Kajian Mikrostruktur Membran Komposit Selulosa Asetat-Polistirena Berbahan Dasar Limbah Tahu
KAJIAN MIKROSTRUKTUR MEMBRAN KOMPOSIT
SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA
BERBAHAN DASAR LIMBAH TAHU
SARI RACHMAWATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
ABSTRAK
SARI RACHMAWATI. Kajian Mikrostruktur Membran Komposit Selulosa AsetatPolistirena Berbahan Dasar Limbah Tahu. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan
AHMAD SJAHRIZA.
Nata de soya merupakan bahan dasar dalam pembuatan selulosa asetat (CA) yang
kemudian diasetilasi sehingga menghasilkan selulosa asetat lalu dibuat membran.
Kelemahan dari membran CA ini adalah bahannya yang rapuh sehingga perlu
dikembangkan dibuat membran komposit, yaitu membran yang dikombinasikan dengan
bahan polimer sintetis lain untuk meningkatkan mutu membran. Polimer sintetis yang
digunakan ialah polistirena (PS). Kajian mikrostruktur membran komposit CA-PS
dilakukan dengan uji spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) dan
mikroskop susuran elektron (SEM). CA mempunyai kadar air sebesar 6.23% dan kadar
asetil sebesar 43.26% (yang setara dengan kisaran derajat substitusi 2.8-3.0) serta
rendemen 109.76%. Analisis SEM menunjukkan bahwa membran komposit CA-PS
merupakan membran mikrofiltrasi dengan jenis pori asimetris. Spektrum serapan
membran komposit CA-PS hanya merupakan spektrum serapan gabungan antara pita
serapan CA dan PS. Analilsis FTIR tidak menunjukkan terbentuknya pita serapan baru.
ABSTRACT
SARI RACHMAWATI. Microstructure Study of Cellulose Acetate-Polystyrene
Composite Membrane based on Tofu Waste. Supervised by SRI MULIJANI and
AHMAD SJAHRIZA.
Nata de soya is basic material to make cellulose acetate, then it was acetylated to
make CA membrane. The problem is the weakness of CA membrane so it has to be
composited with other synthetic polymer to improve the quality. This experiment used
polystyrene (PS) as synthetic polymer. Microstructure of CA-PS composite membrane
was studied using Fourier transformed infrared (FTIR) and scanning electron microscope
(SEM). CA moisture was 6.23%, acetyl content 43.26% (equivalent to substitution degree
of 2.8-3.0), and the yield was 109.76%. SEM analysis showed that CA-PS composite
membrane was microfiltrate assimetric type. CA-PS spectra showed it was only a
combination between the individual spectra of CA and PS. FTIR analysis did not show
any new spectra.
KAJIAN MIKROSTRUKTUR MEMBRAN KOMPOSIT
SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA
BERBAHAN DASAR LIMBAH TAHU
SARI RACHMAWATI
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul
: Kajian Mikrostruktur Membran Komposit Selulosa Asetat-Polistirena
Berbahan Dasar Limbah Tahu
Nama
: Sari Rachmawati
NIM
: G44202049
Menyetujui:
Pembimbing I
Pembimbing II
Dra. Sri Mulijani, MS
NIP 131 950 978
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 131 842 413
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP 131 473 999
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah ini berjudul Kajian
Mikrostruktur Membran Komposit Selulosa Asetat-Polistirena Berbahan Dasar
Limbah Tahu, yang dilaksanakan pada bulan Maret 2006 sampai dengan Januari 2007 di
Laboratorium Kimia Anorganik, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu
terselesaikannya karya ilmiah ini, di antaranya Dra. Sri Mulijani, MS dan Drs. Ahmad
Sjahriza selaku pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan pengarahan
kepada penulis, juga kepada Ibu Tetty Kemala, Kak Budi Arifin, dan Kak Ara atas
diskusi-diskusi berharga yang berkaitan dengan penelitian ini, staf kimia anorganik (Pak
Sawal, Pak Caca, Pak Mul, Mbak Nur, Ibu Siti Maemunah), staf kimia analitik (Pak
Eman), staf kimia fisik (Pak Mail, Pak Nano, Ibu Ai), staf kimia organik (Pak Sabur, Ibu
Yeni), staf departemen (Mas Heri, almarhumah Mbak Maya, Pak Didi), serta temanteman seperjuangan: Yudi KS, Jaka, Ari, Dias, Lukmana, dan Obie. Terima kasih pula
kepada Pak Zul dari Universitas Pendidikan Indonesia untuk analisis FTIR. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya serta
rekan-rekan Kimia 39 atas canda tawa dan semangat yang diberikan kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Maret 2007
Sari Rachmawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 14 Oktober 1983 sebagai anak sulung
dari pasangan Abdul Rahman dan Yuliati. Tahun 2002 penulis lulus dari SMUN 98
Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan
Seleksi Masuk IPB pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam. Tahun 2005, Penulis mengikuti kegiatan Praktik Lapangan di PT Petrokimia
Gresik, Jawa Timur, dengan judul Reaktivitas Batuan Fosfat dengan H2SO4: Pengaruh
Konsentrasi, Waktu, dan Asal Batuan.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Anorganik II
pada tahun ajaran 2005/2006, serta asisten Retooling tahun ajaran 2006/2007. Pada tahun
ajaran 2005/2006 penulis mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa dengan judul
Biomembran Asetilasi Berpori Berbahan Dasar Hasil Fermentasi Limbah Cair Tahu
Menggunakan Acetobacter xylinum.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ......................................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................
iv
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................................
iv
