Proses Delignifikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik Choline Chloride

PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM
SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE
SKRIPSI
Oleh
GENDISH YORICYA 130425023
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2015

PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM
SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE
SKRIPSI
Oleh
GENDISH YORICYA 130425023
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2015

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
MENGGUNAKAN NaOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Oktober 2015 Gendish Yoricya NIM 130425023
i

ii

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Proses Delignifikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik Choline Chloride” berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh selulosa dari proses delignifikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit menggunakan cairan Ionik Kolin Klorida. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam proses hidrolisis pembuatan bioetanol. Manfaat lain yang diperoleh, yaitu dapat meningkatkan nilai ekonomis dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dan mengurangi masalah limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku Dosen Pembimbing dan Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian.
2. Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi. Sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, ST. MT dan Ibu Dr. Erni Misran, ST, MT selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
4. Ibu Dr.Ir. Iriany M.Si Selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT selaku sekertaris Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
iii

6. Kedua orang tua tercinta yang telah memberikan semangat, dorongan baik secara material maupun secara spiritual kepada penulis.
7. Shinta Aisyah Putri, selaku partner terbaik yang telah sabar dan membantu penulis bekerjasama dalam menyelesaikan penelitian.
8. Teman – teman Ekstensi angkatan 2013 yang telah menemani penulis dalam menempuh jalan menuju skripsi.
9. Teman terdekat yang senantiasa membantu dan memberikan semangat juga disertai doanya dalam menyelesaikan skripsi ini.
10. Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini, yang tidak dapat ditulis namanya satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Oktober 2015 Penulis Gendish Yoricya
iv

Dedikasi
Skripsi ini kupersembahkan kepada Ayahanda Agus Fatulillah dan Ibunda Yetti Rahmawati tercinta yang telah melahirkan, membesarkan, mendidik dan membimbing serta
melimpahkan curahan kasih sayangnya kepadaku. Pencapaian ke tahap ini berkat doa, dukungan baik materil maupun spirituil dengan sabar dan restumu. Terima kasih kuucapkan kepada kedua orang tua tercinta yang senantiasa membantu dan memberikan semangat juga disertai doanya
dalam mewujudkan cita-cita yang kuinginkan.
v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Gendish Yoricya

NIM : 130425023

Tempat/tgl lahir : Jakarta, 14 Juni 1992

Nama orang tua : Agus Fatulillah

Alamat orang tua :

Asal Sekolah :

Jl. Tegal Sari Ujung, Duri, Mandau, Kab. Bengkalis 28784, Riau

SD Negeri 1 Lhokseumawe tahun 1998 – 2004

SMP Negeri 1 Lhokseumawe tahun 2004-2007

SMA Negeri 2 Lhokseumawe tahun 2007-2010

D3 Politeknik Negeri Lhokseumawe tahun 2010-2013

Pengalaman Organisasi: -

Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai: 1. Juara I Degen Junior Putri (Anggar) PORPROV X 2006, Aceh

2. Peringkat VI Degen Putri (Anggar) Kejurnas 2008, Samarinda

3. Peringkat 28 Degen Putri (Anggar) Asian Junior & Cadet Fencing

Championships 2009, Singapore

4. Juara II Degen Junior Putri (Anggar) PORPROV XI Juli 2010, Aceh

vi

ABSTRAK
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah pertanian yang memiliki kandungan lignoselulosa yang cukup tinggi dan belum dimanfaatkan secara maksimal. Dengan kandungan selulosa sebesar 45%-50%, maka TKKS berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Dalam proses pembuatan bioetanol dari TKKS, delignifikasi lignoselulosa adalah tahap pertama yang dilakukan untuk memutuskan ikatan antara selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Pada penelitian ini dilakukan proses delignifikasi menggunakan NaOH dalam sistem cairan ionik dan tanpa cairan ionik. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kadar selulosa tertinggi yang terdapat pada TKKS. Proses delignifikasi yang dilakukan menggunakan cairan ionik kolin klorida (ChCl) dalam berbagai waktu pemasakan dengan jumlah ChCl yang berbeda. Penelitian ini menggunakan serbuk TKKS yang dimasak pada suhu 130 °C dengan variasi waktu pemasakan 30, 60, dan 90 menit dan variasi penambahan ChCl sebesar 10%, 15%, dan 20% dari berat TKKS. Hasil penelitian delignifikasi menggunakan ChCl diperoleh kadar selulosa tertinggi yaitu 40,33%, dengan kandungan hemiselulosa 20,28%, dan lignin 3,62% pada perlakuan pemasakan 90 menit dan penambahan ChCl 15%. Sedangkan delignifikasi tanpa ChCl diperoleh kadar selulosa tertinggi yang diperoleh yaitu 24,98%, kandungan hemiselulosa 8,25%, dan lignin 18,99% pada perlakuan pemasakan 90 menit. Proses delignifikasi menggunakan cairan ionik ChCl mampu meningkatkan derajat delignifikasi sebesar 61,45%. Kata Kunci: Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Lignoselulosa, Delignifikasi, Kolin Klorida, Cairan Ionik, Selulosa, Hemiselulosa, Lignin
vii

ABSTRACT
Palm Empty Fruit Bunches (TKKS) is a waste which has a fairly high content of lignocelluloses. Meanwhile, TKKS has not been utilized optimally. With a cellulose content of 45%-50%, TKKS then potentially be used as raw material for bioethanol. In the process of bioethanol production from TKKS, delignification of lignocellulose the first stage to dissolving ligament between cellulose, hemicellulose and lignin. In this research, delignification process was carried out using NaOH in the ionic liquid system and without ionic liquids. The purpose of this research was to find out the highest content of cellulose which contained in the TKKS. Delignification process were performed using ionic liquids choline chloride (ChCl) in variety of heating time with amount of different ChCl. This research used TKKS powder heated at a temperature 130 °C with a variety of heating time 30, 60, and 90 minutes and the variation addition of ChCl at10%, 15% and 20% weight of TKKS. Delignification research results used ChCl obtained highest content of cellulose is 40,33%, containing hemicellulose 20,28%, and lignin 3,62% in heating treatment 90 minutes and the addition of 15% ChCl. While delignification without ChCl obtained highest content of cellulose is 24,98%, containing hemicellulose 8,25%, and lignin 18,99% in heating treatment 90 minutes. Delignification process using ionic liquids ChCl can improve the degree of delignification is 61,45%. Keywords: Palm Empty Fruit Bunches, Lignocellulose, Delignification, Choline Chloride, Ioniq Liquid, Cellulose, Hemicellulose
viii

DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN HASIL PENELITIAN PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG 1.2 PERMASALAHAN 1.3 TUJUAN PENELITIAN 1.4 MANFAAT PENELITIAN 1.5 RUANG LINGKUP BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 KELAPA SAWIT 2.2 TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) 2.3 DELIGNIFIKASI 2.4 LIGNOSELULOSA 2.5 PRETREATMENT LIGNOSELULOSA 2.6 SELULOSA 2.7 HEMISELULOSA 2.8 LIGNIN 2.9 CAIRAN IONIK (IONIC LIQUID)
2.9.1 Sifat Fisik dan Kimia

Halaman i ii iii v vi vii

viii ix xii xiv xv xvi 1 1 4 4 4 5 6 6 8 9 10 12 13 13 14 15 16

ix

2.9.2 Aplikasi Cairan Ionik 2.9.3 Kolin Klorida BAB III METODOLOGI 3.1 WAKTU DAN TEMPAT 3.2 ALAT DAN BAHAN 3.3 RANCANGAN PENELITIAN 3.4 TAHAPAN CARA KERJA PENELITIAN 3.4.1 Persiapan Bahan Baku 3.4.2 Proses Delignifikasi Tanpa Cairan Ionik 3.4.3 Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH dalam sistem Cairan
Ionik ChCl 3.4.4 Analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin 3.5 FLOWCHART PERCOBAAN 3.5.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku 3.5.2 Flowchart Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Tanpa
ChCl 3.5.3 Flowchart Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Dalam
Sistem Cairan Ionik 3.5.4 Flowchart Prosedur Analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 MEKANISME DELIGNIFIKASI PADA BIOMASSA MENGGUNAKAN NAOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK DAN TANPA CAIRAN IONIK 4.2 PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP SELULOSA 4.3 PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP HEMISELULOSA 4.4 PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP LIGNIN
YANG TERTINGGAL DI DALAM HOLOSELULOSA 4.5 PERBANDINGAN PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN
CHCL DAN TANPA CHCL TERHADAP KADAR SELULOSA

17 17 18 18 18 18 19 19 20
20 21 22 22
23
24 25 27
27
28
29
31
32

x

4.6 PERBANDINGAN PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL TERHADAP KADAR HEMISELULOSA
4.7 PERBANDINGAN KADAR LIGNIN YANG TERTINGGAL HASIL PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN 5.2SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 1 LAMPIRAN 2

33
35 37 37 37 38 41 50

xi

DAFTAR GAMBAR

Halam

an

Gambar 2.1 Kelapa Sawit

6

Gambar 2.2 Tandan Kososng Kelapa Sawit

8

Gambar 2.3 Reaksi Pemutusan Ikatan Lignoselulosa Menggunakan NaOH 10

Gambar 2.4 Proses Pretreatment Lignoselulosa

12

Gambar 2.5 Struktur Selulosa

13

Gambar 2.6 Struktur Hemiselulosa

14

Gambar 2.7 Struktur Molekul Lignin

15

Gambar 2.8 Struktur Kolin Klorida

17

Gambar 4.1 Pengaruh Jumlah ChCl dan Waktu Delignifikasi Terhadap

Kadar Selulosa

28

Gambar 4.2 Pengaruh Jumlah ChCl dan Waktu Delignifikasi Terhadap

Kadar Hemiselulosa

30

Gambar 4.3 Pengaruh Pengaruh Jumlah Kolin Klorida (ChCl) dan

Waktu Delignifikasi Terhadap Kadar Lignin yang Tertinggal

di Dalam Holoselulosa Hasil Delignifikasi

31

Gambar 4.4 Perbandingan Proses Delignifikasi Menggunakan ChCl dan Tanpa

ChCl Terhadap Kadar Selulosa

32

Gambar 4.5 Pengaruh Perbandingan Proses Delignifikasi Menggunakan

ChCl dan Tanpa ChCl Terhadap Kadar Hemiselulosa

34

Gambar 4.6 Perbandingan Kadar Lignin yang Tertinggal di Dalam Holoselulosa

Hasil Proses Delignifikasi Menggunakan ChCl dan Tanpa ChCl 35

Gambar L2.1 Penghancuran (penggilingan) TKKS Menggunakan Ball Mill 50

Gambar L2.2 Pengayakan Serbuk TKKS Menggunakan Ayakan 60 mesh

50

Gambar L2.3 Serbuk TKKS yang Sudah Diayak

51

Gambar L2.4 Hasil Proses Pemasakan Menggunakan ChCl

51

Gambar L2.5 Proses Penyaringan Serbuk TKKS Hasil Pemasakan

Menggunakan Kertas Saring

51

Gambar L2.6 Hasil Delignifikasi Menggunakan ChCl

52

xii

Gambar L2.7 Hasil Delignifikasi Tanpa ChCl Gambar L2.8 Residu Kering dengan Penambahan Aquades Gambar L2.9 Residu Kering dengan Penambahan H2SO4

52 52 52

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Hasil Penelitian Tentang Delignifikasi Menggunakan Cairan Ionik
Tabel 2.1 Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Tabel 2.2 Komposisi Kimia Beberapa Biomassa Tabel 3.1 Rancangan Alat Lengkap (RAL) Proses Delignifikasi Tabel L1.1 Hasil Analisa Kadar Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin

Halaman
2 9 11 19 41

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 PERHITUNGAN

41

1.1 Perhitungan Kadar Hemiselulosa

41

1.2 Perhitungan Kadar Selulosa

44

1.3 Perhitungan Kadar Lignin

46

1.4 Perhitungan Derajat Delignifikasi

48

1.5 Perhitungan Yield Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin

48

LAMPIRAN 2 GAMBAR PENELITIAN

51

2.1 Gambar Proses Penggilingan Tandan Kosong Kelapa

Sawit (TKKS)

