Penyerapan ini berhubungan dengan adanya sejumlah vibrasi yang terkuantisasi dari atom-atom yang berikatan secara kovalen pada molekul-molekul itu. Penyerapan ini juga berhubugan dengan adanya perubahan momen dipol dari ikatan kovalen pada waktu terjadinya vibrasi (Bassler, 1986).

Daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5–

50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000–200 cm-1, daerah tersebut adalah cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah yang jauh (400–10 cm-1) berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti senyawa anorganik tetap lebih memerlukan teknik khusus percobaan (Silverstein, 2002).

Posisi pita serapan pada spectrum inframerah tergantung pada nilaiμ (massa

tereduksinya), semakin ringan massa atom-atom yang ada dalam ikatan, frekuensi akan semakin tinggi. Selain itu dipengaruhi juga oleh kekuatan ikatan, semakin kuat ikatan semakin besar pula frekuensinya. Intensitas pita serapan dipengaruhi oleh perubahan momen dipolnya, semakin polar suatu ikatan dalam molekul, intensitas pita semakin kuat. Sedangkan lebar puncak serapan tergantung pada adanya ikatan hidrogen dalam molekul, semakin banyak ikatan hidrogen puncak serapan semakin lebar (Bassler, 1986). Beberapa gugus fungsional beserta puncak

(38)

absorpsikarakteristiknya yang dapat membantu dalam mengidentifikasi diperlihatkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Absorpsi Inframerah beberapa Gugus Fungsional

Gugus Fungsional Frekuensi (cm-1) Intensitas Alkil

C-H (streching) Isopropil-CH(CH3)2

Tert-Butil-C(CH3)3

-CH3(bending)

-CH2(bending)

2853-2962 1380-1385 1365-1370 1385-1395 1365 1375-1450 1465 Sedang Tajam Tajam Sedang Tajam Sedang Sedang Aromatik C=C Ar-H (streching)

1475 dan 1600 3030

Sedang Tajam Alkohol, Fenol, Asam Karboksilat

OH (alkohol) OH (alkohol, fenol, ikatan hidrogen OH (asam karboksilat, ikatan hidrogen) 3590-3650 3300-3600 2400-3400 Sedang Sedang Sedang Aldehida, Keton, Ester

C=O (streching) Aldehida Keton Ester 1600-1820 1690-1740 1650-1730 1735-1750 Tajam Tajam Tajam Tajam Eter C-O 1000-1300

E. Analisis Scanning Electron Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan sejenis mikroskop yang menggunakan elektron sebagai pengganti cahaya untuk melihat benda dengan

(39)

resolusi tinggi. Analisis SEM bermanfaat untuk mengetahui mikrostruktur (termasuk porositas dan bentuk retakan) benda padat. Berkas sinar elektron dihasilkan dari filamen yang dipanaskan, disebutelectron gun.

Sebuah ruang vakum diperlukan untuk preparasi cuplikan. Cara kerja SEM adalah gelombang elektron yang dipancarkanelectron gunterkondensasi di lensa

konduktor dan terfokus sebagai titik yang jelas oleh lensa objektif.Scanning coil yang diberi energi menyediakan medan magnet bagi sinar elektron. Berkas sinar elektron yang mengenai cuplikan menghasilkan elektron sekunder dan kemudian dikumpulkan oleh ataudetector backscatter. Gambar yang dihasilkan terdiri dari ribuan titik berbagai intensitas di permukaanCathode Ray Tube(CRT) sebagai topografi gambar (Kroschwitz, 1990 dalam Gunawan, 2012). Pada sistem ini berkas elektron dikonsentrasikan pada spesimen, bayangannya diperbesar dengan lensa objektif dan diproyeksikan pada layar.

Cuplikan yang akan dianalisis dalam kolom SEM perlu dipersiapkan dahulu, walaupun telah ada jenis SEM yang tidak memerlukan penyepuhan (coating) cuplikan. Teradapat tiga tahap persiapan cuplikan antara lain (Gedde, 1995 dalam Gunawan 2012):

1. Pelet dipotong menggunakan gergaji intan. Seluruh kandungan air, larutan dan semua benda yang dapat menguap apabila divakum, dibersihkan. 2. Cuplikan dikeringkan pada 60oC minimal 1 jam.