PENDAHULUAN .....................................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah Tahu ........................................................................................................................
Selulosa Bakteri (BC) ...........................................................................................................
Selulosa Asetat (CA) ...........................................................................................................
Polistirena (PS) .....................................................................................................................
Membran ..............................................................................................................................
Pencirian Membran ..............................................................................................................
1
1
2
3
3
3
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat .....................................................................................................................
Pembuatan Nata de Soya ......................................................................................................
Pembuatan Selulosa Asetat ..................................................................................................
Pembuatan Membran Selulosa Asetat ..................................................................................
Pencirian Membran ..............................................................................................................
4
4
4
5
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kadar -Selulosa dan Kadar Air ..........................................................................................
Kadar Asetil dan Rendemen .................................................................................................
Asetilasi ................................................................................................................................
Membran Selulosa Asetat dan Membran Komposit Selulosa AsetatPolistirena..............................................................................................................................
Morfologi Permukaan ..........................................................................................................
Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR) .......................................................
5
6
6
7
7
8
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ...............................................................................................................................
Saran .....................................................................................................................................
10
10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................................
12
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Hubungan derajat substitusi selulosa asetat, kadar asetil, dan aplikasinya ......................... 2
2
Kelarutan CA ..................................................................................................................... 2
3
Sifat mekanik PS ................................................................................................................ 3
4
Klasifikasi membran berdasarkan proses ........................................................................... 3
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
BC berbahan dasar limbah tahu ........................................................................................... 6
2
CA berbahan dasar limbah tahu ........................................................................................... 7
3
Foto mikroskopik membran CA perbesaran 100 kali ........................................................... 7
4
Morfologi permukaan membran CA-PS perbesaran 1000 kali ............................................ 7
5
Morfologi permukaan CA-PS berbahan dasar serat batang pisang ..................................... 8
6
Spektrum FTIR BC ................................................................................................................ 8
7
Spektrum FTIR CA ............................................................................................................... 9
8
Spektrum FTIR PS...... .......................................................................................................... 9
9
Spektrum FTIR membran CA-PS ......................................................................................... 10
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Pembuatan serbuk nata de soya ................................................................................... 13
2
Proses asetilasi selulosa bakteri ................................................................................... 14
3
Penetapan kadar air, -selulosa, dan asetil .................................................................... 15
4
Data kadar air selulosa bakteri dan kadar -selulosa............................................................ 16
5
Data standardisasi NaOH dan HCl serta kadar air dan kadar asetil selulosa asetat…….…. 17
6
Perhitungan rendemen selulosa asetat………………………………………………..……. 18
7
Foto mikroskopik membran komposit CA-PS …………………………………………..…19
8
Mekanisme reaksi asetilasi ................................................................................................. 20
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi membran dari
waktu ke waktu semakin meningkat.
