Rekayasa proses sintesa nano seng oksida dari hasil samping industri galvanis sebagai bionanokomposit untuk kemasan antimikroba.
REKAYASA PROSES SINTESA NANO SENG OKSIDA DARI
HASIL SAMPING INDUSTRI GALVANIS SEBAGAI
BIONANOKOMPOSIT UNTUK KEMASAN ANTIMIKROBA
SITI AGUSTINA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul rekayasa proses
sintesa nano seng oksida dari hasil samping industri galvanis sebagai
bionanokomposit untuk kemasan antimikroba adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2015
Siti Agustina
NIM F 361100031
RINGKASAN
SITI AGUSTINA. Rekayasa proses sintesa nano seng oksida dari hasil samping
industri galvanis sebagai bionanokomposit untuk kemasan antimikroba.
Dibimbing oleh NASTITI SISWI INDRASTI, SUPRIHATIN dan NURUL
TAUFIQU ROCHMAN.
Industri galvanis semakin berkembang seiring dengan meningkatnya
kebutuhan masyarakat akan produk industri berbahan baku logam. Umumnya
industri galvanis melibatkan proses pelapisan yang bertujuan untuk mencegah
terjadinya korosi, logam pelapis yang biasa digunakan adalah logam seng.
Industri ini menghasilkan hasil samping berupa seng dross, dimana seng dross
mengandung kadar seng 96,57%. Pemanfaatan seng dross dapat menggunakan
metode hidrometalurgi dengan proses ekstraksi asam asetat glasial akan
menghasilkan seng asetat yang dapat berfungsi sebagai precursor. Salah satu
material yang banyak digunakan dalam aplikasi nanoteknologi adalah nano seng
oksida. Pada proses sintesa nano seng oksida, seng asetat dapat digunakan sebagai
precursor. Partikel nano seng oksida dapat berfungsi sebagai antimikroba.
Nanopartikel seng oksida dapat digunakan sebagai aditif yang berfungsi
sebagai antimikroba pada kemasan, sehingga akan meningkatkan umur simpan
produk lebih lama, tanpa menggunakan pengawet pada produk. Bahan kemasan
yang digunakan merupakan polimer alami yang bersifat ramah lingkungan, yaitu
berupa bionanokomposit. Bahan ini dapat terdegradasi, sehingga aman terhadap
lingkungan.
Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan kondisi proses ekstraksi seng
asetat dari seng dross, mendapatkan metode dan kondisi proses sintesa nano seng
oksida, sehingga akan menghasilkan seng oksida yang berukuran nano partikel
dan mendapatkan formulasi bionanokomposit yang mengandung nano seng oksida
serta mendapatkan formulasi bionanokomposit kemasan antimikroba.
Penelitian ini mempunyai beberapa tahapan, yaitu (1) Proses ekstraksi
seng dross menjadi seng asetat. Pada proses ini menggunakan 3 variabel
penelitian, yaitu suhu ( 130o C, 150o C dan 170o C), konsentrasi asam asetat (20%,
40% dan 60%), serta waktu proses (1 jam, 2 jam dan 3 jam). (2) Proses sintesa
nano seng oksida, metoda yang digunakan adalah gabungan metoda sol-gel,
sonokimia dan kalsinasi. Variabel yang digunakan adalah pH ( 8, 10 dan 12),
waktu sonikasi (45 menit, 60 menit dan 75 menit). (3) Proses pembuatan
bionanokomposit, variabel yang digunakan adalah konsentrasi polivinil alkohol
(0,5%, 1% dan 1,5%), nano seng oksida ( 0,05%, 0,10% dan 0,15%). Pada proses
aplikasi nano seng oksida berfungsi sebagai antimikroba pada kemasan daging
segar, menggunakan variabel konsentrasi nanopartikel seng oksida (0%, 1%, 2%,
3% dan 4%), waktu penyimpanan (2 hari, 4 hari, 6 hari dan 8 hari).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimum pada proses
ekstraksi seng dross dan asam asetat glasial adalah suhu 130o C, konsentrasi asam
asetat 60% dan waktu proses selama 1 jam. Akan menghasilkan seng asetat yang
mempunyai kadar seng sebesar 75,39% dan kelarutan 99%. Pada proses sintesa
nano seng oksida mempunyai kondisi optimum adalah pH 10 dan waktu sonikasi
60 menit. Menghasilkan nano partikel seng oksida yang mempunyai ukuran 120
nm, berukuran nanorod dan bentuk homogen serta teratur, mengandung senyawa
seng sebesar 87,31%. Pada proses pengembangan bionanokomposit hasil yang
optimum adalah pada konsentrasi polivinil alkohol 1,0% dan konsentrasi nano
seng oksida 0,10%, dan pada aplikasi bionanokomposit sebagai kemasan
antimikroba mempunyai kondisi optimum yaitu pada konsentrasi nano seng
oksida 2% dan waktu penyimpanan selama 8 hari. Bionanokomposit kemasan
antimikroba mempunyai komposisi terbaik adalah tapioka : karagenan : gliserol:
polivinil alkohol : nano seng oksida = 5 : 1 : 1 : 1 : 1 : 2. Aplikasi penyimpanan
produk daging segar dengan menggunakan bionanokomposit antimikroba selama
8 hari, pada suhu 9o C, dengan analisa organoleptik terdiri dari bau dan warna
daging menunjukkan tetap baik. Dan pH menunjukkan peningkatan, sehingga
bakteri E Coli tidak dapat berkembang.
Kata kunci : seng dross, nano seng oksida, bionanokomposit, antimikroba
SUMMARY
SITI AGUSTINA. A process design of nano zinc oxide synthesis from galvanis
industry byproduct at bionanocomposite for antimicrobial packaging. Advised by
NASTITI SISWI INDRASTI, SUPRIHATIN
dan
NURUL TAUFIQU
ROCHMAN.
Galvanizing industry is an developer where fulfill metal-based product
requirement in the society. Generally, galvanizing industry is involving plating
process to avoid corrosion, with zinc is the metal commonly used for the purpose.
This industry produces seng dross as byproduct that still contains zinc of 96.57%.
Seng dross could be utilized using hydrometallugical method with glacial acetic
acid extraction which would produce zinc acetate that could act as precursor. One
of the materials commonly used in nanotechnology is nano zinc oxide. Zinc oxide
nano particle is having antimicrobial properties.
Zinc oxide nano particle could be used as additive that has antimicrobial
effect of packaging, to prolong shelf life of product without addition of
preservatives. Packaging material used is natural polymer of bionanocomposite.
This material could be degraded and safe for the environment.
The aims of this research are to obtain zinc acetate extraction process from
zinc dross, obtaining method and process condition of zinc oxide nano particle
synthesis, to produce nano particle of zinc oxide, to obtain the formulation of
bionanocomposite containing zinc oxide, and to obtain the formulation of
bionanocomposite antimicrobial packaging.
This research was conducted in several stages, namely: (1) Zinc dross
extraction into zinc acetate. Three variables were used in this process, namely
temperature (130o C, 150o C,and 170o C), acetic acid concentration (20%, 40% and
60%), and processing time (1, 2, and 3 hours). (2) Nano zinc oxide synthesis,
using combined method of sol-gel,sonochemistry and calcination. Variables used
were pH (8, 10, and 12), sonication time (45, 60, and 75 minutes). (3)
Bionanocomposite production process. Variables used were polyvinyl alcohol
concentration (0.5%, 1%, and 1.5%) and nano zinc oxide (0.05%, 0.10% and
0.15%). In application test, nano zinc oxide acts as antimicrobial compound on
fresh meat packaging, using variables of zinc oxide nanoparticles (0%, 1%, 2%,
3% and 4%), and storage time (2, 4, 6, and 8 days)
Results show that optimum condition of seng dross extraction on glacial
acetic acid was at 130o C, acetic acid concentration 60% and processing time of 1
hour. This condition gives zinc acetate with zinc content of 75.39% and solubility
of 99%. Optimum process condition of nano zinc oxide production was pH 10 and
sonication time of 60 minutes. This condition produces zinc oxide nano particle
with size of 120 nm, nanorod shapes, regular and homogenous, and containing
zinc 87.31%. Optimum condition of bionanocomposite development was at
polyvinyl alcohol concentration of 1.0%, and nano zinc oxide concentration of
0.10%. On application of bionanocomposite as antimicrobial packaging the
optimum condition was nano zinc oxide concentration of 2% and storage time of 8
days. Antimicrobial bionanocompositepackaging material composition is found on
the ration of tapioca : carrageenan : glycerol : polyvinyl alcohol : nano zinc oxide
is 5 : 1 : 1 : 1 : 1 : 2. Application of antimicrobial bionanocomposite packaging
material for fresh meat show that after 8 days in temperature of 9o C, the aroma
and color organoleptic properties was maintain at good quality. Increase in pH
was observed, therefore no E. coli bacteria was growing.
Kata kunci : zinc dross, nano zinc oxide, bionanocomposite, antimicrobial
Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
REKAYASA PROSES SINTESA NANO SENG OKSIDA DARI
HASIL SAMPING INDUSTRI GALVANIS SEBAGAI
BIONANOKOMPOSIT UNTUK KEMASAN ANTIMIKROBA
SITI AGUSTINA
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji pada Ujian Tertutup: 1. Dr. Akhiruddin Maddu S.Si. MSi
2. Ir. Ngakan Timur Antara, Ph.D.
Penguji pada Ujian Terbuka: 1. Dr. Akhiruddin Maddu S.Si. MSi
2. Dr. Muchlasin. MM
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa dimana
pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan disertasi penelitian yang berjudul
rekayasa proses sintesa nano seng oksida dari hasil samping industri galvanis
sebagai bionanokomposit kemasan antimikroba. Penelitian ini secara umum
bertujuan untuk mendapatkan kondisi proses sintesa nano seng oksida dari
hasil samping industri galvanis dan memperoleh bionanokomposit kemasan
antimikroba serta meningkatkan nilai tambah seng dross.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan kepada Prof. Dr. Ir.
Nastiti Siswi Indrasti selaku Ketua Komisi Pembimbing, Prof. Dr. Ir.
Suprihatin, Dipl. Eng dan Dr. Ir. Nurul Taufiqu Rochman, M.Eng selaku
Anggota Komisi Pembimbing, atas bantuan dan bimbingannya selama
penelitian dan penyusunan disertasi penelitian. Penulis juga menyampaikan
terima kasih kepada Dr. Akhiruddin Maddu S.Si. MSi dan Ir. Ngakan Timur
Antara, Ph.D serta Dr. Muchlasin. MM atas kesediaanya selaku dosen penguji
luar komisi serta memberikan masukan dan saran perbaikan untuk
kesempurnaan disertasi ini
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Ketua dan Sekretaris Program
Studi Teknologi Industri Pertanian, Dekan Fakultas Teknologi Pertanian dan
Sekolah Pascasarjana IPB yang telah banyak membantu dalam kelancaran studi
S3 di IPB. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Bapak Dr. Haris
Munandar. N, MA. Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Industri,
Kementrian Perindustrian, atas beasiswa yang diberikan kepada penulis untuk
melanjutkan studi pada program doktor pascasarjana Institut Pertanian Bogor
dan Bapak Ir. Umar Habson, MM. Kepala Balai Besar Kimia dan Kemasan,
Kementrian Perindustrian, atas kesempatan dan dorongan yang diberikan untuk
lebih meningkatkan prestasi. Khusus penulis ucapkan terima kasih kepada
suami tercinta kakanda Sobirin Ratujaya dan ananda tersayang Tito, Tita dan
Tiara atas dukungan, do’a dan pengertiannya selama penulis menyelesaikan
studi dan juga untuk ayahanda Baharuddin Hamid (Alm) dan ibunda Resna
Fatemah atas do’a dan dan dukungannya.
Terakhir penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak pimpinan
dan staf PT Kencana Cakra Buana, yang telah memberikan bahan penelitian
dan fasilitas kepada penulis, rekan-rekan sejawat di program studi Teknologi
Industri Pertanian yang banyak memberikan bantuan hingga selesainya
disertasi ini.
Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam disertasi ini, untuk
itu penulis mengharapkan saran-sarannya demi kesempurnaan tulisan ini.
Akhir kata semoga tulisan ini berguna bagi yang membutuhkannya
Bogor,
Juli 2015
Penulis
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
i
DAFTAR TABEL
iii
DAFTAR GAMBAR
iii
DAFTAR LAMPIRAN
v
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
6
Tujuan Penelitian
7
Ruang Lingkup Penelitian
7
Nilai Kebaruan Penelitian
7
Manfaat Penelitian
8
METODOLOGI PENELITIAN
9
Kerangka Pemikiran
9
Tahapan Penelitian
11
Metode Penelitian dan Analisis Data
13
Tempat dan Waktu
13
Ekstraksi Seng Asetat dari Seng Dross
13
Bahan dan Alat
13
Metode Penelitian
13
Rancangan Percobaan
15
Rekayasa Proses Sintesa Nano Seng Oksida Menggunakan Seng Asetat 15
Bahan dan Alat
15
Metode Penelitian
15
Tahap Proses Sintesa Nano Seng Oksida.
16
Tahap Karakterisasi Nano Seng Oksida.
17
Rancangan Percobaan
17
Pengembangan Bionanokomposit Nano Seng Oksida
17
Bahan dan Alat
17
Metode Penelitian
18
Rancangan Percobaan
19
Penggunaan Bionanokomposit Kemasan Antimikroba
20
Bahan dan Alat
20
Metode Penelitian
20
Rancangan Percobaan pada Bionanokomposit
22
Rancangan Percobaan Bionanokomposit sebagai Kemasan Daging segar
22
HASIL DAN PEMBAHASAN
24
Ekstraksi seng Asetat dari Seng dross
24
Karakteristik hasil samping industri galvanis
24
Kadar Seng dalam Seng Asetat
26
Rendemen Seng Asetat
34
Kelarutan Seng Asetat
37
Identifikasi Kristal Seng Asetat
37
Rekayasa Proses Sintesa Nano Seng Oksida Menggunakan Seng Asetat 39
Rekayasa Proses Sintesa Nano Seng Oksida
39
Struktur Kristal Nanopartikel Seng Oksida.