3. Cuplikan non logam harus dilapisis dengan emas tipis. Cuplikan logam dapat langsung dimasukkan dalam ruang cuplikan.

(40)

Sistem penyinaran dan lensa pada SEM sama dengan mikroskop cahaya biasa. Pada pengamatan yang menggunakan SEM lapisan cuplikan harus bersifat konduktif agar dapat memantulkan berkas electron dan mengalirkannya ke ground. Bila lapisan cuplikan tidak bersifat konduktif maka perlu dilapisi dengan emas. Pada pembentukan lapisan konduktif, spesimen yang akan dilapisi

diletakkan pada tempat sampel di sekeliling anoda. Ruang dalam tabung kaca dibuat mempunyai suhu rendah dengan memasang tutup kaca rapat dan gas yang ada dalam tabung dipompa keluar. Antara katoda dan anoda dipasang tegangan 1,2 kV sehingga terjadi ionisasi udara yang bertekanan rendah. Elektron bergerak menuju anoda dan ion positif dengan energi yang tinggi bergerak menumbuk katoda emas. Hal ini menyebabkan partikel emas menghambur dan mengendap di permukaan spesimen. Pelapisan ini dilakukan selama 4 menit. Contoh analisa SEM seperti ditunjukkan pada Gambar 10 yang memperlihatkan morfologi permukaan untuk sampel selulosa tumbuhan.

(41)

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini telah dilaksanakan pada bulan April sampai September 2015 dengan tahapan isolasi selulosa dan sintesisCMCdi Laboratorium Kimia Organik FMIPA Universitas Lampung. Karakterisasi spektroskopi FT-IR dan SEM di

Laboratorium Kimia Organik Universitas Gajah Mada

B. Desain Penelitian

Desain penelitian dibagi dalam beberapa tahap, yaitu isolasi selulosa TKS, karakterisasi selulosa TKS, sintesisCMC, dan tahap karakterisasiCMC. Secara keseluruhan penelitian ini dapat digambarkan pada bagan alir yang disajikan pada Lampiran 1dan 2.

C. Alat dan Bahan Penelitian

1. Alat Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalahgunting.blender, ayakan, neraca analitik, oven,hot plate,waterbath, erlenmeyer, gelas kimia, labu bulat,

(42)

gelas ukur, buret, corong masir, batang pengaduk,shaker, thermometer, alat refluks, desikator, pH-meter digital, FT-IR, SEM.

2. Bahan Penelitian

Bahan yang akan digunakan untuk isolasi CMC adalah TKS yang diperoleh dari pabrik pengolahan kelapa sawit di Wates Metro Lampung, natrium hidroksida (NaOH), asam nitrat (HNO3), natrium nitrat (NaNO3), natrium sulfit (Na2SO3), natrium hipokloroit (NaClO), hidrogen peroksida (H2O2), 2-propanol

(CH3CHOHCH3), metanol (CH3OH), etanol (CH3CH2OH) , natrium monokloroasetat (NaMCA), asam asetat (CH3COOH), kalium dikromat

(K2Cr2O7), asam sulfat (H2SO4) pekat, indikator ferroin, ferro ammonium sulfat (FAS), indikator universal.

D. Prosedur Penelitian

1. Preparasi sampel

Sampel TKS yang berasal dari pabrik kelapa sawit dicuci dengan air bersih dan dijemur di bawah sinar matahari selama satu hari. Selanjutnya, tandan kosong sawit yang setengah kering di belah mejadi empat bagian dan dijemur kembali di bawah sinar matahari selama satu hari agar kadar airnya berkurang. Kemudian

(43)

tandan kosong sawit dipotong menjadi berukuran sekotar 0,5 cm, tahap terakhir sampel digiling denganblender, dan diayak hingga diperoleh serbuk halus.

2. Isolasi Selulosa dari TKS

Untuk mendapatkan selulosa dari TKS dilakukan isolasi seperti yang dilakukan Patraini (2014). Bubuk TKS sebanyak 75 gram dimasukkan kedalam gelas kimia kemudian ditambahkan 1 L campuran HNO33,5% dan 10 mg NaNO3dan dipanaskan pada suhu 90oC di atashot plateselama 2 jam. Setelah selesai pemanasan dilakukan pencucian dan penyaringan dengan air bersih hingga filtratnya netral (diuji dengan indikator universal). Selanjutnya ampas dimasukkan ke dalam labu bulat lalu ditambahkan 350 mL NaOH 2% dan 350 mL Na2SO32% dan direfluks selama 1 jam pada suhu 50oC. Setelah selesai kemudian disaring dan dilakukan pencucian lagi hingga filtrat bersifat netral. Hasil penyaringan yang berupa ampas kemudian dimasukkan kedalam gelas kimia dan ditambahkan NaOCl 1,75% dan dipanaskan diwaterbathpada temperatur mendidih selama 0,5 jam. Kemudian disaring dan ampas dicuci sampai pH filtrat netral.