Membran dapat ditemui pada hampir semua
industri, seperti industri tekstil, makanan,
minuman, bahkan kini sudah merambah
dalam bidang medis. Umumnya membran
yang digunakan adalah membran sintetis.
Membran tersebut tidak dapat diuraikan
secara biologis.
Berbagai penelitian dilakukan untuk
mencari cara mengatasi permasalahan
tersebut. Salah satunya adalah dengan
membuat membran dari bahan alami seperti
selulosa yang dimodifikasi menjadi selulosa
asetat (CA). Membran ini disebut membran
CA. CA sendiri diperoleh dari proses
asetilasi selulosa bakteri (BC). Keuntungan
dari membran CA ini adalah bahan baku
pembuatannya sangat murah dan produk
yang dihasilkan dapat diuraikan secara
biologis selama kurang lebih dua bulan.
Umumnya selulosa yang digunakan
untuk pembuatan membran berasal dari kayu
atau kapas. Namun, kini ada alternatif baru
untuk menghasilkan selulosa, yaitu dengan
proses fermentasi menggunakan bakteri.
Bakteri yang biasa digunakan adalah
Acetobacter
xylinum
yang
akan
memproduksi selulosa murni (Safriani
2000). Penelitian tentang pembuatan CA
dari BC sudah banyak dilakukan di
antaranya, yaitu BC dengan menggunakan
media air kelapa atau dikenal dengan nata
de coco (Arifin 2004), nata de pina dari
kulit nanas (Tresnawati 2006), nata de soya
dari limbah tahu (Safriani 2000).
Safriani (2000) juga sudah melakukan
penelitian untuk membuat membran CA dari
hasil asetilasi BC berbahan dasar limbah
tahu. Kelemahan dari membran CA tersebut
adalah bahannya yang rapuh, sehingga perlu
dikembangkan untuk meningkatkan mutu
membran tersebut.
Atas dasar permasalahan tersebut maka
dibuatlah
membran
komposit,
yaitu
membran yang dikombinasikan dengan
bahan polimer sintetis lain untuk
meningkatkan mutu membran. Polimer
sintetis yang digunakan adalah polistirena
(PS). Penelitian sebelumnya tentang
membran komposit CA-PS berbahan dasar
serat batang pisang telah dilakukan oleh
Meenakshi et al. (2000). Mengacu dari
penelitian
tersebut,
maka
dilakukan
penelitian tentang membran komposit CAPS berbahan dasar limbah tahu. Alasan
pemilihan PS sebagai polimer dalam pembuatan
membran komposit karena sifat fisik PS kuat,
sehingga produk yang dihasilkan diharapkan
memiliki sifat fisik yang lebih kuat namun tetap
bisa diuraikan secara biologis.
Kajian mikrostruktur terhadap membran
komposit CA-PS dilakukan dengan melakukan
uji spektroskopi inframerah transformasi
Fourier (FTIR) dan mikroskop susuran elektron
(SEM). FTIR dapat mengidentifikasi senyawa
berdasarkan informasi dalam memprediksi
gugus fungsi berupa spektrum. SEM dapat
memperlihatkan topografi dan morfologi
membran dengan batas resolusi sampai dengan
ukuran mikrometer.
Penelitian ini bertujuan mengidentifikasi
sifat membran CA-PS melalui analisis FTIR
dan SEM. Analisis ini bermanfaat untuk
memprediksi gugus fungsi dan jenis pori
membran. Hipotesis penelitian ini adalah nata
de soya merupakan BC yang dapat dijadikan
bahan baku dalam pembuatan membran CA.
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah Tahu
Limbah tahu sangat potensial sebagai
sumber media pembuatan nata. Menurut Linaya
& Singkanparan (1983), limbah tahu
mengandung protein 0.22% (b/b) protein,
0.10% (b/b) karbohidrat, 0.02% (b/b) lemak,
0.20% (b/b) abu, dari 1% (b/b) total padatan.