51

2.2 Gambar Proses Pengayakan Serbuk TKKS

51

2.3 Gambar Serbuk TKKS yang Sudah Diayak

52

2.4 Gambar Hasil Proses Pemasakan Menggunakan ChCl

52

2.5 Gambar Penyaringan Serbuk TKKS Hasil Pemasakan

52

2.6 Gambar Serbuk TKKS Hasil Delignifikasi

53

2.7 Gambar menganalis kadar selulosa, hemiselulosa dan lignin 53

xv

ChCl CPO IL LCC PKS SIL TKKS

DAFTAR SINGKATAN
Choline Chloride Crude Palm Oil Ioniq Liquid LigninCarbohydrate Complexes Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit Switchable Ionic Liquids Tandan Kosong Kelapa Sawit

xvi

ABSTRAK
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah pertanian yang memiliki kandungan lignoselulosa yang cukup tinggi dan belum dimanfaatkan secara maksimal. Dengan kandungan selulosa sebesar 45%-50%, maka TKKS berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Dalam proses pembuatan bioetanol dari TKKS, delignifikasi lignoselulosa adalah tahap pertama yang dilakukan untuk memutuskan ikatan antara selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Pada penelitian ini dilakukan proses delignifikasi menggunakan NaOH dalam sistem cairan ionik dan tanpa cairan ionik. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kadar selulosa tertinggi yang terdapat pada TKKS. Proses delignifikasi yang dilakukan menggunakan cairan ionik kolin klorida (ChCl) dalam berbagai waktu pemasakan dengan jumlah ChCl yang berbeda. Penelitian ini menggunakan serbuk TKKS yang dimasak pada suhu 130 °C dengan variasi waktu pemasakan 30, 60, dan 90 menit dan variasi penambahan ChCl sebesar 10%, 15%, dan 20% dari berat TKKS. Hasil penelitian delignifikasi menggunakan ChCl diperoleh kadar selulosa tertinggi yaitu 40,33%, dengan kandungan hemiselulosa 20,28%, dan lignin 3,62% pada perlakuan pemasakan 90 menit dan penambahan ChCl 15%. Sedangkan delignifikasi tanpa ChCl diperoleh kadar selulosa tertinggi yang diperoleh yaitu 24,98%, kandungan hemiselulosa 8,25%, dan lignin 18,99% pada perlakuan pemasakan 90 menit. Proses delignifikasi menggunakan cairan ionik ChCl mampu meningkatkan derajat delignifikasi sebesar 61,45%. Kata Kunci: Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Lignoselulosa, Delignifikasi, Kolin Klorida, Cairan Ionik, Selulosa, Hemiselulosa, Lignin
vii

ABSTRACT
Palm Empty Fruit Bunches (TKKS) is a waste which has a fairly high content of lignocelluloses. Meanwhile, TKKS has not been utilized optimally. With a cellulose content of 45%-50%, TKKS then potentially be used as raw material for bioethanol. In the process of bioethanol production from TKKS, delignification of lignocellulose the first stage to dissolving ligament between cellulose, hemicellulose and lignin. In this research, delignification process was carried out using NaOH in the ionic liquid system and without ionic liquids. The purpose of this research was to find out the highest content of cellulose which contained in the TKKS. Delignification process were performed using ionic liquids choline chloride (ChCl) in variety of heating time with amount of different ChCl. This research used TKKS powder heated at a temperature 130 °C with a variety of heating time 30, 60, and 90 minutes and the variation addition of ChCl at10%, 15% and 20% weight of TKKS. Delignification research results used ChCl obtained highest content of cellulose is 40,33%, containing hemicellulose 20,28%, and lignin 3,62% in heating treatment 90 minutes and the addition of 15% ChCl. While delignification without ChCl obtained highest content of cellulose is 24,98%, containing hemicellulose 8,25%, and lignin 18,99% in heating treatment 90 minutes. Delignification process using ionic liquids ChCl can improve the degree of delignification is 61,45%. Keywords: Palm Empty Fruit Bunches, Lignocellulose, Delignification, Choline Chloride, Ioniq Liquid, Cellulose, Hemicellulose
viii

BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah industri Crude
Palm Oil (CPO) dan limbah perkebunan kelapa sawit. Jumlah tandan kosong kelapa sawit yang dihasilkan sebanyak 23-30% dari tandan buah segar. Perluasan areal kelapa sawit makin gencar dilakukan di era tahun 2013 yang berarti semakin banyak pula jumlah tandan kosong kelapa sawit yang dihasilkan [21].
Tandan kosong kelapa sawit merupakan limbah berlignoselulosa yang belum termanfaatkan secara optimal. Selama ini pemanfaatan tandan kosong hanya sebagai bahan bakar boiler, kompos dan juga sebagai pengeras jalan di perkebunan kelapa sawit. Dengan kandungan selulosa sebesar 45,95 %, maka TKKS berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol [5].
Dalam proses pembuatan bioetanol dari TKKS, delignifikasi lignoselulosa adalah tahap pertama yang dilakukan untuk memutuskan ikatan antara selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Proses delignifikasi merupakan proses penghilangan lignin dari bahan baku sehingga hasil dari proses ini berupa selulosa dengan kemurnian yang cukup besar [13]. Delignifikasi selulosa dalam media Ionic Liquid (cairan ionik) lebih efektif dibandingkan tanpa Ionic Liquid. Cairan ionik adalah garam yang pada suhu kamar berbentuk cair. Hal ini disebabkan cairan ionik telah menurunkan derajat kristalinitas dan meningkatkan porositas sampel sehingga lebih mudah mendelegnifikasi TKKS [12].
Cairan ionik umumnya dapat digunakan pada suhu kamar dan tidak menghasilkan reaksi samping yang bersifat toksik [12]. Cairan ionik kolin klorida (Choline Chloride) atau Trimethyl (2- hydroxyethyl) ammonium chloride merupakan asam lemah yang mempunyai tingkat toksiksitas yang rendah, dan ramah lingkungan. Penelitian yang ada saat ini belum melaporkan aplikasi cairan ionik kolin klorida (ChCl) terhadap lignoselulosa dari TKKS. Uraian-uraian di atas menjadi tantangan untuk mempelajari delignifikasi tandan kosong kelapa
1

2

sawit menggunakan cairan ionik. Berikut ini disajikan data-data penelitan tentang delignifikasi menggunakan cairan ionik.