Untuk mendapatkan selulosa dengan kemurnian tinggi (selulosa-α), maka ampas tadi ditambahkan NaOH 17,5% dalam gelas kimia dan dipanaskan pada suhu 80oC selama 0,5 jam. Kemudian disaring, dicuci hingga filtrat netral. Selulosa yang didapat harus diputihkan atau di-bleachingseperti yang telah dilakukan oleh Jayanudin (2009).Tahap pemutihan ataubleachingini dilakukan dengan cara

(44)

melarutkan selulosa yang dihasilkan kedalam 500 mL larutan H2O210% dibiarkan selama 1 jam. Selanjutnya disaring dan dicuci kembali kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 60oC sampai didapatkan selulosa yang benar-benar kering.

3. Penentuan Kadar Selulosa-αdan Lignin

Kadar selulosa-α ditentukan dengan menggunakan metode uji SNI 0444:2009. Selulosa hasil isolasi (pulp) ditimbang sebanyak 1,5 g kemudian dimasukkan kedalam gelas kimia dan ditambahkan 75 mL larutan NaOH 17,5%. Catat waktu pada saat larutan NaOH ditambahkan. Aduk pulp dengan batang pengaduk sampai terdispersi sempurna. Cuci batang pengaduk dengan 25 mL NaOH 17,5%

tambahkan ke dalam gelas kimia , sehingga total larutan yang ditambahkan menjadi 100 mL. Aduk suspensi pulp dengan batang pengaduk sampai 30 menit sejak penambahan pertama larutan NaOH.

Setelah itu tambahkan 100 mL akuades pada suspensi pulp dan segera aduk dengan batang pengaduk. Simpan gelas kimia untuk 30 menit berikutnya sehingga total waktu ekstraksi seluruhnya sekitar 60 menit. Setelah 60 menit, aduk suspensi dengan batang pengaduk dan tuangkan ke dalam corong masir.

Buang 10 mL sampai 20 mL filtrat pertama, kemudian kumpulkan filtrat sekitar 100 mL dalam labu yang kering dan bersih. Pipet filtrat 25 mL dan 10 mL larutan kalium dikromat 0,5 N ke dalam labu 250 mL. Tambahkan dengan hati-hati 50

(45)

mL asam sulfat pekat dengan menggoyang labu. Biarkan larutan tetap panas selama 15 menit pada suhu 125-135oC, kemudian tambahkan 50 mL akuades dan dinginkan pada suhu ruangan.

Tambahkan 2-4 tetes indikator ferroin dan titrasi dengan larutan ferro ammonium sulfat 0,1 N sampai berwarna ungu. Lakukan titrasi blanko dengan mengganti filtrat pulp dengan 12,5 mL larutan NaOH 17,5% dan 12,5 mL akuades. Penentuan kadar selulosa-α menggunakanrumus:

= 100 6,85( ) x N x 20

Dimana:

X = selulosa-α, dinyatakan dalam persen (%)

V1 = volume titrasi blanko, dinyatakan dalam milliliter (mL) V2 = volume titrasi filtrat pulp, dinyatakan dalam milliliter (mL) N = normalitas larutan ferro ammonium sulfat

A = volume filtrat pulp yang dianalisa, dinyatakan dalam milliliter (mL) W = berat kering oven contoh uji pulp, dinyatakan dalam gram (g)

Kadar lignin ditentukan dengan menggunakan metode SNI 0492:2008. Selulosa hasil isolasi (pulp) ditimbang sebanyak 1 g kemudian dimasukkan kedalam gelas kimia 50 mL dan tambahkan 15 mL H2SO472%. Aduk pulp dengan batang pengaduk sampai terdispersi sempurna selama 2-3 menit kemudian tutup dengan

(46)

penutup kaca dan biarkan selama 2 jam. Campuran yang dihasilkan kemudian ditambah dengan akuades sebanyak 300 mL sambil dikocok dan tambahkan lagi akuadest sampai 575 mL maka akan diperoleh larutan dan selanjutkan dilakukan refluks selama 4 jam. Campuran didinginkan selama 24 jam sampai lignin mengendap sempurna. Kemudian endapan lignin disaring menggunakan kertas saring yang telah diketahui bobotnya dan dicuci. Tahap terakhir, endapan lignin tersebut dikeringkan dalam oven pada suhu 100oC dan ditimbang. Untuk mengetahui bobot ligninnya digunakan rumus:

L =A

B× 100%

Dimana:

L = Kadar lignin, dinyatakan dalam persen (%); A = Endapan Lignin, dinyatakan dalam gram (g); B = Berat Sampel, dinyatakan dalam gram (g).