Limbah
tahu
difermentasikan
menggunakan A. Xylinum, sehingga diperoleh
nata de soya yang merupakan suatu BC. A.
xylinum merupakan penghasil BC yang paling
efisien yang akhir-akhir ini diklasifikasi ulang
sebagai
Gluconobacter
xylinus.
Jenis
mikroorganisme lain yang dapat menghasilkan
BC berasal dari genus Agrobacterium,
Rhizobium, dan Sarcina (Krystynowicz &
Bielecki 2001).
Selulosa Bakteri (BC)
Tahun 1886, Brown melaporkan bahwa
galur Acetobacter tertentu dapat menghasilkan
pelikel putih bergelatin ekstraseluler yang kelak
diidentifikasi sebagai BC pada permukaan
media air dalam sistem kultur diam (Toyosaki
et al. 1995). Produk BC dari suatu galur
Acetobacter murni secara kimiawi, yaitu bebas
dari lignin dan hemiselulosa serta produkproduk biogenik lainnya (Masaoka et al. 1993,
Geyer et al. 1994). Karena itu, BC dapat
dimurnikan dari media dan sel-sel bakteri yang
terperangkap di dalamnya dengan perlakuan
lembut memakai larutan basa encer, misalnya
10
NaOH 0.1N; selama 20 menit pada suhu
80oC (Toyosaki et al. 1995). Unit ulang dari
rantai struktur selulosa adalah unit selobiosa
yang dihubungkan dengan ikatan 1,4- glikosidik. Struktur selulosa adalah sebagai
berikut:
OH
H
H
HO
HO
H
O
H
HO
OH
O
H
H
O
H
OH
OH
H
H
H
O
O
H
H
H
HO
HO
H
OH
H
OH
H
H
O
O
H
OH
H
H
OH
n
OH
Bakteri seperti Acetobacter, Rhizobium,
Agrobacterium, dan Sarcina telah dikenal
baik dapat mensintesis biopolimer. Di antara
bakteri-bakteri
tersebut
A.
xylinum
ditegaskan sebagai bakteri yang paling
efektif untuk menghasilkan BC dan telah
digunakan secara luas (Jonas & Farah 1998).
Selulosa Asetat (CA)
CA merupakan ester organik selulosa
yang berupa padatan tidak berbau, tidak
beracun, tidak berasa, dan berwarna putih
yang dibuat dengan mereaksikan selulosa
dengan bantuan asam sulfat sebagai katalis
(Kroschwitch 1990). Selulosa memiliki tiga
gugus hidroksil per residu anhidroglukosa.
Indikator kemurnian suatu selulosa dapat
dinyatakan sebagai kadar -selulosa (Tanaka
& Daud 2000).
Selulosa dapat direaksikan melalui
reaksi esterifikasi. Salah satu bentuk
esterifikasi adalah asetilasi selulosa dengan
menggunakan
asam
asetat
yang
menghasilkan CA. Reaksi asetilsi selulosa
menjadi CA adalah sebagai berikut:
C6H7O2
selulosa
OH
OH
OH
n
Tabel 1 Hubungan derajat substitusi CA, kadar
asetil, dan aplikasinya (Fengel &
Wegener 1989)
Derajat
Kadar Asetil
Aplikasi
Substitusi
(%)
0.6-0.9
13.0-18.6
1.2-1.8
22.2-32.2
plastik
2.2-2.7
36.5-42.2
benang, film
2.8-3.0
43.0-44.8
pembungkus
+ 3 (CH3CO)2O
asetat anhidrida
H2SO4
OOCCH3
OOCCH3 + 3 CH3OH
OOCCH3 n
selulosa triasetat
asam asetat
C6H7O2
Aplikasi CA bergantung pada jenis CA
yang diperoleh dan dapat dilihat dari derajat
substitusinya. Hubungan antara aplikasi CA
terhadap pelarut dan derajat substitusi
terdapat pada Tabel 1.