Tabel 1.1 Data hasil penelusuran pustaka tentang delignifikasi menggunakan

cairan ionik

No Judul

Proses

1 Switchable

Kayu didelignifikasi

ionic liquids as menggunakan

delignification Switchable Ionic

solvents for

Liquids (SIL) dengan

lignocellulosic dua gas asam yang

materials

berbeda (CO ) dan

(SO )

Hasil
Kayu yang telah di delignifikasi menggunakan SIL Monoethanol Amina (MEA)-(CO ) menghasilkan 80% berat selulosa, 10% berat hemiselulosa, dan 3% berat lignin, sedangkan delegnifikasi menggunakan SIL MEA-(SO ) menghasilkan 66% berat selulosa, 12% berat hemiselulosa dan 11 wt% lignin. Dengan demikian, SIL MEA(SO ) terbukti lebih efisien daripada -SIL MEA-(CO )

Nama Peneliti /Tahun Anugwom I et al / 2014

2 Facile pulping Larutan ionik

Kayu pinus yang telah Fangchao

of

biopolimer terlarut

didelignifikasi

Cheng et

lignocellulosic dapat dipisahkan dari menggunakan kolin

al/ 2014

biomass using partikel larut dengan asetat ([Cho] [OAc])

choline acetate penambahan air (20% menghasilkan 80%

berat cairan ionik) berat selulosa, 10,2%

diikuti dengan

berat hemiselulosa, dan

penyaringan atau

5% berat lignin,

sentrifugasi.

choline acetate ([Cho]

[OAc]) dilarutkan

dalam 1-etil-3-

metylimidazolium

asetat, yaitu selama 17

jam

3

Tabel 1.1 (Lanjutan)
Judul
3 Pretreatment of Lignocellulosic Biomass Using Green Ionic Liquids

Proses
Jerami padi didelignifikasi menggunakan Switchable Ionic Liquids (SIL) dengan 1-etil-3metilimidazolium asetat ([C2mim] OAc)

Hasil
Jerami padi yang telah didelignifikasi menggunakan cairan ionik 1-etil-3methylimidazolium asetat ([C2mim] OAc) menghasilkan 90% berat selulosa, 20% berat hemiselulosa, dan 20% berat lignin

Nama Peneliti /Tahun
Jian Luo et al / 2013

Berdasarkan hasil-hasil penelitian di atas, dapat disimpulkan bahwa SIL MEA-(SO ) terbukti lebih baik digunakan sebagai pelarut untuk menghilangkan lignin dari pada SIL MEA-(CO ), namun harganya mahal [3]. Sedangkan cairan ionik (kolin asetat ([Cho] [OAc]) bersifat ramah lingkungan dan memiliki kekurangan yaitu kurang cepat sebagai bahan pelarut dalam proses delignifikasi [7]. Kekurangan dari penelitian-penelitian sebelumnya menjadi kelemahan dalam proses delignifikasi. Maka dari itu Penulis ingin membuat proses yang lebih efektif untuk pelarutan menggunakan cairan ionik dalam proses delignifikasi dan cairan ionik yang lebih ekonomis harganya, yaitu “Proses Delignifikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik Choline Chloride”. Cairan Ionik kolin klorida adalah cairan yang digunakan untuk menurunkan derajat kristalinitas dan meningkatkan porositas sampel sehingga lebih mudah mendelegnifikasi TKKS.

4
1.2 PERMASALAHAN Proses delignifikasi merupakan tahapan awal yang dilakukan dalam
produksi bioetanol dari TKKS. Pada penelitian ini dilakukan proses delignifikasi menggunakan NaOH dalam sistem cairan ionik dan tanpa cairan ionik. Penggunaan cairan ionik dalam proses delignifikasi dapat menambah keefektifan dalam proses tersebut sehingga hasilnya lebih baik dibandingkan tanpa cairan ionik. Cairan ionik yang dipakai dalam penelitian ini adalah kolin klorida karena harganya lebih ekonomis. Adapun yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh cairan ionik kolin klorida dalam proses delignifikasi tandan kosong kelapa sawit.
I.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah untuk: 1. Mengetahui dan mempelajari proses delignifikasi TKKS menggunakan NaOH dalam sistem cairan ionik kolin klorida dan pengaruhnya terhadap proses delignifikasi. 2. Mengetahui pengaruh waktu dan konsentrasi cairan ionik yang digunakan pada proses delignifikasi. 3. Mendapatkan kadar selulosa, hemiselulosa, dan lignin dalam TKKS hasil proses delignifikasi dengan menggunakan ChCl dan tanpa ChCl .
I.4 MANFAAT PENELITIAN Dari hasil penelitian diharapkan: 1. Dapat memberikan informasi ilmiah dalam pemanfaatan limbah padat TKKS. 2. Dapat memberikan informasi tentang pengaruh cairan ionik yang digunakan dalam proses delignifikasi tandan kosong kelapa sawit terhadap kadar selulosa yang didapat dari proses delignifikasi dengan menggunakan ChCl dan tanpa ChCl .

5

1.5. RUANG LINGKUP

a. Bahan Baku adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit yang diperoleh dari

PTPN 2

b. Cairan ionik yang digunakan adalah Kolin Klorida (Trimethyl(2-

hydroxyethyl) ammonium chloride).

c. Variabel dalam proses delignifikasi yang digunakan adalah :

1. Variabel bebas

- Waktu delignifikasi

= 30 menit, 60 menit, 90 menit [17]

- Jumlah cairan ionik

= 10%, 15%, 20% dari berat serbuk

TKKS [12]

2. Variabel tetap dalam proses delignifikasi yang dilakukan adalah :

- Berat serbuk TKKS

= 30 gram [17]

- Temperatur delignifikasi = 130 °C [12]

- Rasio serbuk TKKS : NaOH = 1 : 5 w/v [17]

- Konsentrasi NaOH (C)

= 3% [17]

d. Analisis yang dilakukan :

Uji komposisi yaitu, analisis kadar selulosa, hemiselulosa, dan lignin

menggunakan kolin klorida (ChCl) dan tanpa kolin klorida (ChCl).

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KELAPA SAWIT Pohon kelapa sawit terdiri dari 2 spesies yaitu Elaeis guineensis dan Elaeis
oleifera. Spesies pertama adalah Elaeis guineensis yang berasal dari Angola dan Gambia dan merupakan spesies yang pertama kali dan terbanyak dibudidayakan orang. Spesies Elaeis oleifera berasal dari Amerika Tengah dan Amerika Selatan dan sekarang mulai banyak dibudidayakan untuk menambah kekurangan sumber genetik. Kelapa sawit termasuk tumbuhan pohon, tingginya mencapai 24 meter, bunga dan buahnya berupa tandan, serta bercabang banyak. Buahnya kecil dan apabila masak, berwarna merah kehitaman, dan daging buahnya padat, daging dan kulit buahnya mengandung minyak. Minyak ini digunakan sebagai bahan minyak goreng, sabun, dan lilin. Ampas dimanfaatkan untuk makanan ternak, khususnya sebagai salah satu bahan pembuatan makanan ayam. Tempurungnya digunakan sebagai bahan bakar dan arang [8]. Gambar Kelapa sawit dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Kelapa Sawit [8]
6