Komposisi Senyawa Nanopartikel Seng Oksida
Morfologi Nanopartikel Seng Oksida
Ukuran Nanopartikel Seng Oksida
Rendemen Nanopartikel Seng Oksida
Pengembangan Bionanokomposit Nano Seng Oksida
Desain Proses Bionanokomposit sebagai Material Ramah Lingkungan
Sifat Mekanis Film Bionanokomposit
Morfologi Film Bionanokomposit
Biodegradibilitas Film Bionanokomposit
Penggunaan Bionanokomposit Kemasan Antimikroba
Bionanokomposit Nano Seng Oksida Sebagai Film Antimikroba
Sifat Mekanis Film Bionanokomposit Kemasan Antimikroba
Film bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba daging segar
Manfaat Hasil Penelitian
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
43
47
52
54
57
59
59
62
68
69
74
76
78
82
91
93
93
94
95
104
DAFTAR TABEL
1. Data realisasi ekspor bahan yang mengandung seng tahun 20092013 (Nilai US $)
2. Data realisasi impor seng oksida tahun 2009 – 2013 ( Nilai US $)
3. Karakteristik hasil samping industri galvanis sebagai seng dross
4. Bentuk seng asetat yang dihasilkan dari proses ekstraksi seng
dross
5. Hasil ekstraksi seng dan besi menggunakan jenis- jenis asam
karboksilat
6. Klasifikasi teknik sintesa nanopartikel
7. Biodegradasi bionanokomposit pada lama pemendaman 2 minggu
dan 4 minggu untuk konsentrasi polivinil alkohol dan konsentrasi
nano seng oksida
8. Polimer larut dalam air berbahan dasar sintetis
9. Polimer larut dalam air yang berbahan dasar alami
10. Jenis-jenis sistem kemasan aktif
11. Hasil analisis warna daging kemasan setelah penyimpanan
12. Hasil analisis bau daging kemasan setelah penyimpanan
13. Hasil Analisis pH daging kemasan setelah penyimpanan
2
5
24
27
33
40
71
72
72
76
84
85
86
DAFTAR GAMBAR
1. Kerangka Pemikiran Penelitian
2. Diagram alir tahapan penelitian rekayasa proses sintesa nano seng
oksida dari hasil samping industri galvanis untuk
bionanokomposit kemasan antimikroba
3. Diagram alir proses ekstraksi seng asetat dari seng dross
4. Diagram alir proses sintesa nano seng oksida dari seng asetat
5. Diagram alir proses pembuatan bionanokomposit dengan
menggunakan nano partikel seng oksida
6. Diagram alir penggunaan film bionanokomposit nano seng oksida
sebagai kemasan antimikroba
7. Hasil analisis kristal seng dross menggunakan XRD
8. Kadar seng hasil ekstraksi pada suhu 130o C dan berbagai
konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
9. Kadar seng hasil ekstraksi pada suhu 150o C dan berbagai
konsentrasi asam asetat dan waktu ekstraksi
10. Kadar seng hasil ekstraksi pada suhu 170o C dan berbagai
konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
11. Hubungan perlakuan antara konsentrasi asam asetat glasial dan
kadar seng pada berbagai suhu ekstraksi
12. Hubungan perlakuan antara waktu ekstraksi dan kadar seng pada
berbagai suhu ekstraksi
10
12
14
16
18
21
25
29
29
30
30
31
13. Rendemen seng asetat hasil ekstraksi pada suhu 130o C dan
berbagai konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
14. Rendemen seng asetat hasil ekstraksi pada suhu 150o C dan
berbagai konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
15. Rendemen seng asetat hasil ekstraksi pada suhu 170o C dan
berbagai konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
16. Hubungan perlakuan antara konsentrasi asam asetat glasial dan
rendemen seng asetat pada berbagai suhu ekstraksi
17. Hubungan perlakuan antara waktu ekstraksi dan rendemen seng
asetat pada berbagai suhu ekstraksi
18. Hasil analisis kristal seng asetat hasil ekstraksi seng dross dengan
asam asetat glasial
19. Hasil Analisis kristal nanopartikel seng oksida pada pH 8 (a), pH
10 (b) pH 12 (c)
20. Hasil analisis kristal nanopartikel seng oksida pada pH 12 dan
waktu ultrasonikasi 45 menit (a), 60 menit (b) 75 menit (c).
21. Kandungan senyawa ZnO pada nanopartikel seng oksida
22. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan kandungan
ZnO pada berbagai pH
23. Kandungan senyawa Na2O pada nanopartikel seng oksida
24. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan kandungan
Na2O pada berbagai pH
25. Kandungan senyawa karbon pada nanopartikel seng oksida
26. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan kandungan
karbon pada berbagai pH
27. Hasil analisis morfologi nanopartikel seng oksida dengan
menggunakan SEM
28. Ukuran partikel nano seng oksida dengan menggunakan PSA
29. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan ukuran
partikel pada berbagai pH
30. Ukuran nano seng oksida ukuran 200 nm dengan menggunakan
TEM
31. Rendemen nanopartikel seng oksida dengan variabel pH dan
waktu ultrasonikasi
32. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan rendemen
nano seng oksida pada berbagai pH
33. Hubungan antara konsentrasi polivinil alkohol dan ketebalan film
bionanokomposit pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
34. Hubungan perlakuan antara konsentrasi nano seng oksida dan
ketebalan film bionanokomposit pada berbagai konsentrasi
polivinil alkohol
35. Hubungan konsentrasi nano seng oksida dan konsentrasi polivinil
alkohol terhadap kuat tarik film bionanokomposit
36. Hubungan perlakuan antara konsentrasi nano seng oksida dan
kuat tarik film pada berbagai konsentrasi polivinil alkohol
37. Hubungan konsentrasi nano seng oksida dan konsentrasi polivinil
alkohol
terhadap
analisis
perpanjangan
putus
film
bionanokomposit
34
35
35
36
36
39
44
45
48
48
49
49
50
51
52
55
55
56
58
58
63
64
65
65
66
38. Hubungan perlakuan antara konsentrasi nano seng oksida dan
perpanjangan putus pada berbagai konsentrasi polivinil alkohol
39. Morfologi bionanokomposit dengan berbagai konsentrasi nano
seng oksida
40. Hubungan biodegradasi film bionanokomposit dan konsentrasi
polivinil alkohol pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
pemendaman selama 2 minggu
41. Hubungan biodegradasi film bionanokomposit dan konsentrasi
polivinil alkohol pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
pemendaman selama 4 minggu
42. Siklus manfaat bionanokomposit seng oksida
43. Analisis antimikroba dengan metoda zona hambat
44. Hubungan antara diameter zona hambat dan konsentrasi nano
seng oksida
45. Hubungan konsentrasi nano seng oksida terhadap ketebalan film
bionanokomposit
46. Hubungan konsentrasi nanoseng oksida terhadap kuat tarik film
bionanokomposit
47. Hubungan konsentrasi nano seng oksida terhadap perpanjangan
putus film bionanokomposit
48. Hasil analisis pertumbuhan bakteri E. coli selama penyimpanan
daging segar kemasan.
49. Hubungan perlakuan antara lama waktu penyimpanan dan
pertumbuhan bakteri pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
67
68
70
70
74
77
77
79
80
81
88
90
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Prosedur Analisis Bahan dan Produk Penelitian
Bahan Baku Penelitian
Peralatan Proses
Hasil Penelitian
Proses Pemendaman dan Biodegradasi Bionanokomposit
Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan kadar seng
Tabel analisis ragam dan uji lanjut (Duncan) Rendemen Seng
Asetat
8. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan komposisi senyawa
ZnO
9. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan komposisi senyawa
Na2O
10. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan komposisi senyawa
karbon
11. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan ukurannano seng
oksida dengan PSA
12. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan rendemen nano seng
oksida
13. Tabel
analisis
ragam
dan
uji
lanjut
Duncan
ketebalanfilmbionanokomposit
104
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
14. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan kuat
tarikfilmbionanokomposit
15. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan perpanjangan
putusfilmbionanokomposit
16. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan degradasi film
bionanokomposit
17. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan diameter zona bening
18. Tabel
analisis
ragam
dan
uji
lanjut
Duncan
ketebalanfilmbionanokomposit kemasan
19. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan kuat tarik film
bionanokomposit kemasan
20. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan perpanjangan putus
bionanokomposit kemasan
21. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan pertumbuhan bakteri
E. Coli
118
119
120
122
123
124
125
126
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri galvanis semakin berkembang seiring dengan kebutuhan
masyarakat akan produk industri berbahan baku logam. Industri galvanis
umumnya melibatkan proses pelapisan untuk mencegah terjadinya korosi. Logam
yang biasa digunakan adalah logam seng (Sugiyarto et al. 2010). Jenis produk
industri galvanis diantaranya adalah bahan konstruksi, elektronik, alat transportasi,
dan baja ringan untuk perumahan. Industri galvanis dengan metoda hot-dip
menghasilkan produk utama berupa bahan besi yang dilapisi seng. Sektor industri
merupakan penghasil devisa negara non migas yang dapat digunakan untuk
pembangunan. Meningkatnya sektor industri akan menghasilkan dampak, baik
dampak positif maupun dampak negatif. Dampak positif diantaranya adalah
meningkatkan devisa negara, lapangan kerja dan penggunaan bahan baku lokal.
Industri juga mempunyai dampak negatif, yaitu menghasilkan hasil samping
berupa limbah industri. Pada industri galvanis dengan sistim hot-dip,
menghasilkan hasil samping berupa seng dross, abu seng dan scrap. Data dari
kementerian perindustrian menunjukkan terdapat 22 industri galvanis yang
tersebar di berbagai tempat. Pada setiap industri galvanis sistim hot-dip rata –rata
menghasilkan seng dross sebanyak 10% - 15% dari jumlah seng yang digunakan
pada proses produksi pelapisan logam (Rao 2006; Prasad 2008). Seng dross
mempunyai kandungan seng yang cukup tinggi, yaitu sebesar 90% - 98% (Maaβ
et al. 2011), sehingga selama ini seng dross dimanfaatkan sebagai bahan ekspor
ke berbagai negara, seperti terlihat pada Tabel 1 dan sebagian belum
dimanfaatkan secara maksimal. Pada penelitian ini akan memanfaatkan seng dross
sebagai seng asetat.
Dalam rangka memperkuat daya saing produk industri di tingkat global
maka makin banyak industri yang melaksanakan produksi bersih. Produksi bersih
adalah strategi pengelolaan lingkungan yang sifatnya mengarah pada pencegahan
pencemaran dan pengelolaan limbah terpadu agar dapat diterapkan pada seluruh
siklus produksi. Salah satu metode dalam penerapan produksi bersih adalah
pemanfaatan hasil samping industri. Berbagai keuntungan dapat diperoleh dari
pendekatan ini, antara lain mengurangi biaya produksi, mengurangi limbah yang
dihasilkan, dan meningkatkan produktivitas (Indrasti et al. 2009). Pemerintah
telah mengatur tentang pemanfaatan limbah industri, yaitu pada Peraturan Menteri
Lingkungan Hidup Nomor 02 tahun 2008 tentang pemanfaatan limbah bahan
berbahaya dan beracun serta Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No 18 tahun
2009, tentang pengelolaan limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) tersebut baik
untuk industri itu sendiri atau limbah tersebut diolah pihak lain. Berdasarkan
peraturan pemerintah tersebut diharapkan industri galvanis dapat memanfaatkan
hasil samping untuk menjadi produk dalam memenuhi kebutuhan masyarakat.
Senyawa seng yang dapat digunakan diantaranya, adalah seng klorida dapat
digunakan untuk pengawet kayu, seng nitrat digunakan untuk bahan baku pupuk
dan unsur hara tanaman, serta seng asetat digunakan untuk obat-obatan dan bahan
tambahan makanan (supplemen). Penelitian tentang pemanfaatan logam seng yang
telah dilakukan adalah proses dengan menggunakan tekanan tinggi (Langova et al.
2
2010), menggunakan reaktor membran elektrolisis (Ren et al. 2010), proses
hidrometalurgi dari abu furnace (Oustdakis 2010), proses hidrotermal dengan
sulfidasi pada sludge (Liang et al. 2010).
Tabel 1 Data realisasi ekspor bahan yang mengandung seng tahun 2009-2013
(Nilai US $)
Negara
2009
2010
Seng konsentrat
China
4.939.552 2.870.805
India
0
18.971
Korea selatan
770.000
0
Malaysia
4.360
0
Slag dan dross limbah industri baja
China
1.742.646 5.909.062
Malaysia
648
0
Thailand
61.536
0
Taiwan
15.445
0
Korea selatan
14.000
0
Itali
12.950
83.470
Abu & residu mengandung seng
China
0
0
Korea selatan
0
672
Singapura
0
0
Emirat Arab
0
2.853
2011
2012
2013
1.054.300
0
0
0
669.820
0
0
0
1.393.853
0
0
0
8.527.066
0
0
0
0
386.204
26.577.383
0
0
0
75.456
0
16.847.234
0
0
0
0
0
0
0
0
0
23.622
0
376
0
331.955
0
0
0
Sumber: BPS diolah oleh pusdatin kementrian perdagangan (2014).
Hasil samping industri galvanis berupa seng dross mengandung kadar seng
yang cukup tinggi, sehingga dapat dimanfaatkan untuk menjadi produk yang
inovatif dengan menggunakan nanoteknologi. Nanoteknologi merupakan
teknologi yang menggunakan skala nanometer atau satu per satu miliar meter
(nm), sehingga materialnya bersifat unik dan lebih unggul dibanding dengan skala
mikro (10-6) atau bulk. Nanomaterial disusun berdasarkan atom per-atom atau
molekul per molekul, sehingga penggunaan bahan lebih efisien. Ukuran partikel
dapat mempengaruhi sifat nanomaterial, diantaranya struktur, thermodinamika,
elektronik, spektroskop, elektomagnetik dan bahan kimia penyusun (Rao et al.