Kelarutan CA akan berbeda dengan berubahnya
kadar asetil. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Kelarutan CA (Fengel & Wegener
1989)
Kadar asetil
(%)
43.0-44.8
37.0-42.0
24.-32.0
15.0-20.0
SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA
BERBAHAN DASAR LIMBAH TAHU
SARI RACHMAWATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
ABSTRAK
SARI RACHMAWATI. Kajian Mikrostruktur Membran Komposit Selulosa AsetatPolistirena Berbahan Dasar Limbah Tahu. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan
AHMAD SJAHRIZA.
Nata de soya merupakan bahan dasar dalam pembuatan selulosa asetat (CA) yang
kemudian diasetilasi sehingga menghasilkan selulosa asetat lalu dibuat membran.
Kelemahan dari membran CA ini adalah bahannya yang rapuh sehingga perlu
dikembangkan dibuat membran komposit, yaitu membran yang dikombinasikan dengan
bahan polimer sintetis lain untuk meningkatkan mutu membran. Polimer sintetis yang
digunakan ialah polistirena (PS). Kajian mikrostruktur membran komposit CA-PS
dilakukan dengan uji spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) dan
mikroskop susuran elektron (SEM). CA mempunyai kadar air sebesar 6.23% dan kadar
asetil sebesar 43.26% (yang setara dengan kisaran derajat substitusi 2.8-3.0) serta
rendemen 109.76%. Analisis SEM menunjukkan bahwa membran komposit CA-PS
merupakan membran mikrofiltrasi dengan jenis pori asimetris. Spektrum serapan
membran komposit CA-PS hanya merupakan spektrum serapan gabungan antara pita
serapan CA dan PS. Analilsis FTIR tidak menunjukkan terbentuknya pita serapan baru.
ABSTRACT
SARI RACHMAWATI. Microstructure Study of Cellulose Acetate-Polystyrene
Composite Membrane based on Tofu Waste. Supervised by SRI MULIJANI and
AHMAD SJAHRIZA.
Nata de soya is basic material to make cellulose acetate, then it was acetylated to
make CA membrane. The problem is the weakness of CA membrane so it has to be
composited with other synthetic polymer to improve the quality. This experiment used
polystyrene (PS) as synthetic polymer. Microstructure of CA-PS composite membrane
was studied using Fourier transformed infrared (FTIR) and scanning electron microscope
(SEM). CA moisture was 6.23%, acetyl content 43.26% (equivalent to substitution degree
of 2.8-3.0), and the yield was 109.76%. SEM analysis showed that CA-PS composite
membrane was microfiltrate assimetric type. CA-PS spectra showed it was only a
combination between the individual spectra of CA and PS. FTIR analysis did not show
any new spectra.
KAJIAN MIKROSTRUKTUR MEMBRAN KOMPOSIT
SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA
BERBAHAN DASAR LIMBAH TAHU
SARI RACHMAWATI
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul
: Kajian Mikrostruktur Membran Komposit Selulosa Asetat-Polistirena
Berbahan Dasar Limbah Tahu
Nama
: Sari Rachmawati
NIM
: G44202049
Menyetujui:
Pembimbing I
Pembimbing II
Dra. Sri Mulijani, MS
NIP 131 950 978
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 131 842 413
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP 131 473 999
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah ini berjudul Kajian
Mikrostruktur Membran Komposit Selulosa Asetat-Polistirena Berbahan Dasar
Limbah Tahu, yang dilaksanakan pada bulan Maret 2006 sampai dengan Januari 2007 di
Laboratorium Kimia Anorganik, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu
terselesaikannya karya ilmiah ini, di antaranya Dra. Sri Mulijani, MS dan Drs. Ahmad
Sjahriza selaku pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan pengarahan
kepada penulis, juga kepada Ibu Tetty Kemala, Kak Budi Arifin, dan Kak Ara atas
diskusi-diskusi berharga yang berkaitan dengan penelitian ini, staf kimia anorganik (Pak
Sawal, Pak Caca, Pak Mul, Mbak Nur, Ibu Siti Maemunah), staf kimia analitik (Pak
Eman), staf kimia fisik (Pak Mail, Pak Nano, Ibu Ai), staf kimia organik (Pak Sabur, Ibu
Yeni), staf departemen (Mas Heri, almarhumah Mbak Maya, Pak Didi), serta temanteman seperjuangan: Yudi KS, Jaka, Ari, Dias, Lukmana, dan Obie. Terima kasih pula
kepada Pak Zul dari Universitas Pendidikan Indonesia untuk analisis FTIR. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya serta
rekan-rekan Kimia 39 atas canda tawa dan semangat yang diberikan kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Maret 2007
Sari Rachmawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 14 Oktober 1983 sebagai anak sulung
dari pasangan Abdul Rahman dan Yuliati. Tahun 2002 penulis lulus dari SMUN 98
Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan
Seleksi Masuk IPB pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam. Tahun 2005, Penulis mengikuti kegiatan Praktik Lapangan di PT Petrokimia
Gresik, Jawa Timur, dengan judul Reaktivitas Batuan Fosfat dengan H2SO4: Pengaruh
Konsentrasi, Waktu, dan Asal Batuan.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Anorganik II
pada tahun ajaran 2005/2006, serta asisten Retooling tahun ajaran 2006/2007. Pada tahun
ajaran 2005/2006 penulis mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa dengan judul
Biomembran Asetilasi Berpori Berbahan Dasar Hasil Fermentasi Limbah Cair Tahu
Menggunakan Acetobacter xylinum.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ......................................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................
iv
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................................
iv