7

Di Indonesia tanaman ini tersebar di daerah Aceh, pantai timur Sumatera,

Jawa, dan Sulawesi. Taksonomi Tanaman kelapa sawit adalah sebagai berikut: [8]

Kingdom

: Plantae

Divisi

: Magnoliophyta

Kelas

: Liliopsida

Ordo

: Arecales

Familia

: Arecaceae

Genus

: Elaeis

Spesies

: Elaeis Guineensis

Perkebunan kelapa sawit berkembang dengan sangat pesat di Indonesia, telah menyebar di 22 provinsi pada tahun 2011. Luasnya mencapai 8,3 juta Ha, yang mana sekitar 41 ha merupakan perkebunan rakyat [5]. Semakin luasnya perkebunan kelapa sawit akan diikuti dengan peningkatan produksi dan jumlah limbah kelapa sawit. Dalam produksi minyak sawit, TKKS merupakan limbah terbesar yaitu sekitar 23% dari Tandan Buah Segar (TBS). TKKS merupakan bagian dari kelapa sawit yang berfungsi sebagai tempat untuk buah kelapa sawit. TKKS merupakan limbah padat terbesar yang dihasilkan oleh perkebunan kelapa sawit. Setiap pengolahan 1 ton TBS TKKS sebanyak 22 – 23 % atau sebanyak 220 – 230 Kg TKKS [21].

Limbah kelapa sawit kaya akan selulosa dan hemiselulosa. TKKS

mengandung 45-50% selulosa dan 26-30% hemiselullosa. Pengolahan TBS di

Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit (PKS) disamping menghasilkan minyak

dihasilkan juga limbah organik [21]. Dari setiap ton TBS yang diolah dihasilkan

limbah organik sebagai berikut :

CPO

: 200 kg

TKKS

: 270 kg (189 kg air, 81 kg berat kering)

Cangkang : 160 kg

Kernel

: 40 kg

Ampas

: 130 kg (berat kering)

Lain-lain : 300 kg

8
2.2 TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) TKKS merupakan limbah utama berlignoselulosa yang belum
termanfaatkan secara optimal dari industri pengolahan kelapa sawit. Basis satu ton tandan buah segar akan dihasilkan minyak sawit kasar sebanyak 0,21 ton (21%), minyak inti sawit sebanyak 0,05 ton (0,5%) dan sisanya merupakan limbah dalam bentuk TKKS, serat dan cangkang biji yang masing–masing sebanyak 0,23 ton (23%), 0,135 ton (13,5%) dan 0,055 ton (5,5%) [8].
TKKS berpotensi untuk dikembangkan menjadi produk yang lebih berguna, salah satunya menjadi bahan baku bioetanol, karena TKKS banyak mengandung selulosa yang dapat dihirolisis menjadi glukosa kemudian difermentasi menjadi bioetanol. Kandungan selulosa yang cukup tinggi pada TKKS yaitu sebesar 45-50%, menjadikan TKKS sebagai prioritas untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol [8]. Gambar TKKS dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Tandan Kosong Kelapa Sawit [4]
Selama ini pengolahan/pemanfaatan TKKS oleh PKS masih sangat terbatas yaitu dibakar dalam insinerator, ditimbun atau diolah menjadi kompos. Namun ada beberapa kendala seperti waktu pengomposan yang cukup lama (6– 12) bulan, fasilitas yang harus disediakan, dan biaya pengolahan TKKS tersebut, maka cara–cara tersebut kurang diminati oleh PKS [5]. Selain jumlah yang melimpah, TKKS cocok dikembangkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Sehingga ketika diolah menjadi bioetanol dapat menghasilkan rendemen yang

9

cukup besar sehingga harga jual bioetanol yang dihasilkan dapat lebih murah. Adapun komposisi TKKS adalah sebagai berikut :

Tabel 2.1. Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) [5]

Komposisi

Kadar ( % )

Abu 0,7-4

Lignin

18-20

Alfa-selulosa

45-50

Pentosan

27

Hemiselulosa

26-30

Silika

0,2

Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dan bersifat terbarukan [12]. TKKS memiliki potensi yang besar menjadi bahan baku sumber biomassa selulosa dengan kelimpahan cukup tingi dan sifatnya terbarukan, dibandingkan jagung dan tebu yang berpotensi menimbulkan kontradiksi terhadap kebutuhan pangan bila diterapkan di negara berkembang seperti Indonesia [4].

2.3 DELIGNIFIKASI Tahapan awal yang dilakukan dalam produksi bioetanol dari TKKS adalah
proses delignifikasi TKKS. Delignifikasi merupakan suatu proses pembebasan lignin dari suatu senyawa kompleks atau material berlignoselulosa sehingga hasil dari proses ini sudah berupa selulosa dengan kemurnian yang cukup besar [13]. Selulosa merupakan polisakarida yang didalamnya mengandung zat - zat gula. Dalam pembuatan etanol dari kayu (TKKS) yang digunakan adalah selulosanya sehingga lignin dalam kayu harus dihilangkan [8]. Proses pemisahan atau penghilangan lignin dari serat — serat selulosa disebut delignifikasi atau pulping. Delignifikasi selulosa dapat dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya yaitu :
1. Ozonolysis Pretreatment, yaitu delignifikasi menggunakan ozon dilakukan pada suhu ruangan dan tekanan atmosfer serta dapat menghancurkan sekitar lignin yang terkandung dalam lignoselulosa.

10

2. Delignifikasi Pulp menggunakan Hidrogen Peroksida (

dalam media

asam asetat.

3. Delignifikasi Oksigen, yaitu proses untuk mengurangi kandungan lignin

dari pulp coklat (yang belum mengalami proses pemutihan). Bahan kimia

yang dipakai adalah dan alkali.

4. Delignifikasi dengan larutan NaOH. Penggunaan NaOH sebagai

delignifikator dapat merusak struktur lignin pada bagian kristalin dan

amorf. Reaksi pemutusan ikatan lignoselulosa dengan NaOH dapat dilihat

pada Gambar 2.3 berikut.