2004).
Menurut Klabunde (2001) nanoteknologi dapat mempengaruhi perubahan
pola pada bidang kehidupan, diantaranya: (1) Bidang farmasi, obat yang
berukuran nanopartikel dapat langsung mempengaruhi pertumbuhan sel kanker
dan selanjutnya obat tersebut dapat membunuh sel kanker; (2) Bidang pengobatan,
obat yang berukuran nanopartikel mempunyai luas permukaan yang lebih besar
dan mempunyai kelarutan yang tinggi, sehingga dapat cepat diserap oleh darah;
(3) Bidang penyimpanan informasi, nanopartikel yang mempunyai sifat kontrol
magnetic coervicity dan absorpsi optikal dapat menyimpan data dengan baik,
sehingga videotape dan disk akan dapat berukuran kecil; (4) Bidang alat
3
pendingin, aplikasi magnetik yang berukuran nanopartikel dapat menjaga kondisi
adiabatik dan mempengaruhi perubahan suhu. Alat pendingin akan berukuran
kecil dan tidak menggunakan Freon dan HFC, sehingga akan bersifat ramah
lingkungan; (5) Bidang komputer optikal, semikonduktor nanopartikel yang
mempunyai sifat optikal dan magnetik, dapat diaplikasikan pada industri
elektronik, sehingga akan menghasilkan komputer optikal; (6) Bidang
insulator/keramik, keramik yang mengandung nanopartikel dapat berfungsi
menggantikan material logam; (7) Bidang lingkungan, pada solar sel yang
mengandung nanopartikel dapat menghasilkan listrik dan menghasilkan gas
hidrogen. Pada proses remediasi, semikonduktor mengandung nanopartikel dapat
menghilangkan polutan dengan menggunakan proses oksidasi dan reduksi. Pada
proses penjernihan air, nanopartikel Fe dan Zn mempunyai reaktifitas yang tinggi
dapat mendegradasi polutan berupa chlorocarbon dilingkungan, sehingga dapat
digunakan sebagai membran pada penjernihan air. Pada penyerapan bahan
beracun, nano logam oksida mempunyai reaktifitas dan luas permukaan yang
besar, sehingga dapat menyerap gas asam dan bahan organik polar yang dapat
diaplikasikan sebagai adsorben; (8) Bidang katalitik, nanomaterial dapat
digunakan sebagai katalis heterogen; (9) Bidang sensor, nanopartikel dapat
digunakan sebagai sensor untuk adsorpsi berbagai jenis gas, perubahan
konduktifiti dan perubahan listrik; (10) Bidang elektrode, nano kristal logam
dapat digunakan sebagai transformer, karena mempunyai sifat coervicity rendah
dan magnetization saturation yang tinggi; (11) Bidang pengembangan polimer,
nanopartikel yang ditambahkan pada matrik polimer dapat meningkatkan sifat
komposit polimer dan meningkatkan fungsi penggunaan bahan polimer.
Pengembangan nanoteknologi menjadi pusat perhatian seluruh dunia dalam
kaitannya penerapan didunia industri. Pada saat ini terdapat beberapa produk
industri yang telah menerapkan nanoteknologi, diantaranya dibidang elektronik,
farmasi, kedokteran, konstruksi, pangan, tekstil dan keramik. Pengembangan
pengetahuan dasar rekayasa unit operasi dapat digunakan dalam pembuatan
nanomaterial secara terintegrasi, sehingga akan menghasilkan suatu produk
dengan kemurnian tinggi dan proses sintesa dengan biaya murah. Salah satu
material yang banyak digunakan dalam aplikasi nanoteknologi adalah nano seng
oksida, dikarenakan nano seng oksida mempunyai sifat fotokatalisator (Patrinov et
al. 2013), semi konduktor (Nuryetti et al. 2012), antimikroba (Silvetree et al.
2011), tabir surya (Cao et al. 2010) dan antibakteri (Gordon et al. 2011).
Pembuatan nanopartikel seng oksida umumnya menggunakan bahan baku
senyawa kimia, padahal bahan kimia tersebut masih impor, seperti terlihat pada
Tabel 2 tentang data realisasi impor seng oksida tahun 2009 – 2013. Seng oksida
sebagai bahan baku pembuatan nano seng oksida masih impor, sehingga biaya
pembuatan nano seng oksida menjadi mahal. Potensi bahan yang mengandung
seng banyak terdapat didalam negeri, diantaranya adalah seng dross. Seng dross
dapat diolah menjadi senyawa garam seng yang dapat digunakan sebagai bahan
untuk pembuatan nano seng oksida.Teknologi sintesa nano partikel dapat merubah
logam seng menjadi partikel dalam ukuran kecil atau dalam ukuran nanometer,
dimana dalam ukuran nanometer logam seng tersebut akan mempunyai sifat
karakteristik tersendiri. Logam seng yang dibuat dalam ukuran nanometer
biasanya dalam bentuk nano seng oksida. Aplikasi penggunaan nano seng oksida
pada industri, diantaranya sebagai tinta nanopartikel untuk pengaman dokumen
4
rahasia dan uang kertas, sebagai antimikroba untuk bahan baku pembuatan semen
gigi, sebagai tabir surya untuk kosmetik dan dapat juga digunakan sebagai
fotokatalitik untuk material film penahan cahaya matahari atau penahan panas
(Rohman et al. 2012). Berdasarkan banyaknya kegunaan dari nano seng oksida
tersebut, terdapat beberapa penelitian tentang nano seng oksida, diantaranya
adalah penggunaan seng oksida nanopartikel untuk menghasilkan tekstil
antimikroba (Rajendran et al. 2010), anti ultraviolet pada BSA (Cao et al. 2010),
kemasan nanokomposit mengandung perak dan seng oksida untuk inactivasi
Lactobacillus plantarum pada jus jeruk (Emamnifar et al. 2011), UV-stabilizer
untuk lapisan aromatik polyurethane (Rashvand et al. 2011), kinetik isothermal,
morfologi dan sifat mekanik pada karet (Akhlagi et al. 2011), fotobioremediasi
logam berat ( Banerje et al. 2012).
Nanoteknologi memiliki potensi dapat meningkatkan nilai tambah produk
industri pangan, diantaranya pada pemrosesan pangan, produk pangan,
pengawasan pangan, kemasan pangan. Salah satu aplikasi nanoteknologi adalah
nanomaterial untuk bahan kemasan. Nanomaterial terdiri dari bahan komposit dan
nanopartikel, nanopartikel dapat berfungsi meningkatkan sifat-sifat mekanis,
lebih ringan, meningkatkan daya tahan terhadap bahan kimia dan panas serta
merubah interaksinya dengan sinar dan radiasi lain serta mencegah kontaminasi
mikroba (Winarno 2009).
Nanopartikel yang biasa digunakan dalam material nano komposit kemasan
adalah perak oksida, seng oksida dan magnesium oksida. Nanopartikel perak
oksida sudah banyak digunakan pada kemasan pangan, tapi harganya cukup mahal.
Nanopartikel seng oksida juga efektif dalam menghancurkan mikroorganisme,
harganya jauh lebih murah untuk diproduksi dibandingkan dengan nanopartikel
perak (Winarno 2010). Keuntungan utama kemasan yang mengandung
nanopartikel logam oksida tersebut adalah dapat bersifat seperti halnya bahan
yang mengandung antiseptik, yaitu berfungsi untuk mematikan mikroorganisme
(kapang, jamur dan bakteri) secara langsung pada saat mikroba kontak dengan
bahan kemasan. Penggunaan bahan kemasan bersifat antimikroba diprediksi akan
semakin meningkat dimasa depan, terutama untuk bidang pangan, kesehatan,
farmasi dan kosmetik. Kemasan yang mengandung nano seng oksida dapat
berfungsi sebagai antimikroba. Berdasarkan peraturan Kepala Badan Pengawasan
Obat dan Makanan Republik Indonesia. Nomor : HK 00.05.55.6497,
menunjukkan bahwa senyawa seng diperbolehkan penggunaannya pada bahan
tambahan untuk kemasan pangan. Kemasan antimikroba merupakan kemasan
yang mengandung bahan aktif antimikroba, mempunyai fungsi untuk
meminimalkan pertumbuhan mikroorganisme didalam kemasan untuk
memperpanjang umur simpan produk dan meningkatkan keamanan kemasan.
Kemasan antimikroba dapat diaplikasikan pada kemasan pangan dan
kemasan non pangan. Aplikasi kemasan antimikroba untuk kemasan pangan
diantaranya adalah kemasan untuk daging segar. Daging merupakan sumber
protein dan lemak yang sangat dibutuhkan oleh tubuh manusia, namun daging
mempunyai sifat yang cepat membusuk, dikarenakan pertumbuhan
mikroorganisme, sehingga dibutuhkan kemasan antimikroba yang dapat
meningkatkan umur simpan daging. Kemasan antimikroba akan meningkat
penggunaannya dimasa yang akan datang, ini dikarenakan peranan bahan
pengawet produk yang bertujuan untuk menjaga kualitas produk agar mempunyai
5
umur simpan yang cukup lama, mempunyai dampak yang dapat menimbulkan
penyakit pada konsumen. Dengan adanya kemasan antimikroba maka produk
yang dikemas akan mempunyai umur simpan yang lama, tetapi produk tetap
mempunyai kualitas yang baik, tanpa menggunakan bahan pengawet.
Tabel 2 Data realisasi impor seng oksida tahun 2009 – 2013 ( Nilai US $)
Negara
Taiwan
Korea
Mexico
India
China
Thailand
Vietnam
Turki
Jepang
Jerman
Singapore
Amerika serikat
Australia
Malaysia
Inggris
Hongkong
Finlandia
Republik Czech
Francis
Afrika selatan
Denmark
Philipines
New Zealand
Belanda
Italia
2009
1.960.593
1,699,154
1.030.317
1.587.867
657.867
1.302.380
5.900
0
289.754
11.927
131.940
160.188
0
136.423
0
0
0
728
366
208.215
0
0
43.526
2.223
33.915
2010
2.874.169
2.779.292
815.845
3.018.375
3.178.699
1.081.918
23.384
114.977
527.591
62.569
112.436
127.520
0
250.454
0
13.622
0
0
0
0
0
0
29.608
0
48.200
2011
3.801.732
3.373.038
0
4.083.711
3.772.664
14.354
29.074
336.698
635.021
63.599
75.111
177.209
2.555
291.834
0
650.872
7.560
0
0
0
0
56
50.653
0
13.600
2012
4.509.147
2.772.704
666.349
4.036.725
3.666.619
0
247.562
255.280
740.360
246.062
9.845
190.027
456
218.572
116
13.225
0
0
240.286
0
136.500
0
43.954
0
0
Sumber : BPS diolah Pusdatin Kementerian Perdagangan (2014)
2013
4.843.641
3.374.406
1.319.596
1.631.789
3.800.477
2.723
694.500
260.815
428.876
134.268
1.202
30.801
0
151.901
0
1.573
0
0
209.249
0
0
0
15.068
0
22.731
Meningkatnya kebutuhan akan bahan kemasan akan mempunyai dampak
terhadap lingkungan, ini dikarenakan bahan kemasan plastik tidak dapat terurai
secara cepat oleh lingkungan. Pengguna kemasan plastik di Indonesia pada tahun
2010, yaitu polipropilene (34 %), polietilene (29 %), polietilene tereptalat (15 %),
polivinil carbonat (12 %), polistirena (5 %) dan plastik jenis lainnya adalah 5 %
(Budiyono 2010). Produksi limbah plastik di DKI Jakarta pada tahun 2010
mencapai 523,6 ton/hari (Dinas Kebersihan DKI Jakarta, 2011). Berdasarkan
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 81 tahun 2012 tentang
pengelolaan sampah rumah tangga dan sampah sejenis sampah rumah tangga, pada
pasal 12 tentang pengelolaan sampah menyatakan produsen wajib melakukan
pembatasan timbulnya sampah dengan (a) menyusun rencana dan program
pembatasan timbulnya sampah sebagai bagian dari usaha dan kegiatan. (b)
menghasilkan produk dengan menggunakan kemasan yang mudah diurai oleh
proses alam dan yang menimbulkan sampah sesedikit mungkin. Selain itu
kesadaran masyarakat akan kelestarian lingkungan dan dampak sampah plastik
6
terhadap lingkungan, maka masyarakat membutuhkan bahan kemasan plastik yang
ramah lingkungan.
Plastik ramah lingkungan dapat dibuat dari biopolimer, contohnya pati
tumbuh-tumbuhan, misalnya pati tapioka. Indonesia merupakan negara penghasil
singkong atau pati tapioka, berdasarkan data BPS tahun 2011 menunjukkan
produksi tapioka adalah 4 -5 juta ton pertahun. Indonesia merupakan negara ketiga
penghasil singkong terbesar didunia setelah Brasil dan Thailand. Potensi
pengembangan singkong di Indonesia cukup besar mengingat lahan yang tersedia
masih cukup luas terutama lahan di dataran rendah dan dataran tinggi disekitar
hutan. Daerah - daerah penghasil singkong diantaranya adalah : Jawa timur, Jawa
tengah, Lampung, Sumatera Selatan, Sulawesi tenggara, Maluku dan Yogyakarta.
Pemanfaatan singkong terdiri dari 65% untuk pangan, 20% untuk pakan ternak dan
15 % untuk bahan baku industri. Produk industri turunan dari singkong pada saat
ini terintegrasi dengan industri tepung tapioka, jadi perlu dikembangkan industri
hilirnya lagi yang menghasilkan produk dengan nilai ekonomi lebih atau memilki
nilai tambah yang tinggi, misalnya menghasilkan produk-produk bahan kemasan,
bahan bakar dan bahan kimia (Atmawinata et al. 2011).