PENDAHULUAN .....................................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah Tahu ........................................................................................................................
Selulosa Bakteri (BC) ...........................................................................................................
Selulosa Asetat (CA) ...........................................................................................................
Polistirena (PS) .....................................................................................................................
Membran ..............................................................................................................................
Pencirian Membran ..............................................................................................................
1
1
2
3
3
3
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat .....................................................................................................................
Pembuatan Nata de Soya ......................................................................................................
Pembuatan Selulosa Asetat ..................................................................................................
Pembuatan Membran Selulosa Asetat ..................................................................................
Pencirian Membran ..............................................................................................................
4
4
4
5
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kadar -Selulosa dan Kadar Air ..........................................................................................
Kadar Asetil dan Rendemen .................................................................................................
Asetilasi ................................................................................................................................
Membran Selulosa Asetat dan Membran Komposit Selulosa AsetatPolistirena..............................................................................................................................
Morfologi Permukaan ..........................................................................................................
Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR) .......................................................
5
6
6
7
7
8
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ...............................................................................................................................
Saran .....................................................................................................................................
10
10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................................
12
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Hubungan derajat substitusi selulosa asetat, kadar asetil, dan aplikasinya ......................... 2
2
Kelarutan CA ..................................................................................................................... 2
3
Sifat mekanik PS ................................................................................................................ 3
4
Klasifikasi membran berdasarkan proses ........................................................................... 3
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
BC berbahan dasar limbah tahu ........................................................................................... 6
2
CA berbahan dasar limbah tahu ........................................................................................... 7
3
Foto mikroskopik membran CA perbesaran 100 kali ........................................................... 7
4
Morfologi permukaan membran CA-PS perbesaran 1000 kali ............................................ 7
5
Morfologi permukaan CA-PS berbahan dasar serat batang pisang ..................................... 8
6
Spektrum FTIR BC ................................................................................................................ 8
7
Spektrum FTIR CA ............................................................................................................... 9
8
Spektrum FTIR PS...... .......................................................................................................... 9
9
Spektrum FTIR membran CA-PS ......................................................................................... 10
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Pembuatan serbuk nata de soya ................................................................................... 13
2
Proses asetilasi selulosa bakteri ................................................................................... 14
3
Penetapan kadar air, -selulosa, dan asetil .................................................................... 15
4
Data kadar air selulosa bakteri dan kadar -selulosa............................................................ 16
5
Data standardisasi NaOH dan HCl serta kadar air dan kadar asetil selulosa asetat…….…. 17
6
Perhitungan rendemen selulosa asetat………………………………………………..……. 18
7
Foto mikroskopik membran komposit CA-PS …………………………………………..…19
8
Mekanisme reaksi asetilasi ................................................................................................. 20
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi membran dari
waktu ke waktu semakin meningkat.