Gambar 2.3 Reaksi Pemutusan Ikatan Lignoselulosa Menggunakan NaOH [6]
Tujuan dari proses delignifikasi yaitu untuk menghilangkan lignin, juga dapat mengurangi kristalinitas selulosa, dan meningkatkan porositas bahan [12]. Selain lignin terdapat juga zat non selulosa lain seperti zat ekstraktif, tanin dan resin yang melekat kuat pada selulosa. Lignin merupakan salah satu bagian yang mengayu dari tanaman seperti janggel, kulit keras, biji, bagian serabut kasar, akar, batang dan daun. Lignin mengandung substansi yang kompleks dan merupakan suatu gabungan beberapa senyawa yaitu karbon, hidrogen dan oksigen. Selain lignin, bagian yang lain dari TKKS adalah selulosa.
2.4 LIGNOSELULOSA Bahan lignoselulosa merupakan biomassa yang berasal dari tanaman
dengan komponen utama lignin (18-20 % berat), hemiselulosa (26-30 % berat), dan selulosa (45-50 % /berat). Ketersediaannya yang cukup melimpah, terutama sebagai limbah pertanian, perkebunan, dan kehutanan, menjadikan bahan ini

11

berpotensi sebagai salah satu sumber energi melalui proses konversi baik proses fisika, kimia maupun biologis [19].
Kandungan utama yang terdapat pada bahan lingoselulosa seperti lignin, hemiselulosa, dan selulosa saling berikatan membentuk satu kesatuan yang utuh [19]. Besarnya kandungan masing-masing komponen bergantung pada jenis biomassa, umur, dan kondisi lingkungan tempat biomassa tersebut tumbuh dan berkembang, ditunjukan oleh tabel 2.2

Tabel 2.2 Komposisi Kimia Beberapa Biomassa [15]

Biomassa

Selulosa(% Hemiselulosa Lignin(% Abu(% berat)

Lignoselulosa

berat)

(% berat)

berat)

Sekam padi

58,852

18,03

20,9

0,6-1

Jerami gandum

29-37

26-32

16-21

4-9

Jerami padi

28-36

23-28

12-16

15-20

TKKS

45-50

26-30

18-20

0,7-6

Ampas tebu

32-44

27-32

19-24

1,5-5

Bambu

26-23

15-26

21-31

1,7-5

Rumput esparto

33-38

27-32

17-19

6-8

Kayu keras

40-45

7-14

26-34

1

Kayu lunak

38-39

19-20

23-30

1

Struktur selulosa (

) secara umum berbentuk kristal, tetapi

terdapat juga bagian bagian yang berbentuk amorf. Tingkat kekristalan selulosa

mempengaruhi kemampuan hidrolisis baik secara enzimatik ataupun kimiawi.

Sumber karbohidrat lain yang terkandung dalam bahan lignoselulosa

adalah hemiselulosa atau yang dikenal juga dengan poliosa, karena terdiri atas

berbagai macam gula monomer, yaitu pentose (ksilosa, rhamnosa, dan arabinosa);

heksosa (glukosa, manosa, dan galaktosa); dan asam uronik (4-O-metilglukoronik,

D-glukoronik, dan Dgalaktoronik). Hemiselulosa mempunyai rantai polimer yang

pendek dan tak berbentuk, sehingga sebagian besar dapat larut dalam air [23].

Lignin dapat membentuk ikatan kovalen dengan beberapa komponen

hemiselulosa. Ikatan eter yang lebih stabil, yang dikenal dengan nama lignin

12
carbohydrate complexes (LCC) yang terbentuk antara lignin dengan grup arabinosa atau galaktosa dalam ksilan atau manan. Oleh karena itu lignin sangat sulit untuk didegradasi. Sehingga keberadaannya memberikan bentuk lignoselulosa yang kompleks dan menghambat degradasi selulosa oleh mikroba ataupun bahan kimia lainnya [23].
2.5 Pretreatment Lignoselulosa Struktur lignoselulosa yang tersusun atas matriks selulosa dan lignin yang
berikatan melalui rantai hemiselulosa, harus dipecah sehingga lebih mudah dihancurkan oleh enzim selama proses hidrolisis. Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan enzim menghidrolisis bahan lignoselulosa diantaranya kandungan lignin dan hemiselulosa dan tingkat kekristalan selulosa. Oleh karena itu pretreatment diperlukan untuk (1) menghilangkan lignin, (2) menurunkan tingkat kekristalan selulosa sehingga meningkatkan fraksi amorf selulosa, dan (3) meningkatkan porositas material [23]. Proses pretreatment lignoselolosa dapat dilihat pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Proses pretreatment lignoselulosa [23]
Beberapa teknologi pretreatment yang telah banyak digunakan dan dikembangkan antara lain (1) secara fisika (mekanik dan pirolisis) (2) fisika-kimia (steam explosion, liquid hot water, dan explosion), (3) kimia (alkali, larutan asam, pelarut organik), (4) biologi (jamur), dan (5) kombinasi dari proses-proses di atas. Perkembangan teknologi pretreatment dewasa ini mengarah kepada teknologi yang efektif, hemat energi, dan hemat biaya. Salah satu teknologi yang

13
ditawarkan adalah perendaman dalam cairan ionik, merupakan pretreatment secara kimia [23].
Penggunaan cairan ionik sebagai pelarut ternyata memiliki kemampuan melarutkan yang berbeda-beda tergantung pada ukuran dan polaritas dari anion yang digunakan dan juga tergantung pada kation yang digunakan [7]. Reaksi pemutusan ikatan lignoselulosa dengan ChCl dapat dilihat pada Gambar 2.5 berikut.
2.6 SELULOSA Selulosa adalah polimer tak bercabang dari glukosa yang dihubungkan
melalui ikatan beta 1,4 atau 1,4 beta glukosidase. Molekul lurus dengan unit glukosa rata- rata sebanyak 5000 ini beragregasi membentuk fibril yang terikat melalui ikatan hidrogen di antara gugus hidroksil pada rantai di sebelahnya. Serat selulosa yang mempunyai kekuatan fisik yang tinggi terbentuk dari fibril-fibril ini, tergulung seperti spiral dengan arah-arah yang berlawan menurut satu sumbu. Selulosa merupakan jenis polisakarida yang paling melimpah pada hampir setiap struktur tanaman [8].
Selulosa cenderung membentuk mikrofibril melalui ikatan inter dan intra molekuler sehingga memberikan struktur yang larut. Mikrofibril selulosa terdiri dari 2 tipe, yaitu kristalin dan amorf [8]. Adapun struktur selulosa dapat dilihat dibawah ini :
Gambar 2.5 Struktur Selulosa [8]
2.7 HEMISELULOSA Hemiselulosa termasuk dalam kelompok polisakarida heterogen yang
dibentuk melalui biosintesis yang berbeda dari selulosa. Berbeda dengan selulosa yang merupakan homopolisakarida, hemiselulosa merupakan heteropolisakarida. Derajat polimerisasi hemiselulosa dapat mencapai 200. [8]