Plastik dengan bahan dasar biopolimer mempunyai beberapa keuntungan
seperti: ketersediaannya melimpah, terbarukan, biodegradabel, ringan dan kuat.
Bionanokomposit merupakan bahan kemasan yang menggunakan biopolimer dan
salah satu komponennya mempunyai ukuran nanopartikel, yang bertujuan untuk
mendapatkan material baru dan fungsional. Penggunaan bionanokomposit
diharapkan mampu mengurangi limbah plastik pada lingkungan.
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan rekayasa proses sintesa nano seng
oksida dari hasil samping industri galvanis sebagai bionanokomposit kemasan
antimikroba.
Perumusan Masalah
Industri galvanis sistim hot-dip menghasilkan hasil samping berupa seng
dross. Pada saat ini seng dross belum dimanfaatkan secara maksimal. Padahal
banyak kebutuhan masyarakat yang membutuhkan unsur seng, diantaranya adalah
untuk pembuatan nano seng oksida. Proses nano seng oksida dapat dibuat dengan
menggunakan nanoteknologi, baik secara proses kimia maupun proses fisika.
Dalam memanfaatkan seng yang berasal dari seng dross, maka proses yang
digunakan adalah proses kimia. Proses pengambilan seng dari seng dross dengan
melakukan proses hidrometalurgi, sehingga akan menghasilkan seng asetat. seng
asetat dapat berfungsi sebagai precursor dalam proses sintesa nano seng oksida,
untuk mendapatkan partikel nano seng oksida yang dapat memenuhi ukuran
nanopatikel, maka proses sintesa nano seng oksida dilakukan dengan metoda
tertentu. Nano partikel seng oksida mempunyai sifat antimikroba, maka nano seng
oksida dapat dimanfaatkan sebagai nanokomposit yang bersifat antimikroba.
Dalam memenuhi berbagai kebutuhan masyarakat dibidang kemasan, dimana
tujuan kemasan adalah untuk memperpanjang umur simpan suatu produk dan
melindungi produk, maka kebutuhan kemasan terus meningkat dan jenis kemasan
juga bervariasi, sesuai dengan tujuan kemasan produk tersebut, diantaranya adalah
kemasan antimikroba. Proses pembuatan komposit untuk kemasan, diantaranya
adalah menggunakan matriks berbahan polimer, agar kemasan bersifat ramah
7
lingkungan, maka polimer yang digunakan adalah polimer bersifat alami,
sehingga akan menghasilkan bahan kemasan harus bersifat biorenewable dan
biodegradable.
Pemanfaatan hasil samping industri galvanis berupa seng dross,
memerlukan beberapa penelitian sebagai berikut:
(1). Melakukan proses ekstraksi seng dross dengan menggunakan asam asetat.
(2). Merekayasa sintesa proses nano seng oksida untuk mendapatkan seng oksida
yang berukuran nanopartikel.
(3). Pengembangan pembuatan bionanokomposit dengan menggunakan nano seng
oksida .
(4). Aplikasi penggunaan bionanokomposit pada kemasan antimikroba.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan kondisi proses ekstraksi seng asetat dari seng dross
2. Mendapatkan metode dan kondisi proses sintesa nano seng oksida
menggunakan seng asetat sebagai precursor.
3. Mendapatkan Komposisi bionanokomposit dengan menggunakan nano seng
oksida.
4. Mendapatkan Komposisi bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian rekayasa proses nano seng oksida dari hasil
samping industri galvanis untuk bionanokomposit kemasan antimikroba, meliputi
beberapa penelitian :
1. Proses ekstraksi seng asetat dari seng dross .
2. Rekayasa proses sintesa nanopartikel seng oksida dengan precursor seng
asetat. Metode yang digunakan adalah proses sol-gel - sonokimia kalsinasi.
3. Pengembangan bionanokomposit dengan menggunakan bahan aditif nano
seng oksida dari hasil samping industri galvanis.
4. Aplikasi bionanokomposit mengandung nano seng oksida sebagai
kemasan antimikroba untuk produk daging.
Nilai Kebaruan Penelitian
Nilai kebaruan penelitian ini terletak pada:
1. Pemanfaatan hasil samping industri galvanis dalam bentuk seng dross
menjadi seng asetat sebagai precusor.
2. Rekayasa proses sintesa nano seng oksida dari hasil samping industri
galvanis menjadi nano seng oksida untuk kemasan pangan.
3. Pengembangan bionanokomposit menggunakan nano seng oksida dari
hasil samping industri galvanis.
4. Bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba untuk kemasan daging
yang mengandung nano seng oksida dari hasil samping industri galvanis.
8
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat bagi industri galvanis dalam rangka melaksanakan
produksi bersih. Penelitian ini bermanfaat bagi industri kemasan sebagai bahan
kemasan yang ramah lingkungan dan bersifat antimikroba. Penelitian ini
bermanfaat bagi industri agro dapat meningkatkan nilai tambah produk
agroindustri. Dan diharapkan juga, penelitian ini bermanfaat untuk para peneliti
dan perekayasa dilingkungan universitas dan litbang untuk mengembangkan
pemanfaatan hasil samping industri dengan menggunakan nanoteknologi dalam
memenuhi kebutuhan masyarakat.
9
METODOLOGI PENELITIAN
Kerangka Pemikiran
Industri galvanis dalam melakukan program produksi bersih dengan cara
memanfaatkan hasil samping industri. Meningkatnya kebutuhan masyarakat akan
produk dari industri galvanis, maka akan meningkatkan juga hasil samping
industri berupa limbah industri galvanis. Pada industri galvanis sistim hot dip,
seng merupakan bahan pelapis untuk besi. Bahan pelapis berupa seng konsentrat
dalam bentuk balok yang dipanaskan pada suhu 435o C – 450o C, hingga mencair
dan dapat melapisi besi. Setelah proses pelapisan, maka seng yang tersisa akan
mengapung, dan harus dikeluarkan dari tempat proses pelapisan. Hasil samping
ini disebut seng dross. Hasil samping yang dihasilkan berupa padatan dan
potensinya cukup banyak
Pemanfaatan hasil samping industri galvanis bertujuan untuk meningkatkan
nilai tambah hasil samping industri galvanis tersebut. Pada proses peningkatan
nilai tambah, perlu diidentifikasi jenis dan komposisi, sehingga akan diperoleh
metode pemanfaatan yang terbaik. Penelitian tentang peningkatan nilai tambah
seng dross belum banyak dikaji oleh peneliti. Penelitian terdahulu yang telah
dilakukan adalah pemanfaatan hasil samping industri galvanis berupa seng dross
dengan sistem amoniacal ammonium chloride (NH3-NH4Cl) (Huajun et al. 2008),
seng dross dengan asam sulfat ( Barakat 1999), seng dross dengan asam asetat dan
asam sulfat ( Rabah et al. 1995).
Hasil samping industri galvanis jenis seng dross mempunyai kadar seng
yang cukup tinggi, menurut Maaβ et al. (2011) sebesar 90% - 98%.
Nanoteknologi diharapkan dapat memanfaatkan potensi kadar seng ini, sehingga
dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan nano seng oksida, yang pada saat
ini pembuatan nano seng oksida dari bahan kimia komersil. Pada penelitian ini,
pemanfaatan seng dross dengan menggunakan asam asetat glasial, bertujuan untuk
mendapatkan seng asetat yang akan digunakan sebagai precursor untuk proses
sintesa nano seng oksida. Nanoteknologi merupakan proses yang bertujuan untuk
mendapatkan material yang berukuran nanometer. Proses nanoteknologi dapat
dilakukan dengan 2 metode, yaitu dengan metode top-down dan metode bottomup. Metode top-down merupakan metode dengan menggunakan proses fisika,
sedangkan metode bottom-up merupakan metode yang menggunakan proses kimia.
Pada penelitian ini diharapkan mendapatkan seng oksida yang berukuran nano
partikel, sehingga dibutuhkan rekayasa proses sintesa nano seng oksida. Metode
yang digunakan adalah metode secara bottom-up, yaitu dengan menggunakan
seng asetat hasil dari ekstraksi seng dross sebagai sumber dari kandungan seng
yang diperlukan dalam pembentukan nano seng oksida.
Nano seng oksida mempunyai sifat antimikroba. Sifat antimikroba dapat
dimanfaatkan sebagai bahan kemasan, sehingga akan menghasilkan kemasan
antimikroba. Bahan kemasan kebanyakan menggunakan bahan polimer sintetis,
padahal bahan polimer sintetis mempunyai kelemahan, yaitu sulit untuk
terdegradasi oleh lingkungan. Untuk mengatasi permasalahan lingkungan tersebut,
maka diperlukan bahan yang dapat mudah terdegradasi oleh lingkungan, yaitu
bahan kemasan yang terbuat dari polimer alami. Indonesia merupakan negara
10
yang berpotensi menghasilkan bahan polimer alami, diantaranya tanaman
singkong yang menghasilkan pati tapioka. Sehingga Indonesia berpotensi untuk
pengembangan bahan yang menggunakan polimer alami, misalnya bahan kemasan.
Bahan kemasan yang menggunakan polimer alami dan nano seng oksida, akan
terbentuk bahan kemasan yang berupa bionanokomposit. Bahan ini bersifat ramah
lingkungan dan berfungsi sebagai antimikroba.
Penelitian ini bermanfaat bagi industri dalam penanganan lingkungan
melalui program pemanfaatan hasil samping industri dan dapat bermanfaat juga
bagi masyarakat, baik secara ekonomi maupun secara sosial. Diagram kerangka
pemikiran dari penelitian ini secara keseluruhan “Rekayasa proses sintesa nano
seng oksida dari hasil samping industri galvanis sebagai bionanokomposit
kemasan antimikroba “ dapat dilihat pada Gambar 1.
Menganalisis pemanfaatan
hasil samping iIndustri
galvanis
- Dampak
terhadap
lingkungan
- Kuantitas
Mengembangkan potensi
pemanfaatan hasil samping
industri galvanis
- Pustaka
- Tujuan
Peneliti
Menganalisis Teknologi
dalam pemanfaatan hasil
samping dan penangananan
lingkungan
a
Diagnosis
kelayakan
pemanfaatan
hasil samping
(input)
Mengekstrak seng dross dan
melakukan proses sintesa nano
seng oksida serta membuat
bionanokomposit untuk
kemasan antimikroba yang
ramah lingkungan
(Proses)
Merekayasa proses sintesa nano
seng oksida dari hasil samping
industri galvanis sebagai
bionanokomposit kemasan
antimikroba
Gambar 1. Kerangka Pemikiran Penelitian
Nilai tambah
hasil samping
industri
Fasilitas
(alat, bahan,
metode)
Perkirakan
kinerja
pemanfaatan
hasil samping
(Output)
11
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dalam beberapa tahap penelitian utama yang
dilaksanakan secara berurutan. Tahapan penelitian ini adalah sebagai berikut :
Penelitian pendahuluan terdiri dari dua tahapan, yaitu 1) analisis komponen
bahan baku seng dross. 2) Pengecilan ukuran bahan baku.
Penelitian tahap pertama adalah proses ekstraksi seng dross dengan asam
asetat glasial, bertujuan untuk mendapatkan seng asetat dengan kondisi proses
yang optimum, metode yang digunakan merupakan modifikasi dari metode
Barakat et al (1999). Faktor yang dapat mempengaruhi proses ekstraksi adalah
suhu, waktu dan konsentrasi pelarut. Suhu yang ditetapkan adalah (130o C, 150o C
dan 170o C), waktu (1 jam, 2 jam dan 3 jam) dan konsentrasi asam asetat glasial
(20%, 40% dan 60%). Analisis yang dilakukan untuk mendapatkan seng asetat
yang terpilih adalah rendemen, kadar seng, kristal dan kelarutan.
Penelitian tahap kedua adalah proses sintesa nano seng oksida yang
bertujuan, untuk mendapatkan nano seng oksida dengan menggunakan metode
sol-gel, sonokimia dan kalsinasi dengan kondisi proses yang optimum. Faktor
yang mempengaruhi pada proses sonokimia adalah waktu sonikasi dan faktor
yang mempengaruhi pada proses sol-gel adalah pH. Pada proses ini ditetapkan
waktu sonikasi adalah 45 menit, 60 menit dan 75 menit dan pH adalah 8, 10, 12.
Analisis yang dilakukan untuk mendapatkan nano seng oksida yang terpilih
adalah rendemen, komposisi, ukuran partikel, struktur kristal dan morfologi.
Penelitian tahap ketiga adalah pengembangan bionanokomposit, bertujuan
untuk mendapatkan formulasi bionanokomposit dengan menggunakan nano seng
oksida. Faktor yang mempengaruhi dalam pembentukan bionanokomposit adalah
polimer sintetis yang digunakan dan bahan aditif yang ditambahkan. Sehingga
pada proses ini ditetapkan konsentrasi polivinil alkohol (0,5%, 1,0% dan 1,5%)
dan konsentrasi nano seng oksida (0,05%, 0,10% dan 0,15%). Analisis yang
dilakukan untuk mendapatkan bionanokomposit yang terpilih adalah sifat
mekanis, morfologi dan biodegradasi.
Penelitian tahap keempat adalah penggunaan bionanokomposit kemasan
antimikroba, bertujuan untuk mendapatkan formulasi bionanokomposit sebagai
kemasan antimikroba untuk daging. Faktor yang mempengaruhi adalah jumlah
bahan aditif sebagai antimikroba yang digunakan dan lama waktu penyimpanan.
Pada proses ini ditetapkan konsentrasi nano seng oksida ( 0%, 1%, 2%, 3% dan
4%) dan waktu penyimpanan (2 hari, 4 hari, 6 hari dan 8 hari). Analisis yang
dilakukan untuk mendapatkan bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba
adalah sifat mekanis, antimikroba, pH, warna, bau dan pertumbuhan mikroba.