Membran dapat ditemui pada hampir semua
industri, seperti industri tekstil, makanan,
minuman, bahkan kini sudah merambah
dalam bidang medis. Umumnya membran
yang digunakan adalah membran sintetis.
Membran tersebut tidak dapat diuraikan
secara biologis.
Berbagai penelitian dilakukan untuk
mencari cara mengatasi permasalahan
tersebut. Salah satunya adalah dengan
membuat membran dari bahan alami seperti
selulosa yang dimodifikasi menjadi selulosa
asetat (CA). Membran ini disebut membran
CA. CA sendiri diperoleh dari proses
asetilasi selulosa bakteri (BC). Keuntungan
dari membran CA ini adalah bahan baku
pembuatannya sangat murah dan produk
yang dihasilkan dapat diuraikan secara
biologis selama kurang lebih dua bulan.
Umumnya selulosa yang digunakan
untuk pembuatan membran berasal dari kayu
atau kapas. Namun, kini ada alternatif baru
untuk menghasilkan selulosa, yaitu dengan
proses fermentasi menggunakan bakteri.
Bakteri yang biasa digunakan adalah
Acetobacter
xylinum
yang
akan
memproduksi selulosa murni (Safriani
2000). Penelitian tentang pembuatan CA
dari BC sudah banyak dilakukan di
antaranya, yaitu BC dengan menggunakan
media air kelapa atau dikenal dengan nata
de coco (Arifin 2004), nata de pina dari
kulit nanas (Tresnawati 2006), nata de soya
dari limbah tahu (Safriani 2000).
Safriani (2000) juga sudah melakukan
penelitian untuk membuat membran CA dari
hasil asetilasi BC berbahan dasar limbah
tahu. Kelemahan dari membran CA tersebut
adalah bahannya yang rapuh, sehingga perlu
dikembangkan untuk meningkatkan mutu
membran tersebut.
Atas dasar permasalahan tersebut maka
dibuatlah
membran
komposit,
yaitu
membran yang dikombinasikan dengan
bahan polimer sintetis lain untuk
meningkatkan mutu membran. Polimer
sintetis yang digunakan adalah polistirena
(PS). Penelitian sebelumnya tentang
membran komposit CA-PS berbahan dasar
serat batang pisang telah dilakukan oleh
Meenakshi et al. (2000). Mengacu dari
penelitian
tersebut,
maka
dilakukan
penelitian tentang membran komposit CAPS berbahan dasar limbah tahu. Alasan
pemilihan PS sebagai polimer dalam pembuatan
membran komposit karena sifat fisik PS kuat,
sehingga produk yang dihasilkan diharapkan
memiliki sifat fisik yang lebih kuat namun tetap
bisa diuraikan secara biologis.
Kajian mikrostruktur terhadap membran
komposit CA-PS dilakukan dengan melakukan
uji spektroskopi inframerah transformasi
Fourier (FTIR) dan mikroskop susuran elektron
(SEM). FTIR dapat mengidentifikasi senyawa
berdasarkan informasi dalam memprediksi
gugus fungsi berupa spektrum. SEM dapat
memperlihatkan topografi dan morfologi
membran dengan batas resolusi sampai dengan
ukuran mikrometer.
Penelitian ini bertujuan mengidentifikasi
sifat membran CA-PS melalui analisis FTIR
dan SEM. Analisis ini bermanfaat untuk
memprediksi gugus fungsi dan jenis pori
membran. Hipotesis penelitian ini adalah nata
de soya merupakan BC yang dapat dijadikan
bahan baku dalam pembuatan membran CA.
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah Tahu
Limbah tahu sangat potensial sebagai
sumber media pembuatan nata. Menurut Linaya
& Singkanparan (1983), limbah tahu
mengandung protein 0.22% (b/b) protein,
0.10% (b/b) karbohidrat, 0.02% (b/b) lemak,
0.20% (b/b) abu, dari 1% (b/b) total padatan.