14
Hemiselulosa merupakan polisakarida dengan bobot molekul lebih kecil dibandingkan selulosa. Molekul hemiselulosa lebih mudah menyerap air, bersifat plastis, dan mempunyai permukaan kontak antar molekul lebih luas dibandingkan dengan selulosa. Ikatan di dalam rantai hemiselulosa banyak bercabang karena gugus β-glukosida di dalam molekul yang satu berkaitan dengan gugus hidroksil
, , dan dari molekul yang lain. Hemiselulosa berbentuk amorf, mempunyai derajat polimerisasi lebih rendah dan mudah larut dalam alkali tetapi struktur larut dalam asam, sedangkan selulosa sebaliknya [8]. Struktur hemiselulosa dapat dilihat pada gambar 2.6, yaitu :
Gambar 2.6 Struktur Hemiselulosa [8]
2.8 LIGNIN Lignin adalah polimer aromatik kompleks yang terbentuk melalui
polimerisasi tiga dimensi dari sinamil alkohol dengan bobot molekul 11.000. Lignin terbentuk dari fenil propana, unit-unit fenil propana terikat satu dengan lainnya dengan ikatan ester (C-O-C) maupun ikatan karbon-karbon. [8]
Lignin bersifat hidrofobik dan melindungi selulosa sehingga strukturnya bersifat kaku (rigrid). Lignin dapat dioksidasi oleh larutan alkali dan oksidator lain. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan menjadi asam format, metanol, asam asetat, aseton dan vanilin [8]. Rumus struktur molekul lignin dapat dilihat pada gambar 2.7, yaitu :

15
; Gambar 2.7 Struktur molekul lignin [8]
Mekanisme pemutusan senyawa lignin yaitu dimana gugus basa dari larutan pemasak (NaOH) mendegradasi atau menyerang alfa dan beta lignin. Lignoselulosa terdegradasi tersebut tidak stabil, sehingga memicu terjadinya kondensasi yang menyebabkan putusnya ikatan lignin dari hemiselulosa dan selulosa [22].
2.9 CAIRAN IONIK (IONIC LIQUID) Cairan ionik (ionic liquid) adalah garam yang berwujud cair pada suhu
kamar atau di bawah suhu kamar dan bentuk lelehannya secara keseluruhan tersusun dari ion-ion, terdiri dari kation organik dan anion organik atau anorganik [8]. Sebagai spesi ionik (kation dan anion), cairan ionik tidak mengandung molekul atau spesi netral dan memiliki titik leleh relatif rendah, umumnya pada suhu kamar. Cairan ionik memiliki kriteria yang diharapkan sebagai material yang ramah lingkungan. Cairan ionik pada awalnya dikembangkan oleh para elektrokimiawan untuk digunakan sebagai elektrolit pada baterai atau untuk logam. Cairan ionik menjadi material penting dan menarik karena memiliki karakteristik tertentu, seperti tekanan uap dapat diabaikan, tidak mudah terbakar, stabilitas termal yang tinggi, titik leleh yang rendah, cairan yang memberikan rentang temperatur yang luas, dapat mengontrol daya campur senyawa-senyawa organik. Cairan ionik telah digunakan pada berbagai bidang diantaranya sebagai elektrolit pada sel surya, biokatalis, elektrolit/sel bahan bakar [18].

16
Disebut cairan ionik karena didalamnya spesi ioniknya sangat dominan dibandingkan spesi molekulernya. Cairan ini merupakan garam organik yang memiliki derajat asimetri yang berbeda, itulah yang mencegahnya menjadi kristal. Pilihan kation dan anion yang berbeda akan menghasilkan cairan ionik yang bervariasi. Yang paling populer adalah garam alkilimidazolium, mungkin karena kemudahan sintesis dan sifat fisiknya yang menarik. Garam amonium kuarterner didapatkan secara komersil dan digunakan pada proses katalisis. [9]
2.9.1 Sifat fisika dan kimia Sifat fisika dari cairan ionik dapat diatur dengan memvariasikan kation,
anion, dan subtituen gugus alkilnya. Contohnya, kelarutan dalam air bisa diatur dengan gugus alkil R-nya. Memperpanjang gugus alkil (R) akan menurunkan kelarutan dalam air dengan meningkatkan hidrofobisitas dari kationnya. Sifat kimia dan fisikanya bisa diubah dengan mengatur anionnya, seperti halida, nitrat, asetat, trifluoroasetat, tetrafluoroborat, triflat, heksafluorofosfat dan bis(trifluorometilsulfonil)imida [18].
Cairan ionik lebih kental dari pelarut organik biasa. Contohnya, viskositas dari kebanyakan imidazolium berada pada rentang 35 sampai 500 cP dalam suhu ruang. Garam dengan anion bis(trifluorometilsulfonil)imida [(CF3SO2)2N-] memiliki viskositas terendah dalam rentang tadi. Cairan ionik merupakan fluida Newtonian [18]. Salah satu keuntungan dari cairan ionik ini adalah tidak mudah menguap karena memiliki tekanan uap yang mendekati nol. Selain itu, cairan ini juga stabil pada suhu tinggi sampai 400 °C sehingga bisa diaplikasikan pada reaksi pada kondisi ekstrim. Pada suhu kamar, cairan ini sangat murni sehingga bisa melarutkan dengan lebih baik [18].
Cairan ionik berbeda dengan garam cair (molten salts) yang memiliki titik leleh dan viskositas tinggi, umumnya berwujud cair pada suhu kamar, mempunyai viskositas relatif lebih rendah dan relatif tidak bersifat korosif. Seperti juga garam cair, cairan ionik seluruhnya terdiri atas ion-ion (kation dan anion) dengan titik leleh relatif rendah di bawah 100 °C, walaupun umumnya pada suhu kamar. Cairan ionik mempunyai rentang cair sangat lebar; tidak menguap (non volatile); tidak terbakar (non flammable); stabilitas panas, kimia, dan elektrokimia tinggi