Pemanfaatan nano seng oksida
HASIL SAMPING INDUSTRI GALVANIS SEBAGAI
BIONANOKOMPOSIT UNTUK KEMASAN ANTIMIKROBA
SITI AGUSTINA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul rekayasa proses
sintesa nano seng oksida dari hasil samping industri galvanis sebagai
bionanokomposit untuk kemasan antimikroba adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2015
Siti Agustina
NIM F 361100031
RINGKASAN
SITI AGUSTINA. Rekayasa proses sintesa nano seng oksida dari hasil samping
industri galvanis sebagai bionanokomposit untuk kemasan antimikroba.
Dibimbing oleh NASTITI SISWI INDRASTI, SUPRIHATIN dan NURUL
TAUFIQU ROCHMAN.
Industri galvanis semakin berkembang seiring dengan meningkatnya
kebutuhan masyarakat akan produk industri berbahan baku logam. Umumnya
industri galvanis melibatkan proses pelapisan yang bertujuan untuk mencegah
terjadinya korosi, logam pelapis yang biasa digunakan adalah logam seng.
Industri ini menghasilkan hasil samping berupa seng dross, dimana seng dross
mengandung kadar seng 96,57%. Pemanfaatan seng dross dapat menggunakan
metode hidrometalurgi dengan proses ekstraksi asam asetat glasial akan
menghasilkan seng asetat yang dapat berfungsi sebagai precursor. Salah satu
material yang banyak digunakan dalam aplikasi nanoteknologi adalah nano seng
oksida. Pada proses sintesa nano seng oksida, seng asetat dapat digunakan sebagai
precursor. Partikel nano seng oksida dapat berfungsi sebagai antimikroba.
Nanopartikel seng oksida dapat digunakan sebagai aditif yang berfungsi
sebagai antimikroba pada kemasan, sehingga akan meningkatkan umur simpan
produk lebih lama, tanpa menggunakan pengawet pada produk. Bahan kemasan
yang digunakan merupakan polimer alami yang bersifat ramah lingkungan, yaitu
berupa bionanokomposit. Bahan ini dapat terdegradasi, sehingga aman terhadap
lingkungan.
Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan kondisi proses ekstraksi seng
asetat dari seng dross, mendapatkan metode dan kondisi proses sintesa nano seng
oksida, sehingga akan menghasilkan seng oksida yang berukuran nano partikel
dan mendapatkan formulasi bionanokomposit yang mengandung nano seng oksida
serta mendapatkan formulasi bionanokomposit kemasan antimikroba.
Penelitian ini mempunyai beberapa tahapan, yaitu (1) Proses ekstraksi
seng dross menjadi seng asetat. Pada proses ini menggunakan 3 variabel
penelitian, yaitu suhu ( 130o C, 150o C dan 170o C), konsentrasi asam asetat (20%,
40% dan 60%), serta waktu proses (1 jam, 2 jam dan 3 jam). (2) Proses sintesa
nano seng oksida, metoda yang digunakan adalah gabungan metoda sol-gel,
sonokimia dan kalsinasi. Variabel yang digunakan adalah pH ( 8, 10 dan 12),
waktu sonikasi (45 menit, 60 menit dan 75 menit). (3) Proses pembuatan
bionanokomposit, variabel yang digunakan adalah konsentrasi polivinil alkohol
(0,5%, 1% dan 1,5%), nano seng oksida ( 0,05%, 0,10% dan 0,15%). Pada proses
aplikasi nano seng oksida berfungsi sebagai antimikroba pada kemasan daging
segar, menggunakan variabel konsentrasi nanopartikel seng oksida (0%, 1%, 2%,
3% dan 4%), waktu penyimpanan (2 hari, 4 hari, 6 hari dan 8 hari).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimum pada proses
ekstraksi seng dross dan asam asetat glasial adalah suhu 130o C, konsentrasi asam
asetat 60% dan waktu proses selama 1 jam. Akan menghasilkan seng asetat yang
mempunyai kadar seng sebesar 75,39% dan kelarutan 99%. Pada proses sintesa
nano seng oksida mempunyai kondisi optimum adalah pH 10 dan waktu sonikasi
60 menit. Menghasilkan nano partikel seng oksida yang mempunyai ukuran 120
nm, berukuran nanorod dan bentuk homogen serta teratur, mengandung senyawa
seng sebesar 87,31%. Pada proses pengembangan bionanokomposit hasil yang
optimum adalah pada konsentrasi polivinil alkohol 1,0% dan konsentrasi nano
seng oksida 0,10%, dan pada aplikasi bionanokomposit sebagai kemasan
antimikroba mempunyai kondisi optimum yaitu pada konsentrasi nano seng
oksida 2% dan waktu penyimpanan selama 8 hari. Bionanokomposit kemasan
antimikroba mempunyai komposisi terbaik adalah tapioka : karagenan : gliserol:
polivinil alkohol : nano seng oksida = 5 : 1 : 1 : 1 : 1 : 2. Aplikasi penyimpanan
produk daging segar dengan menggunakan bionanokomposit antimikroba selama
8 hari, pada suhu 9o C, dengan analisa organoleptik terdiri dari bau dan warna
daging menunjukkan tetap baik. Dan pH menunjukkan peningkatan, sehingga
bakteri E Coli tidak dapat berkembang.
Kata kunci : seng dross, nano seng oksida, bionanokomposit, antimikroba
SUMMARY
SITI AGUSTINA. A process design of nano zinc oxide synthesis from galvanis
industry byproduct at bionanocomposite for antimicrobial packaging. Advised by
NASTITI SISWI INDRASTI, SUPRIHATIN
dan
NURUL TAUFIQU
ROCHMAN.
Galvanizing industry is an developer where fulfill metal-based product
requirement in the society. Generally, galvanizing industry is involving plating
process to avoid corrosion, with zinc is the metal commonly used for the purpose.
This industry produces seng dross as byproduct that still contains zinc of 96.57%.
Seng dross could be utilized using hydrometallugical method with glacial acetic
acid extraction which would produce zinc acetate that could act as precursor. One
of the materials commonly used in nanotechnology is nano zinc oxide. Zinc oxide
nano particle is having antimicrobial properties.
Zinc oxide nano particle could be used as additive that has antimicrobial
effect of packaging, to prolong shelf life of product without addition of
preservatives. Packaging material used is natural polymer of bionanocomposite.
This material could be degraded and safe for the environment.
The aims of this research are to obtain zinc acetate extraction process from
zinc dross, obtaining method and process condition of zinc oxide nano particle
synthesis, to produce nano particle of zinc oxide, to obtain the formulation of
bionanocomposite containing zinc oxide, and to obtain the formulation of
bionanocomposite antimicrobial packaging.
This research was conducted in several stages, namely: (1) Zinc dross
extraction into zinc acetate. Three variables were used in this process, namely
temperature (130o C, 150o C,and 170o C), acetic acid concentration (20%, 40% and
60%), and processing time (1, 2, and 3 hours). (2) Nano zinc oxide synthesis,
using combined method of sol-gel,sonochemistry and calcination. Variables used
were pH (8, 10, and 12), sonication time (45, 60, and 75 minutes). (3)
Bionanocomposite production process. Variables used were polyvinyl alcohol
concentration (0.5%, 1%, and 1.5%) and nano zinc oxide (0.05%, 0.10% and
0.15%). In application test, nano zinc oxide acts as antimicrobial compound on
fresh meat packaging, using variables of zinc oxide nanoparticles (0%, 1%, 2%,
3% and 4%), and storage time (2, 4, 6, and 8 days)
Results show that optimum condition of seng dross extraction on glacial
acetic acid was at 130o C, acetic acid concentration 60% and processing time of 1
hour. This condition gives zinc acetate with zinc content of 75.39% and solubility
of 99%. Optimum process condition of nano zinc oxide production was pH 10 and
sonication time of 60 minutes. This condition produces zinc oxide nano particle
with size of 120 nm, nanorod shapes, regular and homogenous, and containing
zinc 87.31%. Optimum condition of bionanocomposite development was at
polyvinyl alcohol concentration of 1.0%, and nano zinc oxide concentration of
0.10%. On application of bionanocomposite as antimicrobial packaging the
optimum condition was nano zinc oxide concentration of 2% and storage time of 8
days. Antimicrobial bionanocompositepackaging material composition is found on
the ration of tapioca : carrageenan : glycerol : polyvinyl alcohol : nano zinc oxide
is 5 : 1 : 1 : 1 : 1 : 2. Application of antimicrobial bionanocomposite packaging
material for fresh meat show that after 8 days in temperature of 9o C, the aroma
and color organoleptic properties was maintain at good quality. Increase in pH
was observed, therefore no E. coli bacteria was growing.
Kata kunci : zinc dross, nano zinc oxide, bionanocomposite, antimicrobial
Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
REKAYASA PROSES SINTESA NANO SENG OKSIDA DARI
HASIL SAMPING INDUSTRI GALVANIS SEBAGAI
BIONANOKOMPOSIT UNTUK KEMASAN ANTIMIKROBA
SITI AGUSTINA
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji pada Ujian Tertutup: 1. Dr. Akhiruddin Maddu S.Si. MSi
2. Ir. Ngakan Timur Antara, Ph.D.
Penguji pada Ujian Terbuka: 1. Dr. Akhiruddin Maddu S.Si. MSi
2. Dr. Muchlasin. MM
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa dimana
pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan disertasi penelitian yang berjudul
rekayasa proses sintesa nano seng oksida dari hasil samping industri galvanis
sebagai bionanokomposit kemasan antimikroba. Penelitian ini secara umum
bertujuan untuk mendapatkan kondisi proses sintesa nano seng oksida dari
hasil samping industri galvanis dan memperoleh bionanokomposit kemasan
antimikroba serta meningkatkan nilai tambah seng dross.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan kepada Prof. Dr. Ir.
Nastiti Siswi Indrasti selaku Ketua Komisi Pembimbing, Prof. Dr. Ir.
Suprihatin, Dipl. Eng dan Dr. Ir. Nurul Taufiqu Rochman, M.Eng selaku
Anggota Komisi Pembimbing, atas bantuan dan bimbingannya selama
penelitian dan penyusunan disertasi penelitian. Penulis juga menyampaikan
terima kasih kepada Dr. Akhiruddin Maddu S.Si. MSi dan Ir. Ngakan Timur
Antara, Ph.D serta Dr. Muchlasin. MM atas kesediaanya selaku dosen penguji
luar komisi serta memberikan masukan dan saran perbaikan untuk
kesempurnaan disertasi ini
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Ketua dan Sekretaris Program
Studi Teknologi Industri Pertanian, Dekan Fakultas Teknologi Pertanian dan
Sekolah Pascasarjana IPB yang telah banyak membantu dalam kelancaran studi
S3 di IPB. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Bapak Dr. Haris
Munandar. N, MA. Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Industri,
Kementrian Perindustrian, atas beasiswa yang diberikan kepada penulis untuk
melanjutkan studi pada program doktor pascasarjana Institut Pertanian Bogor
dan Bapak Ir. Umar Habson, MM. Kepala Balai Besar Kimia dan Kemasan,
Kementrian Perindustrian, atas kesempatan dan dorongan yang diberikan untuk
lebih meningkatkan prestasi. Khusus penulis ucapkan terima kasih kepada
suami tercinta kakanda Sobirin Ratujaya dan ananda tersayang Tito, Tita dan
Tiara atas dukungan, do’a dan pengertiannya selama penulis menyelesaikan
studi dan juga untuk ayahanda Baharuddin Hamid (Alm) dan ibunda Resna
Fatemah atas do’a dan dan dukungannya.
Terakhir penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak pimpinan
dan staf PT Kencana Cakra Buana, yang telah memberikan bahan penelitian
dan fasilitas kepada penulis, rekan-rekan sejawat di program studi Teknologi
Industri Pertanian yang banyak memberikan bantuan hingga selesainya
disertasi ini.
Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam disertasi ini, untuk
itu penulis mengharapkan saran-sarannya demi kesempurnaan tulisan ini.
Akhir kata semoga tulisan ini berguna bagi yang membutuhkannya
Bogor,
Juli 2015
Penulis
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
i
DAFTAR TABEL
iii
DAFTAR GAMBAR
iii
DAFTAR LAMPIRAN
v
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
6
Tujuan Penelitian
7
Ruang Lingkup Penelitian
7
Nilai Kebaruan Penelitian
7
Manfaat Penelitian
8
METODOLOGI PENELITIAN
9
Kerangka Pemikiran
9
Tahapan Penelitian
11
Metode Penelitian dan Analisis Data
13
Tempat dan Waktu
13
Ekstraksi Seng Asetat dari Seng Dross
13
Bahan dan Alat
13
Metode Penelitian
13
Rancangan Percobaan
15
Rekayasa Proses Sintesa Nano Seng Oksida Menggunakan Seng Asetat 15
Bahan dan Alat
15
Metode Penelitian
15
Tahap Proses Sintesa Nano Seng Oksida.
16
Tahap Karakterisasi Nano Seng Oksida.
17
Rancangan Percobaan
17
Pengembangan Bionanokomposit Nano Seng Oksida
17
Bahan dan Alat
17
Metode Penelitian
18
Rancangan Percobaan
19
Penggunaan Bionanokomposit Kemasan Antimikroba
20
Bahan dan Alat
20
Metode Penelitian
20
Rancangan Percobaan pada Bionanokomposit
22
Rancangan Percobaan Bionanokomposit sebagai Kemasan Daging segar
22
HASIL DAN PEMBAHASAN
24
Ekstraksi seng Asetat dari Seng dross
24
Karakteristik hasil samping industri galvanis
24
Kadar Seng dalam Seng Asetat
26
Rendemen Seng Asetat
34
Kelarutan Seng Asetat
37
Identifikasi Kristal Seng Asetat
37
Rekayasa Proses Sintesa Nano Seng Oksida Menggunakan Seng Asetat 39
Rekayasa Proses Sintesa Nano Seng Oksida
39
Struktur Kristal Nanopartikel Seng Oksida.