4. SintesisCMC

SintesisCMCyang dilakukan pada penelitian ini mengacu pada penelitian Togrul and Arslan (2003), Hutomo (2012), Wijayani (2005). SintesisCMCdilakukan dengan menimbang 5 gram selulosa TKS kemudian dimasukkan kedalam

erlenmeyer 250 mL,kemudian ditambahkan 100 mL 2-propanol secara perlahan-lahan.Selanjutnya ditambahkan larutan NaOH 5% tetes demi tetes sebanyak 20 mL dan proses alkalisasi ini berlangsung selama 1 jam sambil dilakukan

(47)

pengadukan denganshaker. Setelah selesai dilanjutkan proses karboksimetilasi dengan menambahkan NaMCA 3 gram sedikit demi sedikit. Proses ini

berlangsung selama 3 jam pada suhu 55oC. Selama kedua proses ini berlangsung pengaduk tetap berputar.

Setelah proses karboksimetilasi selesai, waterbath dimatikan kemudian campuran ini dipindahkan kedalam gelas kimia dan selanjutnya dinetralkan dengan asam asetat 90% sampai pH 7. Kemudian dilakukan pencucian dengan alkohol 70% sebanyak 4 kali masing-masing sebanyak 100 mL.CMCyang didapatkan

kemudian dikeringkan dengan menggunakan pompa vakum. Akhirnya dibungkus dalam aluminium foil dikeringkan dalam oven selama 24 jam pada suhu 60oC. CMCyang telah kering ini kemudian dihaluskan dan ditimbang sebagai rendemen CMCkemudian disimpan dalam tempat tertutup.

Proses sintesis ini diulang dengan memvariasikan konsentrasi NaOH menjadi 10%, 15%, dan 20% dan massa NaMCA 3 gram, kemudian setelah diperoleh hasil optimum dari konsentrasi yang digunakan selanjutnya dilakukan sintesis lagi dengan memvariasikan massa NaMCA yaitu menjadi 4 g, 5 g, dan 6 g sehingga diperoleh hasil yang optimum lagi dari massa yang digunakan.

(48)

5. Analisis KuantitatifCMC

5.1. Penentuan Derajat Substitusi (DS)

Penentuan derajat subtitusi mengacu pada penelitian Hong (2013). Langkah pertama, melarutkan 4 gramCMCke dalam 75 mL etanol 95 % sambil diaduk secara merata. Kemudian ke dalamnya ditambahkan 5 mL asam nitrat 2 M dan campuran diaduk kembali selama 2 menit.. Selanjutnya, mendidihkan larutan selama 10 menit. Kemudian mencuci larutan sampel dengan 20 mL etanol 95 % pada suhu 600C sebanyak lima kali dan terakhhir mencucinya kembali dengan metanol pa. Selanjutnya menyaring dan mengeringkannya dalam oven pada suhu 1050C selama 3,5 jam dan mendinginkannya di dalam desikator selama 30 menit.

Tahap berikutnya melarutkan 0,5CMCkering ke dalam 100 mL akuades dan mengaduknya. Lalu menambahkan 25 mL larutan NaOH 0,3 M dan

mendidihkannya selama 15 menit. Setelah itu menambahkan indikator PP dan menitrasinya dengan larutan HCl 0,3 M. Penentuan derajat subtitusi dilakukan dengan menggunakan rumus dibawah ini.

% = [( ) 0,059 100]

(49)

Keterangan :

Vo = mL HCl yang digunakan untuk mentirasi larutan blanko Vn = mL HCl yang digunakan untuk mentirasi larutan sampel M = molaritas HCl

m = berat sampel (gram)

5.2. Pengukuran pH larutanCMC1%

Ditimbang 1 g berat keringCMC, ditambah 100 mL akuades kemudian dipanaskan sampai suhu 70oC sambil diaduk sampai larut dan setelah dingin diukur pH-nya.