Limbah
tahu
difermentasikan
menggunakan A. Xylinum, sehingga diperoleh
nata de soya yang merupakan suatu BC. A.
xylinum merupakan penghasil BC yang paling
efisien yang akhir-akhir ini diklasifikasi ulang
sebagai
Gluconobacter
xylinus.
Jenis
mikroorganisme lain yang dapat menghasilkan
BC berasal dari genus Agrobacterium,
Rhizobium, dan Sarcina (Krystynowicz &
Bielecki 2001).
Selulosa Bakteri (BC)
Tahun 1886, Brown melaporkan bahwa
galur Acetobacter tertentu dapat menghasilkan
pelikel putih bergelatin ekstraseluler yang kelak
diidentifikasi sebagai BC pada permukaan
media air dalam sistem kultur diam (Toyosaki
et al. 1995). Produk BC dari suatu galur
Acetobacter murni secara kimiawi, yaitu bebas
dari lignin dan hemiselulosa serta produkproduk biogenik lainnya (Masaoka et al. 1993,
Geyer et al. 1994). Karena itu, BC dapat
dimurnikan dari media dan sel-sel bakteri yang
terperangkap di dalamnya dengan perlakuan
lembut memakai larutan basa encer, misalnya
10
NaOH 0.1N; selama 20 menit pada suhu
80oC (Toyosaki et al. 1995). Unit ulang dari
rantai struktur selulosa adalah unit selobiosa
yang dihubungkan dengan ikatan 1,4- glikosidik. Struktur selulosa adalah sebagai
berikut:
OH
H
H
HO
HO
H
O
H
HO
OH
O
H
H
O
H
OH
OH
H
H
H
O
O
H
H
H
HO
HO
H
OH
H
OH
H
H
O
O
H
OH
H
H
OH
n
OH
Bakteri seperti Acetobacter, Rhizobium,
Agrobacterium, dan Sarcina telah dikenal
baik dapat mensintesis biopolimer. Di antara
bakteri-bakteri
tersebut
A.
xylinum
ditegaskan sebagai bakteri yang paling
efektif untuk menghasilkan BC dan telah
digunakan secara luas (Jonas & Farah 1998).
Selulosa Asetat (CA)
CA merupakan ester organik selulosa
yang berupa padatan tidak berbau, tidak
beracun, tidak berasa, dan berwarna putih
yang dibuat dengan mereaksikan selulosa
dengan bantuan asam sulfat sebagai katalis
(Kroschwitch 1990). Selulosa memiliki tiga
gugus hidroksil per residu anhidroglukosa.
Indikator kemurnian suatu selulosa dapat
dinyatakan sebagai kadar -selulosa (Tanaka
& Daud 2000).
Selulosa dapat direaksikan melalui
reaksi esterifikasi. Salah satu bentuk
esterifikasi adalah asetilasi selulosa dengan
menggunakan
asam
asetat
yang
menghasilkan CA. Reaksi asetilsi selulosa
menjadi CA adalah sebagai berikut:
C6H7O2
selulosa
OH
OH
OH
n
Tabel 1 Hubungan derajat substitusi CA, kadar
asetil, dan aplikasinya (Fengel &
Wegener 1989)
Derajat
Kadar Asetil
Aplikasi
Substitusi
(%)
0.6-0.9
13.0-18.6
1.2-1.8
22.2-32.2
plastik
2.2-2.7
36.5-42.2
benang, film
2.8-3.0
43.0-44.8
pembungkus
+ 3 (CH3CO)2O
asetat anhidrida
H2SO4
OOCCH3
OOCCH3 + 3 CH3OH
OOCCH3 n
selulosa triasetat
asam asetat
C6H7O2
Aplikasi CA bergantung pada jenis CA
yang diperoleh dan dapat dilihat dari derajat
substitusinya. Hubungan antara aplikasi CA
terhadap pelarut dan derajat substitusi
terdapat pada Tabel 1.
Kelarutan CA akan berbeda dengan berubahnya
kadar asetil. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Kelarutan CA (Fengel & Wegener
1989)
Kadar asetil
(%)
43.0-44.8
37.0-42.0
24.-32.0
15.0-20.0