Komposisi Senyawa Nanopartikel Seng Oksida
Morfologi Nanopartikel Seng Oksida
Ukuran Nanopartikel Seng Oksida
Rendemen Nanopartikel Seng Oksida
Pengembangan Bionanokomposit Nano Seng Oksida
Desain Proses Bionanokomposit sebagai Material Ramah Lingkungan
Sifat Mekanis Film Bionanokomposit
Morfologi Film Bionanokomposit
Biodegradibilitas Film Bionanokomposit
Penggunaan Bionanokomposit Kemasan Antimikroba
Bionanokomposit Nano Seng Oksida Sebagai Film Antimikroba
Sifat Mekanis Film Bionanokomposit Kemasan Antimikroba
Film bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba daging segar
Manfaat Hasil Penelitian
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
43
47
52
54
57
59
59
62
68
69
74
76
78
82
91
93
93
94
95
104
DAFTAR TABEL
1. Data realisasi ekspor bahan yang mengandung seng tahun 20092013 (Nilai US $)
2. Data realisasi impor seng oksida tahun 2009 – 2013 ( Nilai US $)
3. Karakteristik hasil samping industri galvanis sebagai seng dross
4. Bentuk seng asetat yang dihasilkan dari proses ekstraksi seng
dross
5. Hasil ekstraksi seng dan besi menggunakan jenis- jenis asam
karboksilat
6. Klasifikasi teknik sintesa nanopartikel
7. Biodegradasi bionanokomposit pada lama pemendaman 2 minggu
dan 4 minggu untuk konsentrasi polivinil alkohol dan konsentrasi
nano seng oksida
8. Polimer larut dalam air berbahan dasar sintetis
9. Polimer larut dalam air yang berbahan dasar alami
10. Jenis-jenis sistem kemasan aktif
11. Hasil analisis warna daging kemasan setelah penyimpanan
12. Hasil analisis bau daging kemasan setelah penyimpanan
13. Hasil Analisis pH daging kemasan setelah penyimpanan
2
5
24
27
33
40
71
72
72
76
84
85
86
DAFTAR GAMBAR
1. Kerangka Pemikiran Penelitian
2. Diagram alir tahapan penelitian rekayasa proses sintesa nano seng
oksida dari hasil samping industri galvanis untuk
bionanokomposit kemasan antimikroba
3. Diagram alir proses ekstraksi seng asetat dari seng dross
4. Diagram alir proses sintesa nano seng oksida dari seng asetat
5. Diagram alir proses pembuatan bionanokomposit dengan
menggunakan nano partikel seng oksida
6. Diagram alir penggunaan film bionanokomposit nano seng oksida
sebagai kemasan antimikroba
7. Hasil analisis kristal seng dross menggunakan XRD
8. Kadar seng hasil ekstraksi pada suhu 130o C dan berbagai
konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
9. Kadar seng hasil ekstraksi pada suhu 150o C dan berbagai
konsentrasi asam asetat dan waktu ekstraksi
10. Kadar seng hasil ekstraksi pada suhu 170o C dan berbagai
konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
11. Hubungan perlakuan antara konsentrasi asam asetat glasial dan
kadar seng pada berbagai suhu ekstraksi
12. Hubungan perlakuan antara waktu ekstraksi dan kadar seng pada
berbagai suhu ekstraksi
10
12
14
16
18
21
25
29
29
30
30
31
13. Rendemen seng asetat hasil ekstraksi pada suhu 130o C dan
berbagai konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
14. Rendemen seng asetat hasil ekstraksi pada suhu 150o C dan
berbagai konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
15. Rendemen seng asetat hasil ekstraksi pada suhu 170o C dan
berbagai konsentrasi asam asetat glasial dan waktu ekstraksi
16. Hubungan perlakuan antara konsentrasi asam asetat glasial dan
rendemen seng asetat pada berbagai suhu ekstraksi
17. Hubungan perlakuan antara waktu ekstraksi dan rendemen seng
asetat pada berbagai suhu ekstraksi
18. Hasil analisis kristal seng asetat hasil ekstraksi seng dross dengan
asam asetat glasial
19. Hasil Analisis kristal nanopartikel seng oksida pada pH 8 (a), pH
10 (b) pH 12 (c)
20. Hasil analisis kristal nanopartikel seng oksida pada pH 12 dan
waktu ultrasonikasi 45 menit (a), 60 menit (b) 75 menit (c).
21. Kandungan senyawa ZnO pada nanopartikel seng oksida
22. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan kandungan
ZnO pada berbagai pH
23. Kandungan senyawa Na2O pada nanopartikel seng oksida
24. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan kandungan
Na2O pada berbagai pH
25. Kandungan senyawa karbon pada nanopartikel seng oksida
26. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan kandungan
karbon pada berbagai pH
27. Hasil analisis morfologi nanopartikel seng oksida dengan
menggunakan SEM
28. Ukuran partikel nano seng oksida dengan menggunakan PSA
29. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan ukuran
partikel pada berbagai pH
30. Ukuran nano seng oksida ukuran 200 nm dengan menggunakan
TEM
31. Rendemen nanopartikel seng oksida dengan variabel pH dan
waktu ultrasonikasi
32. Hubungan perlakuan antara waktu ultrasonikasi dan rendemen
nano seng oksida pada berbagai pH
33. Hubungan antara konsentrasi polivinil alkohol dan ketebalan film
bionanokomposit pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
34. Hubungan perlakuan antara konsentrasi nano seng oksida dan
ketebalan film bionanokomposit pada berbagai konsentrasi
polivinil alkohol
35. Hubungan konsentrasi nano seng oksida dan konsentrasi polivinil
alkohol terhadap kuat tarik film bionanokomposit
36. Hubungan perlakuan antara konsentrasi nano seng oksida dan
kuat tarik film pada berbagai konsentrasi polivinil alkohol
37. Hubungan konsentrasi nano seng oksida dan konsentrasi polivinil
alkohol
terhadap
analisis
perpanjangan
putus
film
bionanokomposit
34
35
35
36
36
39
44
45
48
48
49
49
50
51
52
55
55
56
58
58
63
64
65
65
66
38. Hubungan perlakuan antara konsentrasi nano seng oksida dan
perpanjangan putus pada berbagai konsentrasi polivinil alkohol
39. Morfologi bionanokomposit dengan berbagai konsentrasi nano
seng oksida
40. Hubungan biodegradasi film bionanokomposit dan konsentrasi
polivinil alkohol pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
pemendaman selama 2 minggu
41. Hubungan biodegradasi film bionanokomposit dan konsentrasi
polivinil alkohol pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
pemendaman selama 4 minggu
42. Siklus manfaat bionanokomposit seng oksida
43. Analisis antimikroba dengan metoda zona hambat
44. Hubungan antara diameter zona hambat dan konsentrasi nano
seng oksida
45. Hubungan konsentrasi nano seng oksida terhadap ketebalan film
bionanokomposit
46. Hubungan konsentrasi nanoseng oksida terhadap kuat tarik film
bionanokomposit
47. Hubungan konsentrasi nano seng oksida terhadap perpanjangan
putus film bionanokomposit
48. Hasil analisis pertumbuhan bakteri E. coli selama penyimpanan
daging segar kemasan.
49. Hubungan perlakuan antara lama waktu penyimpanan dan
pertumbuhan bakteri pada berbagai konsentrasi nano seng oksida
67
68
70
70
74
77
77
79
80
81
88
90
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Prosedur Analisis Bahan dan Produk Penelitian
Bahan Baku Penelitian
Peralatan Proses
Hasil Penelitian
Proses Pemendaman dan Biodegradasi Bionanokomposit
Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan kadar seng
Tabel analisis ragam dan uji lanjut (Duncan) Rendemen Seng
Asetat
8. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan komposisi senyawa
ZnO
9. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan komposisi senyawa
Na2O
10. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan komposisi senyawa
karbon
11. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan ukurannano seng
oksida dengan PSA
12. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan rendemen nano seng
oksida
13. Tabel
analisis
ragam
dan
uji
lanjut
Duncan
ketebalanfilmbionanokomposit
104
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
14. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan kuat
tarikfilmbionanokomposit
15. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan perpanjangan
putusfilmbionanokomposit
16. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan degradasi film
bionanokomposit
17. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan diameter zona bening
18. Tabel
analisis
ragam
dan
uji
lanjut
Duncan
ketebalanfilmbionanokomposit kemasan
19. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan kuat tarik film
bionanokomposit kemasan
20. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan perpanjangan putus
bionanokomposit kemasan
21. Tabel analisis ragam dan uji lanjut Duncan pertumbuhan bakteri
E. Coli
118
119
120
122
123
124
125
126
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri galvanis semakin berkembang seiring dengan kebutuhan
masyarakat akan produk industri berbahan baku logam. Industri galvanis
umumnya melibatkan proses pelapisan untuk mencegah terjadinya korosi. Logam
yang biasa digunakan adalah logam seng (Sugiyarto et al. 2010). Jenis produk
industri galvanis diantaranya adalah bahan konstruksi, elektronik, alat transportasi,
dan baja ringan untuk perumahan. Industri galvanis dengan metoda hot-dip
menghasilkan produk utama berupa bahan besi yang dilapisi seng. Sektor industri
merupakan penghasil devisa negara non migas yang dapat digunakan untuk
pembangunan. Meningkatnya sektor industri akan menghasilkan dampak, baik
dampak positif maupun dampak negatif. Dampak positif diantaranya adalah
meningkatkan devisa negara, lapangan kerja dan penggunaan bahan baku lokal.
Industri juga mempunyai dampak negatif, yaitu menghasilkan hasil samping
berupa limbah industri. Pada industri galvanis dengan sistim hot-dip,
menghasilkan hasil samping berupa seng dross, abu seng dan scrap. Data dari
kementerian perindustrian menunjukkan terdapat 22 industri galvanis yang
tersebar di berbagai tempat. Pada setiap industri galvanis sistim hot-dip rata –rata
menghasilkan seng dross sebanyak 10% - 15% dari jumlah seng yang digunakan
pada proses produksi pelapisan logam (Rao 2006; Prasad 2008). Seng dross
mempunyai kandungan seng yang cukup tinggi, yaitu sebesar 90% - 98% (Maaβ
et al. 2011), sehingga selama ini seng dross dimanfaatkan sebagai bahan ekspor
ke berbagai negara, seperti terlihat pada Tabel 1 dan sebagian belum
dimanfaatkan secara maksimal. Pada penelitian ini akan memanfaatkan seng dross
sebagai seng asetat.
Dalam rangka memperkuat daya saing produk industri di tingkat global
maka makin banyak industri yang melaksanakan produksi bersih. Produksi bersih
adalah strategi pengelolaan lingkungan yang sifatnya mengarah pada pencegahan
pencemaran dan pengelolaan limbah terpadu agar dapat diterapkan pada seluruh
siklus produksi. Salah satu metode dalam penerapan produksi bersih adalah
pemanfaatan hasil samping industri. Berbagai keuntungan dapat diperoleh dari
pendekatan ini, antara lain mengurangi biaya produksi, mengurangi limbah yang
dihasilkan, dan meningkatkan produktivitas (Indrasti et al. 2009). Pemerintah
telah mengatur tentang pemanfaatan limbah industri, yaitu pada Peraturan Menteri
Lingkungan Hidup Nomor 02 tahun 2008 tentang pemanfaatan limbah bahan
berbahaya dan beracun serta Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No 18 tahun
2009, tentang pengelolaan limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) tersebut baik
untuk industri itu sendiri atau limbah tersebut diolah pihak lain. Berdasarkan
peraturan pemerintah tersebut diharapkan industri galvanis dapat memanfaatkan
hasil samping untuk menjadi produk dalam memenuhi kebutuhan masyarakat.
Senyawa seng yang dapat digunakan diantaranya, adalah seng klorida dapat
digunakan untuk pengawet kayu, seng nitrat digunakan untuk bahan baku pupuk
dan unsur hara tanaman, serta seng asetat digunakan untuk obat-obatan dan bahan
tambahan makanan (supplemen). Penelitian tentang pemanfaatan logam seng yang
telah dilakukan adalah proses dengan menggunakan tekanan tinggi (Langova et al.
2
2010), menggunakan reaktor membran elektrolisis (Ren et al. 2010), proses
hidrometalurgi dari abu furnace (Oustdakis 2010), proses hidrotermal dengan
sulfidasi pada sludge (Liang et al. 2010).
Tabel 1 Data realisasi ekspor bahan yang mengandung seng tahun 2009-2013
(Nilai US $)
Negara
2009
2010
Seng konsentrat
China
4.939.552 2.870.805
India
0
18.971
Korea selatan
770.000
0
Malaysia
4.360
0
Slag dan dross limbah industri baja
China
1.742.646 5.909.062
Malaysia
648
0
Thailand
61.536
0
Taiwan
15.445
0
Korea selatan
14.000
0
Itali
12.950
83.470
Abu & residu mengandung seng
China
0
0
Korea selatan
0
672
Singapura
0
0
Emirat Arab
0
2.853
2011
2012
2013
1.054.300
0
0
0
669.820
0
0
0
1.393.853
0
0
0
8.527.066
0
0
0
0
386.204
26.577.383
0
0
0
75.456
0
16.847.234
0
0
0
0
0
0
0
0
0
23.622
0
376
0
331.955
0
0
0
Sumber: BPS diolah oleh pusdatin kementrian perdagangan (2014).
Hasil samping industri galvanis berupa seng dross mengandung kadar seng
yang cukup tinggi, sehingga dapat dimanfaatkan untuk menjadi produk yang
inovatif dengan menggunakan nanoteknologi. Nanoteknologi merupakan
teknologi yang menggunakan skala nanometer atau satu per satu miliar meter
(nm), sehingga materialnya bersifat unik dan lebih unggul dibanding dengan skala
mikro (10-6) atau bulk. Nanomaterial disusun berdasarkan atom per-atom atau
molekul per molekul, sehingga penggunaan bahan lebih efisien. Ukuran partikel
dapat mempengaruhi sifat nanomaterial, diantaranya struktur, thermodinamika,
elektronik, spektroskop, elektomagnetik dan bahan kimia penyusun (Rao et al.