5.3. Penentuan kadar NaCl

Ditimbang 1 g berat keringCMCdimasukkan ke dalam erlenmeyer dan diencerkan dengan 200 mL aquades. Larutan ini kemudian dititrasi dengan AgNO30,1 N dan indikator K2CrO45%.

Kadar NaCl (%) =

mg contoh x 100 %

5.4. Penentuan kemurnianCMC

KemurnianCMCdihitung dengan cara berikut: Kemurnian = 100% - % NaCl.

(50)

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. SIMPULAN

1. Tandan Kosong Sawit berpotensi menjadi sumber alternatif selulosa dengan kandungan selulosa sebanyak 94,53%.

2. Kondisi optimum sintesis karboksimetil selulosa dengan DS tertinggi diperoleh dengan konsentrasi NaOH 10% dan berat NaMCA 3 g dan mempunyai karakteristik kemurnian CMC sebesar 87,09%, Derajat Substitusi sebesar 0,3661 serta pH larutan 7,2.

3. Karakterisasi FT-IR dan SEM menujukkan telah terjadi perubahan dari selulosa menjadi karboksimetil selulosa.

B. SARAN

1. Perlu dilakukan metode yang lebih baik untuk meningkatkan derajat substitusi dan kemurnianCMCdari selulosa TKS.

2. Perlu dilakukan uji lanjut tentang pengaplikasianCMCdari selulosa TKS di bidang industri.

(51)

DAFTAR PUSTAKA

Aryafatta. 2008.Mengolah Limbah Sawit Jadi Bioetanol.

http://Aryafatta.com/2008/06/01/mengolah-limbah-sawit-jadi-bioetanol.html.diakses pada 20 Februari 2015.

Barai, B.K., Singhal, R.S. dan Kulkarni, P.R. 1997.Optimization of A Process for Preparing Carboxymethyl Cellulose from Water Hyacinth (Eichornia crassipes). Carbohydrate Polemers Journal. 32:229-231.

Bassler. 1986.Penyidikan Spektrometrik Senyawa Organik.Edisi keempat. Erlangga, Jakarta.

Bono, A., Ying, P.H., Yan, F.Y., Muei, C.L., Sarbatly, R., Krishnaiah, D. 2009. Synthesis and Characterization of Carboxymethyl Cellulose from Palm Kernel Cake.Adv. In Nat Appl. Sci., 3 (1): 5-11.

Darnoko. 1995.Pembuatan Pulp dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Penambahan Surfaktan. Indonesian Journal of Oil Palm Research.3(1):82.

FAO. 2011.Compendium of Food Additive Specifications, Food and Agriculture Organization of the United Nations 74thMeeting. Hal 115-119.

Fan, et al. 1992.The Nature of Lignocellulosic and Their Pretreatment for Enzymatic Hydrolysis. Adv. Bichem. Eng. 23:158-187.

Fauzi,Y., Widyastuti. Y.E., Satyawibawa, I., Paeru, R.H. 2005.Kelapa Sawit Budidaya Pemanfaatan Hasil dan Limbah Analisis Usaha dan

(52)

Fessenden, R.J dan J.S. Fessenden. 1982.Kimia Organik. Jilid 1&2. Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.

Gedde, U.W. 1995.Polymer Physics. Chapman and Hall. London

Gendy, A. A. E., A. M. Ade., H. A. Youssef., and A. M. Nada. 2010. Carboxymethyllated Cellulose Hydrogel; Sorption Behavior and Characterization. Nature and Science. 8.8.

Gunawan, B., Azhari, C.D. 2012.Karakterisasi Spektrofotometri IR dan Scanning Electron Microscopy (SEM) Sensor Gas dari Bahan Polimer Poli Ethelyn Glycol (PEG). Jurnal ITS ISSN: 1979-6870

Hasibuan, R.S. 2010.Kualitas Serat dari Limbah Batang Kelapa Sawit sebagai Bahan Baku Papan Serat.Fakultas Pertanian USU. Medan

Harmsen P.F.H., Huijgen W.J.J., Lopez L.M. B., Bakker R.R.C. 2010.Literature Review of Physical and Chemical Preteatment Processes for

Lignocellulosic Biomass. Food & Biobased Research.

Heinze, T., Pfeiffer, K. 1999.Studies on The Synthesis and Characterization of Carboxymethy Cellulose. Die Angewandte Makromolekulare Chemie. 266(4638):37-45.

Holtzapple, M.T. 2003.Hemicelluloses. In Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition. pp. 3060-3071. Academic Press.