2004).
Menurut Klabunde (2001) nanoteknologi dapat mempengaruhi perubahan
pola pada bidang kehidupan, diantaranya: (1) Bidang farmasi, obat yang
berukuran nanopartikel dapat langsung mempengaruhi pertumbuhan sel kanker
dan selanjutnya obat tersebut dapat membunuh sel kanker; (2) Bidang pengobatan,
obat yang berukuran nanopartikel mempunyai luas permukaan yang lebih besar
dan mempunyai kelarutan yang tinggi, sehingga dapat cepat diserap oleh darah;
(3) Bidang penyimpanan informasi, nanopartikel yang mempunyai sifat kontrol
magnetic coervicity dan absorpsi optikal dapat menyimpan data dengan baik,
sehingga videotape dan disk akan dapat berukuran kecil; (4) Bidang alat
3
pendingin, aplikasi magnetik yang berukuran nanopartikel dapat menjaga kondisi
adiabatik dan mempengaruhi perubahan suhu. Alat pendingin akan berukuran
kecil dan tidak menggunakan Freon dan HFC, sehingga akan bersifat ramah
lingkungan; (5) Bidang komputer optikal, semikonduktor nanopartikel yang
mempunyai sifat optikal dan magnetik, dapat diaplikasikan pada industri
elektronik, sehingga akan menghasilkan komputer optikal; (6) Bidang
insulator/keramik, keramik yang mengandung nanopartikel dapat berfungsi
menggantikan material logam; (7) Bidang lingkungan, pada solar sel yang
mengandung nanopartikel dapat menghasilkan listrik dan menghasilkan gas
hidrogen. Pada proses remediasi, semikonduktor mengandung nanopartikel dapat
menghilangkan polutan dengan menggunakan proses oksidasi dan reduksi. Pada
proses penjernihan air, nanopartikel Fe dan Zn mempunyai reaktifitas yang tinggi
dapat mendegradasi polutan berupa chlorocarbon dilingkungan, sehingga dapat
digunakan sebagai membran pada penjernihan air. Pada penyerapan bahan
beracun, nano logam oksida mempunyai reaktifitas dan luas permukaan yang
besar, sehingga dapat menyerap gas asam dan bahan organik polar yang dapat
diaplikasikan sebagai adsorben; (8) Bidang katalitik, nanomaterial dapat
digunakan sebagai katalis heterogen; (9) Bidang sensor, nanopartikel dapat
digunakan sebagai sensor untuk adsorpsi berbagai jenis gas, perubahan
konduktifiti dan perubahan listrik; (10) Bidang elektrode, nano kristal logam
dapat digunakan sebagai transformer, karena mempunyai sifat coervicity rendah
dan magnetization saturation yang tinggi; (11) Bidang pengembangan polimer,
nanopartikel yang ditambahkan pada matrik polimer dapat meningkatkan sifat
komposit polimer dan meningkatkan fungsi penggunaan bahan polimer.
Pengembangan nanoteknologi menjadi pusat perhatian seluruh dunia dalam
kaitannya penerapan didunia industri. Pada saat ini terdapat beberapa produk
industri yang telah menerapkan nanoteknologi, diantaranya dibidang elektronik,
farmasi, kedokteran, konstruksi, pangan, tekstil dan keramik. Pengembangan
pengetahuan dasar rekayasa unit operasi dapat digunakan dalam pembuatan
nanomaterial secara terintegrasi, sehingga akan menghasilkan suatu produk
dengan kemurnian tinggi dan proses sintesa dengan biaya murah. Salah satu
material yang banyak digunakan dalam aplikasi nanoteknologi adalah nano seng
oksida, dikarenakan nano seng oksida mempunyai sifat fotokatalisator (Patrinov et
al. 2013), semi konduktor (Nuryetti et al. 2012), antimikroba (Silvetree et al.
2011), tabir surya (Cao et al. 2010) dan antibakteri (Gordon et al. 2011).
Pembuatan nanopartikel seng oksida umumnya menggunakan bahan baku
senyawa kimia, padahal bahan kimia tersebut masih impor, seperti terlihat pada
Tabel 2 tentang data realisasi impor seng oksida tahun 2009 – 2013. Seng oksida
sebagai bahan baku pembuatan nano seng oksida masih impor, sehingga biaya
pembuatan nano seng oksida menjadi mahal. Potensi bahan yang mengandung
seng banyak terdapat didalam negeri, diantaranya adalah seng dross. Seng dross
dapat diolah menjadi senyawa garam seng yang dapat digunakan sebagai bahan
untuk pembuatan nano seng oksida.Teknologi sintesa nano partikel dapat merubah
logam seng menjadi partikel dalam ukuran kecil atau dalam ukuran nanometer,
dimana dalam ukuran nanometer logam seng tersebut akan mempunyai sifat
karakteristik tersendiri. Logam seng yang dibuat dalam ukuran nanometer
biasanya dalam bentuk nano seng oksida. Aplikasi penggunaan nano seng oksida
pada industri, diantaranya sebagai tinta nanopartikel untuk pengaman dokumen
4
rahasia dan uang kertas, sebagai antimikroba untuk bahan baku pembuatan semen
gigi, sebagai tabir surya untuk kosmetik dan dapat juga digunakan sebagai
fotokatalitik untuk material film penahan cahaya matahari atau penahan panas
(Rohman et al. 2012). Berdasarkan banyaknya kegunaan dari nano seng oksida
tersebut, terdapat beberapa penelitian tentang nano seng oksida, diantaranya
adalah penggunaan seng oksida nanopartikel untuk menghasilkan tekstil
antimikroba (Rajendran et al. 2010), anti ultraviolet pada BSA (Cao et al. 2010),
kemasan nanokomposit mengandung perak dan seng oksida untuk inactivasi
Lactobacillus plantarum pada jus jeruk (Emamnifar et al. 2011), UV-stabilizer
untuk lapisan aromatik polyurethane (Rashvand et al. 2011), kinetik isothermal,
morfologi dan sifat mekanik pada karet (Akhlagi et al. 2011), fotobioremediasi
logam berat ( Banerje et al. 2012).
Nanoteknologi memiliki potensi dapat meningkatkan nilai tambah produk
industri pangan, diantaranya pada pemrosesan pangan, produk pangan,
pengawasan pangan, kemasan pangan. Salah satu aplikasi nanoteknologi adalah
nanomaterial untuk bahan kemasan. Nanomaterial terdiri dari bahan komposit dan
nanopartikel, nanopartikel dapat berfungsi meningkatkan sifat-sifat mekanis,
lebih ringan, meningkatkan daya tahan terhadap bahan kimia dan panas serta
merubah interaksinya dengan sinar dan radiasi lain serta mencegah kontaminasi
mikroba (Winarno 2009).
Nanopartikel yang biasa digunakan dalam material nano komposit kemasan
adalah perak oksida, seng oksida dan magnesium oksida. Nanopartikel perak
oksida sudah banyak digunakan pada kemasan pangan, tapi harganya cukup mahal.
Nanopartikel seng oksida juga efektif dalam menghancurkan mikroorganisme,
harganya jauh lebih murah untuk diproduksi dibandingkan dengan nanopartikel
perak (Winarno 2010). Keuntungan utama kemasan yang mengandung
nanopartikel logam oksida tersebut adalah dapat bersifat seperti halnya bahan
yang mengandung antiseptik, yaitu berfungsi untuk mematikan mikroorganisme
(kapang, jamur dan bakteri) secara langsung pada saat mikroba kontak dengan
bahan kemasan. Penggunaan bahan kemasan bersifat antimikroba diprediksi akan
semakin meningkat dimasa depan, terutama untuk bidang pangan, kesehatan,
farmasi dan kosmetik. Kemasan yang mengandung nano seng oksida dapat
berfungsi sebagai antimikroba. Berdasarkan peraturan Kepala Badan Pengawasan
Obat dan Makanan Republik Indonesia. Nomor : HK 00.05.55.6497,
menunjukkan bahwa senyawa seng diperbolehkan penggunaannya pada bahan
tambahan untuk kemasan pangan. Kemasan antimikroba merupakan kemasan
yang mengandung bahan aktif antimikroba, mempunyai fungsi untuk
meminimalkan pertumbuhan mikroorganisme didalam kemasan untuk
memperpanjang umur simpan produk dan meningkatkan keamanan kemasan.
Kemasan antimikroba dapat diaplikasikan pada kemasan pangan dan
kemasan non pangan. Aplikasi kemasan antimikroba untuk kemasan pangan
diantaranya adalah kemasan untuk daging segar. Daging merupakan sumber
protein dan lemak yang sangat dibutuhkan oleh tubuh manusia, namun daging
mempunyai sifat yang cepat membusuk, dikarenakan pertumbuhan
mikroorganisme, sehingga dibutuhkan kemasan antimikroba yang dapat
meningkatkan umur simpan daging. Kemasan antimikroba akan meningkat
penggunaannya dimasa yang akan datang, ini dikarenakan peranan bahan
pengawet produk yang bertujuan untuk menjaga kualitas produk agar mempunyai
5
umur simpan yang cukup lama, mempunyai dampak yang dapat menimbulkan
penyakit pada konsumen. Dengan adanya kemasan antimikroba maka produk
yang dikemas akan mempunyai umur simpan yang lama, tetapi produk tetap
mempunyai kualitas yang baik, tanpa menggunakan bahan pengawet.
Tabel 2 Data realisasi impor seng oksida tahun 2009 – 2013 ( Nilai US $)
Negara
Taiwan
Korea
Mexico
India
China
Thailand
Vietnam
Turki
Jepang
Jerman
Singapore
Amerika serikat
Australia
Malaysia
Inggris
Hongkong
Finlandia
Republik Czech
Francis
Afrika selatan
Denmark
Philipines
New Zealand
Belanda
Italia
2009
1.960.593
1,699,154
1.030.317
1.587.867
657.867
1.302.380
5.900
0
289.754
11.927
131.940
160.188
0
136.423
0
0
0
728
366
208.215
0
0
43.526
2.223
33.915
2010
2.874.169
2.779.292
815.845
3.018.375
3.178.699
1.081.918
23.384
114.977
527.591
62.569
112.436
127.520
0
250.454
0
13.622
0
0
0
0
0
0
29.608
0
48.200
2011
3.801.732
3.373.038
0
4.083.711
3.772.664
14.354
29.074
336.698
635.021
63.599
75.111
177.209
2.555
291.834
0
650.872
7.560
0
0
0
0
56
50.653
0
13.600
2012
4.509.147
2.772.704
666.349
4.036.725
3.666.619
0
247.562
255.280
740.360
246.062
9.845
190.027
456
218.572
116
13.225
0
0
240.286
0
136.500
0
43.954
0
0
Sumber : BPS diolah Pusdatin Kementerian Perdagangan (2014)
2013
4.843.641
3.374.406
1.319.596
1.631.789
3.800.477
2.723
694.500
260.815
428.876
134.268
1.202
30.801
0
151.901
0
1.573
0
0
209.249
0
0
0
15.068
0
22.731
Meningkatnya kebutuhan akan bahan kemasan akan mempunyai dampak
terhadap lingkungan, ini dikarenakan bahan kemasan plastik tidak dapat terurai
secara cepat oleh lingkungan. Pengguna kemasan plastik di Indonesia pada tahun
2010, yaitu polipropilene (34 %), polietilene (29 %), polietilene tereptalat (15 %),
polivinil carbonat (12 %), polistirena (5 %) dan plastik jenis lainnya adalah 5 %
(Budiyono 2010). Produksi limbah plastik di DKI Jakarta pada tahun 2010
mencapai 523,6 ton/hari (Dinas Kebersihan DKI Jakarta, 2011). Berdasarkan
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 81 tahun 2012 tentang
pengelolaan sampah rumah tangga dan sampah sejenis sampah rumah tangga, pada
pasal 12 tentang pengelolaan sampah menyatakan produsen wajib melakukan
pembatasan timbulnya sampah dengan (a) menyusun rencana dan program
pembatasan timbulnya sampah sebagai bagian dari usaha dan kegiatan. (b)
menghasilkan produk dengan menggunakan kemasan yang mudah diurai oleh
proses alam dan yang menimbulkan sampah sesedikit mungkin. Selain itu
kesadaran masyarakat akan kelestarian lingkungan dan dampak sampah plastik
6
terhadap lingkungan, maka masyarakat membutuhkan bahan kemasan plastik yang
ramah lingkungan.
Plastik ramah lingkungan dapat dibuat dari biopolimer, contohnya pati
tumbuh-tumbuhan, misalnya pati tapioka. Indonesia merupakan negara penghasil
singkong atau pati tapioka, berdasarkan data BPS tahun 2011 menunjukkan
produksi tapioka adalah 4 -5 juta ton pertahun. Indonesia merupakan negara ketiga
penghasil singkong terbesar didunia setelah Brasil dan Thailand. Potensi
pengembangan singkong di Indonesia cukup besar mengingat lahan yang tersedia
masih cukup luas terutama lahan di dataran rendah dan dataran tinggi disekitar
hutan. Daerah - daerah penghasil singkong diantaranya adalah : Jawa timur, Jawa
tengah, Lampung, Sumatera Selatan, Sulawesi tenggara, Maluku dan Yogyakarta.
Pemanfaatan singkong terdiri dari 65% untuk pangan, 20% untuk pakan ternak dan
15 % untuk bahan baku industri. Produk industri turunan dari singkong pada saat
ini terintegrasi dengan industri tepung tapioka, jadi perlu dikembangkan industri
hilirnya lagi yang menghasilkan produk dengan nilai ekonomi lebih atau memilki
nilai tambah yang tinggi, misalnya menghasilkan produk-produk bahan kemasan,
bahan bakar dan bahan kimia (Atmawinata et al. 2011).
Plastik dengan bahan dasar biopolimer mempunyai beberapa keuntungan
seperti: ketersediaannya melimpah, terbarukan, biodegradabel, ringan dan kuat.
Bionanokomposit merupakan bahan kemasan yang menggunakan biopolimer dan
salah satu komponennya mempunyai ukuran nanopartikel, yang bertujuan untuk
mendapatkan material baru dan fungsional. Penggunaan bionanokomposit
diharapkan mampu mengurangi limbah plastik pada lingkungan.
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan rekayasa proses sintesa nano seng
oksida dari hasil samping industri galvanis sebagai bionanokomposit kemasan
antimikroba.
Perumusan Masalah
Industri galvanis sistim hot-dip menghasilkan hasil samping berupa seng
dross. Pada saat ini seng dross belum dimanfaatkan secara maksimal. Padahal
banyak kebutuhan masyarakat yang membutuhkan unsur seng, diantaranya adalah
untuk pembuatan nano seng oksida. Proses nano seng oksida dapat dibuat dengan
menggunakan nanoteknologi, baik secara proses kimia maupun proses fisika.
Dalam memanfaatkan seng yang berasal dari seng dross, maka proses yang
digunakan adalah proses kimia. Proses pengambilan seng dari seng dross dengan
melakukan proses hidrometalurgi, sehingga akan menghasilkan seng asetat. seng
asetat dapat berfungsi sebagai precursor dalam proses sintesa nano seng oksida,
untuk mendapatkan partikel nano seng oksida yang dapat memenuhi ukuran
nanopatikel, maka proses sintesa nano seng oksida dilakukan dengan metoda
tertentu. Nano partikel seng oksida mempunyai sifat antimikroba, maka nano seng
oksida dapat dimanfaatkan sebagai nanokomposit yang bersifat antimikroba.
Dalam memenuhi berbagai kebutuhan masyarakat dibidang kemasan, dimana
tujuan kemasan adalah untuk memperpanjang umur simpan suatu produk dan
melindungi produk, maka kebutuhan kemasan terus meningkat dan jenis kemasan
juga bervariasi, sesuai dengan tujuan kemasan produk tersebut, diantaranya adalah
kemasan antimikroba. Proses pembuatan komposit untuk kemasan, diantaranya
adalah menggunakan matriks berbahan polimer, agar kemasan bersifat ramah
7
lingkungan, maka polimer yang digunakan adalah polimer bersifat alami,
sehingga akan menghasilkan bahan kemasan harus bersifat biorenewable dan
biodegradable.
Pemanfaatan hasil samping industri galvanis berupa seng dross,
memerlukan beberapa penelitian sebagai berikut:
(1). Melakukan proses ekstraksi seng dross dengan menggunakan asam asetat.
(2). Merekayasa sintesa proses nano seng oksida untuk mendapatkan seng oksida
yang berukuran nanopartikel.
(3). Pengembangan pembuatan bionanokomposit dengan menggunakan nano seng
oksida .
(4). Aplikasi penggunaan bionanokomposit pada kemasan antimikroba.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan kondisi proses ekstraksi seng asetat dari seng dross
2. Mendapatkan metode dan kondisi proses sintesa nano seng oksida
menggunakan seng asetat sebagai precursor.
3. Mendapatkan Komposisi bionanokomposit dengan menggunakan nano seng
oksida.
4. Mendapatkan Komposisi bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian rekayasa proses nano seng oksida dari hasil
samping industri galvanis untuk bionanokomposit kemasan antimikroba, meliputi
beberapa penelitian :
1. Proses ekstraksi seng asetat dari seng dross .
2. Rekayasa proses sintesa nanopartikel seng oksida dengan precursor seng
asetat. Metode yang digunakan adalah proses sol-gel - sonokimia kalsinasi.
3. Pengembangan bionanokomposit dengan menggunakan bahan aditif nano
seng oksida dari hasil samping industri galvanis.
4. Aplikasi bionanokomposit mengandung nano seng oksida sebagai
kemasan antimikroba untuk produk daging.
Nilai Kebaruan Penelitian
Nilai kebaruan penelitian ini terletak pada:
1. Pemanfaatan hasil samping industri galvanis dalam bentuk seng dross
menjadi seng asetat sebagai precusor.
2. Rekayasa proses sintesa nano seng oksida dari hasil samping industri
galvanis menjadi nano seng oksida untuk kemasan pangan.
3. Pengembangan bionanokomposit menggunakan nano seng oksida dari
hasil samping industri galvanis.
4. Bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba untuk kemasan daging
yang mengandung nano seng oksida dari hasil samping industri galvanis.
8
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat bagi industri galvanis dalam rangka melaksanakan
produksi bersih. Penelitian ini bermanfaat bagi industri kemasan sebagai bahan
kemasan yang ramah lingkungan dan bersifat antimikroba. Penelitian ini
bermanfaat bagi industri agro dapat meningkatkan nilai tambah produk
agroindustri. Dan diharapkan juga, penelitian ini bermanfaat untuk para peneliti
dan perekayasa dilingkungan universitas dan litbang untuk mengembangkan
pemanfaatan hasil samping industri dengan menggunakan nanoteknologi dalam
memenuhi kebutuhan masyarakat.
9
METODOLOGI PENELITIAN
Kerangka Pemikiran
Industri galvanis dalam melakukan program produksi bersih dengan cara
memanfaatkan hasil samping industri. Meningkatnya kebutuhan masyarakat akan
produk dari industri galvanis, maka akan meningkatkan juga hasil samping
industri berupa limbah industri galvanis. Pada industri galvanis sistim hot dip,
seng merupakan bahan pelapis untuk besi. Bahan pelapis berupa seng konsentrat
dalam bentuk balok yang dipanaskan pada suhu 435o C – 450o C, hingga mencair
dan dapat melapisi besi. Setelah proses pelapisan, maka seng yang tersisa akan
mengapung, dan harus dikeluarkan dari tempat proses pelapisan. Hasil samping
ini disebut seng dross. Hasil samping yang dihasilkan berupa padatan dan
potensinya cukup banyak
Pemanfaatan hasil samping industri galvanis bertujuan untuk meningkatkan
nilai tambah hasil samping industri galvanis tersebut. Pada proses peningkatan
nilai tambah, perlu diidentifikasi jenis dan komposisi, sehingga akan diperoleh
metode pemanfaatan yang terbaik. Penelitian tentang peningkatan nilai tambah
seng dross belum banyak dikaji oleh peneliti. Penelitian terdahulu yang telah
dilakukan adalah pemanfaatan hasil samping industri galvanis berupa seng dross
dengan sistem amoniacal ammonium chloride (NH3-NH4Cl) (Huajun et al. 2008),
seng dross dengan asam sulfat ( Barakat 1999), seng dross dengan asam asetat dan
asam sulfat ( Rabah et al. 1995).
Hasil samping industri galvanis jenis seng dross mempunyai kadar seng
yang cukup tinggi, menurut Maaβ et al. (2011) sebesar 90% - 98%.
Nanoteknologi diharapkan dapat memanfaatkan potensi kadar seng ini, sehingga
dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan nano seng oksida, yang pada saat
ini pembuatan nano seng oksida dari bahan kimia komersil. Pada penelitian ini,
pemanfaatan seng dross dengan menggunakan asam asetat glasial, bertujuan untuk
mendapatkan seng asetat yang akan digunakan sebagai precursor untuk proses
sintesa nano seng oksida. Nanoteknologi merupakan proses yang bertujuan untuk
mendapatkan material yang berukuran nanometer. Proses nanoteknologi dapat
dilakukan dengan 2 metode, yaitu dengan metode top-down dan metode bottomup. Metode top-down merupakan metode dengan menggunakan proses fisika,
sedangkan metode bottom-up merupakan metode yang menggunakan proses kimia.
Pada penelitian ini diharapkan mendapatkan seng oksida yang berukuran nano
partikel, sehingga dibutuhkan rekayasa proses sintesa nano seng oksida. Metode
yang digunakan adalah metode secara bottom-up, yaitu dengan menggunakan
seng asetat hasil dari ekstraksi seng dross sebagai sumber dari kandungan seng
yang diperlukan dalam pembentukan nano seng oksida.
Nano seng oksida mempunyai sifat antimikroba. Sifat antimikroba dapat
dimanfaatkan sebagai bahan kemasan, sehingga akan menghasilkan kemasan
antimikroba. Bahan kemasan kebanyakan menggunakan bahan polimer sintetis,
padahal bahan polimer sintetis mempunyai kelemahan, yaitu sulit untuk
terdegradasi oleh lingkungan. Untuk mengatasi permasalahan lingkungan tersebut,
maka diperlukan bahan yang dapat mudah terdegradasi oleh lingkungan, yaitu
bahan kemasan yang terbuat dari polimer alami. Indonesia merupakan negara
10
yang berpotensi menghasilkan bahan polimer alami, diantaranya tanaman
singkong yang menghasilkan pati tapioka. Sehingga Indonesia berpotensi untuk
pengembangan bahan yang menggunakan polimer alami, misalnya bahan kemasan.
Bahan kemasan yang menggunakan polimer alami dan nano seng oksida, akan
terbentuk bahan kemasan yang berupa bionanokomposit. Bahan ini bersifat ramah
lingkungan dan berfungsi sebagai antimikroba.
Penelitian ini bermanfaat bagi industri dalam penanganan lingkungan
melalui program pemanfaatan hasil samping industri dan dapat bermanfaat juga
bagi masyarakat, baik secara ekonomi maupun secara sosial. Diagram kerangka
pemikiran dari penelitian ini secara keseluruhan “Rekayasa proses sintesa nano
seng oksida dari hasil samping industri galvanis sebagai bionanokomposit
kemasan antimikroba “ dapat dilihat pada Gambar 1.
Menganalisis pemanfaatan
hasil samping iIndustri
galvanis
- Dampak
terhadap
lingkungan
- Kuantitas
Mengembangkan potensi
pemanfaatan hasil samping
industri galvanis
- Pustaka
- Tujuan
Peneliti
Menganalisis Teknologi
dalam pemanfaatan hasil
samping dan penangananan
lingkungan
a
Diagnosis
kelayakan
pemanfaatan
hasil samping
(input)
Mengekstrak seng dross dan
melakukan proses sintesa nano
seng oksida serta membuat
bionanokomposit untuk
kemasan antimikroba yang
ramah lingkungan
(Proses)
Merekayasa proses sintesa nano
seng oksida dari hasil samping
industri galvanis sebagai
bionanokomposit kemasan
antimikroba
Gambar 1. Kerangka Pemikiran Penelitian
Nilai tambah
hasil samping
industri
Fasilitas
(alat, bahan,
metode)
Perkirakan
kinerja
pemanfaatan
hasil samping
(Output)
11
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dalam beberapa tahap penelitian utama yang
dilaksanakan secara berurutan. Tahapan penelitian ini adalah sebagai berikut :
Penelitian pendahuluan terdiri dari dua tahapan, yaitu 1) analisis komponen
bahan baku seng dross. 2) Pengecilan ukuran bahan baku.
Penelitian tahap pertama adalah proses ekstraksi seng dross dengan asam
asetat glasial, bertujuan untuk mendapatkan seng asetat dengan kondisi proses
yang optimum, metode yang digunakan merupakan modifikasi dari metode
Barakat et al (1999). Faktor yang dapat mempengaruhi proses ekstraksi adalah
suhu, waktu dan konsentrasi pelarut. Suhu yang ditetapkan adalah (130o C, 150o C
dan 170o C), waktu (1 jam, 2 jam dan 3 jam) dan konsentrasi asam asetat glasial
(20%, 40% dan 60%). Analisis yang dilakukan untuk mendapatkan seng asetat
yang terpilih adalah rendemen, kadar seng, kristal dan kelarutan.
Penelitian tahap kedua adalah proses sintesa nano seng oksida yang
bertujuan, untuk mendapatkan nano seng oksida dengan menggunakan metode
sol-gel, sonokimia dan kalsinasi dengan kondisi proses yang optimum. Faktor
yang mempengaruhi pada proses sonokimia adalah waktu sonikasi dan faktor
yang mempengaruhi pada proses sol-gel adalah pH. Pada proses ini ditetapkan
waktu sonikasi adalah 45 menit, 60 menit dan 75 menit dan pH adalah 8, 10, 12.
Analisis yang dilakukan untuk mendapatkan nano seng oksida yang terpilih
adalah rendemen, komposisi, ukuran partikel, struktur kristal dan morfologi.
Penelitian tahap ketiga adalah pengembangan bionanokomposit, bertujuan
untuk mendapatkan formulasi bionanokomposit dengan menggunakan nano seng
oksida. Faktor yang mempengaruhi dalam pembentukan bionanokomposit adalah
polimer sintetis yang digunakan dan bahan aditif yang ditambahkan. Sehingga
pada proses ini ditetapkan konsentrasi polivinil alkohol (0,5%, 1,0% dan 1,5%)
dan konsentrasi nano seng oksida (0,05%, 0,10% dan 0,15%). Analisis yang
dilakukan untuk mendapatkan bionanokomposit yang terpilih adalah sifat
mekanis, morfologi dan biodegradasi.
Penelitian tahap keempat adalah penggunaan bionanokomposit kemasan
antimikroba, bertujuan untuk mendapatkan formulasi bionanokomposit sebagai
kemasan antimikroba untuk daging. Faktor yang mempengaruhi adalah jumlah
bahan aditif sebagai antimikroba yang digunakan dan lama waktu penyimpanan.
Pada proses ini ditetapkan konsentrasi nano seng oksida ( 0%, 1%, 2%, 3% dan
4%) dan waktu penyimpanan (2 hari, 4 hari, 6 hari dan 8 hari). Analisis yang
dilakukan untuk mendapatkan bionanokomposit sebagai kemasan antimikroba
adalah sifat mekanis, antimikroba, pH, warna, bau dan pertumbuhan mikroba.
Pemanfaatan nano seng oksida