Hutomo, G. S. 2012.Sintesis dan Karakterisasi Turunan Selulosa dari Pod Husk Cacao (Theobroma cacao L.). Disertasi. Program Pasca Sarjana UGM. Yogyakarta.

Janes, R.L. 1969.The Chemistry of Wood and Fibers. New York : Mc Graw Hill Book Co.& Mc Donald(ed). Pulp and Paper Manufacture. Vol 1.

Jayanudin. 2009.Pemutihan Daun Nanas Menggunakan Hidrogen Peroksida. Jurnal Rekayasa Proses. Vol. 3, No. 1.

(53)

Judoamidjojo, M.R, E. Gumbira S., dan L.B. Hartoto. 1989.Biokonversi. Bogor : Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi. Pusat Antar Universitas

Bioteknologi Institut Pertanian Bogor.

Kroschwitz, J. 1990.Polimer Characterization and Analysis. John Wiley and Sons Inc. Canada.

Lestari, P., Hidayati, T.N., Lestari, S. H. I., Marseno, D. W. 2013.Pengembangan Teknologi Pembuatan Biopolimer Bernilai Ekonomi Tinggi Dari Limbah Tanaman Jagung (Zea Mays) Untuk Industri Makanan: CMC

(Carboxymethyl Cellulose).Program Pasca Sarjana UGM. Yogyakarta.

Melisa, Bahri, S., Nurhaeni. 2014.Optimasi Sintesis Karboksimetil Selulosa Dari Tongkol Jagung Manis (Zea Mays L. Saccharata). Jurnal of Natural Science. 3(2): 70-78.

Mohadi, R., Saputra, A., Hidayati, N., Lesbani, A. 2014.Studi Interaksi Ion Logam Mn2+Dengan Selulosa Dari Serbuk Kayu. Jurnal Kimia 8(1):4

Najapfour, G. D., H. D., Heydarzadeh., and A. A. Nazari-Moghaddam. 2009. Catalyst-Free Conversion of Alkali Cellulose to Fine Carboxymethyl Cellulose at Mild Conditions. World Applied Sciences Journal.6.564-569.

Nisa, D., Putri W. D. R.Pemanfaatan Selulosa dari Kulit Buah Kakao (Teobroma cacao L.) Sebagai Bahan Baku Pembuatan CMC

(Carboxymethyl Cellulose). Jurnal Pangan dan Agroindustri. 2 (3) 34-42.

Nuringtyas, T.R. 2010.Karbohidrat. Gajah Mada University. Yogyakarta.

Othmer, K. 1992.Encyclopedia of Chemical Technology. 2ndEdition Vol 4, John Wiley and Sons.

Patraini, C. G. 2014.Pembuatan Selulosa Asetat dari α_{-Selulosa Tandan Kosong}

Sawit (TKS). (S). Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Lampung. Bandar Lampung.

(54)

Roliadi, H. dan R.A. Pasaribu.2004.Teknologi Pembuatan Pulp Tandan Kosong Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Untuk Karton.Laporan Hasil Penelitian. Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Hasil Hutan. Bogor.

Silverstein, R.M. 2002.Penyelidikan Spektrometrik Senyawa Organik. Edisi 4. Terjemahan Hartomo. Hlm 249-278. Erlangga. Jakarta

Susana. 2009.Sintesis dan Karakterisasi Sodium Karboksimetil Seulosa dari Mahkota Nanas. Thesis. Program Pasca Sarjana UGM. Yogyakarta. a

SNI.Natrium Karboksimetil Selulosa Teknis. SNI 06-373-1995. Jakarta: Dewan Standarisasi Nasional. 1995.

Susana. 2009.Sintesis dan Karakterisasi Sodium Karboksimetil Selulosa Dari Mahkota Nanas. Thesis. Program Pascasarjana UGM. Yogyakarta.

Sukumaran, R.K. 2008.Cellulase Production Using Biomassa Feed Stock nd its Application in Lignocellulosa Saccharification for Bioethanol Production. Renewable Energy. 30. 1-4.

Togrul, H., Arslan, N. 2003.Production of Carboxymethyl Cellulose from Sugar Beet Pulp Cellulose and Rheological Behaviour of Carboxymethyl Cellulose. Carbohydrate Polimers Journal. 32:229.231.

Wijayani, A., Ummah, K., dan Tjahjani, S. 2005.Karakterisasi Karboksimetil Selulosa (CMC) dari Eceng Gondok (Eichornia crassipes (Mart) Solms). Indo. J. Chem., 2005, 5(3):228-231.

(1)