17
(dalam bebarapa kasus mempunyai stabilitas termal sampai 400 °C); nilai tekanan uap yang dapat diabaikan; kemampuan melarutkan senyawa organik dan anorganik relatif tinggi [5].
2.9.2 Aplikasi Cairan Ionik Aplikasi cairan ionik sangat luas di antaranya dalam bidang elektrokimia,
bidang teknik, dan sintesis senyawa kimia. Pada bidang teknik proses, cairan ionik digunakan sebagai fluida teknik seperti sebagai cairan pengemban panas, pelumas, surfaktan, dan kristal cair. Cairan ionik yang terdiri dari kation anion juga berpotensi sebagai inhibitor korosi karena berpotensi sebagai penguat adsorpsi dengan gaya elektrostatiknya. Salah satu penelitian yang telah dilakukan adalah inhibisi korosi baja lunak oleh cairan ionik alkilimidazolium dalam media HCl yang dilakukan oleh Zhang, dan Hua, pada tahun 2008 [5].
2.9.3 Kolin Klorida (Trimethyl(2- hydroxyethyl) ammonium chloride) Kolin Klorida merupakan salah satu contoh cairan ionik yang berupa
garam organik dengan rumus molekul C5H14ClNO dan mempunyai titik leleh 302 °C (576 °F; 575 K). Dalam laboratorium kolin klorida dapat dibuat dengan metilasi dimethylethanolamine dengan metil klorida [20]. Kolin Klorida adalah cairan yang digunakan untuk menurunkan derajat kristalinitas dan meningkatkan porositas sampel sehingga lebih mudah mendelegnifikasi selulosa. Keuntungan kolin klorida dibandingkan pelarut lainnya yaitu lebih mudah larut, harganya ekonomis, dan biodegradable [20]. Struktur kolin klorida dapat dilihat pada gambar 2.9, yaitu :
Gambar 2.8 Struktur kolin klorida [14]

BAB III METODOLOGI

3.1 WAKTU DAN TEMPAT Penelitian ini dilakukan selama 3 bulan. Penelitian dilaksanakan di
Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3.2 ALAT DAN BAHAN Alat yang digunakan adalah neraca analitik, ball mill, ayakan, kertas
saring, hot plate, oven, tanur, dan alat-alat gelas yang umum digunakan dalam laboratorium kimia. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Bahan kimia yang digunakan antara lain: aquadest, kolin klorida, natrium peroksida 3%, dan asam sulfat 72%.

3.3 RANCANGAN PENELITIAN

Penelitian ini dirancang menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL)

yang terdiri dari :

Variabel dalam proses delignifikasi yang digunakan adalah :

1. Variabel bebas

- Waktu delignifikasi

= 30 menit, 60 menit, 90 menit [17]

- Jumlah cairan ionik

= 10%, 15%, 20% dari berat serbuk

TKKS [12]

2. Variabel tetap dalam proses delignifikasi yang dilakukan adalah :

- Berat serbuk TKKS

= 30 gram [17]

- Temperatur delignifikasi

= 130 °C [12]

- Rasio serbuk TKKS : NaOH = 1 : 5 w/v [17]

- Konsentrasi NaOH (C)

= 3% [17]

18

19

Tabel 3.1 Rancangan Acak Lengkap (RAL) Proses Delignifikasi

Run

J (%)

W (menit)

Blanko 1

-

30

Blanko 2

-

60

Blanko 3

-

90

1 10 30

2 15 30

3 20 30

4 10 60

5 15 60

6 20 60

7 10 90

8 15 90

9 20 90

Keterangan : J = Jumlah Cairan ionik (%) W = Waktu (menit)

3.4 TAHAPAN PENELITIAN Penelitian ini terdiri atas beberapa tahap, yaitu persiapan bahan baku,
proses delignifikasi, dan analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

3.4.1 Persiapan Bahan Baku [12] Perlakuan awal terhadap TKKS meliputi pencucian, pengeringan, dan
pengayakan. TKKS dicuci untuk menghilangkan bahan-bahan yang terikut seperti tanah, cangkang dan kotoran lain. Lalu dikeringkan dengan menggunakan sinar matahari secara langsung. Pengeringan dilakukan untuk memudahkan dalam proses penggilingan serat TKKS, karena pada keadaan lembab TKKS sukar untuk dihancurkan. Kemudian TKKS dihancurkan (digiling) untuk memperkecil ukuran TKKS dengan menggunakan ball mill. TKKS yang sudah dihancurkan kemudian diayak menggunakan ayakan 60 mesh.

20
3.4.2 Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Tanpa Cairan Ionik [12 dan 17]
1. Serbuk TKKS ditimbang sebanyak 30 gram, kemudian dimasukkan ke dalam gelas kimia.
2. Larutan NaOH 3% sebanyak 150 ml ditambahkan ke dalam gelas kimia yang berisi serbuk TKKS.
3. Kemudian campuran diaduk dengan rata sampai merendam serbuk TKKS. 4. TKKS direndam dalam larutan NaOH 3% selama 30 menit. 5. Serbuk TKKS yang sudah direndam dengan NaOH 3% dicuci dengan air
dan dikeringkan pada suhu 105 °C selama 16 jam sebelum digunakan. 6. Proses delignifikasi diulangi pada waktu 60 dan 90 menit.
3.4.3 Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik [12 dan 17]
1. Serbuk TKKS ditimbang sebanyak 30 gram, kemudian dimasukkan ke dalam gelas kimia.
2. Larutan NaOH 3% sebanyak 150 ml ditambahkan ke dalam gelas kimia yang berisi serbuk TKKS.
3. Kemudian campuran diaduk dengan rata sampai merendam serbuk TKKS. 4. TKKS direndam dalam larutan NaOH 3% selama 90 menit. 5. Serbuk TKKS yang sudah direndam dengan NaOH 3% dicuci dengan air
dan dikeringkan pada suhu 105 °C selama 16 jam sebelum digunakan. 6. Serbuk TKKS diayak, dicampurkan dengan cairan ionik kolin klorida,
dipanaskan sampai suhu 130 °C selama 30, 60, dan 90 menit. 7. Setelah itu serbuk TKKS dicuci dengan air untuk menghilangkan cairan
ionik dan mendapatkan selulosa. 8. Dicuci lagi dengan air, lalu dimasukkan ke dalam oven sampai berat
konstan.

21

3.4.4 Analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin [2]

1 Sebanyak 1 gram serbuk TKKS hasil delignifikasi dimasukkan dalam

erlemmeyer 250 ml

2 Ditambah aquades 150 ml ke dalam erlemmeyer 250 ml

3 Kemudian dipanaskan selama 2 jam di dalam penangas pada suhu 100

°C. Dilakukan penyaringan dan ditambahkan dengan aquades sampai

volume filtrat 300 ml.

4 Kemudian residu dikeringkan pada oven bersuhu 105 °C hingga

diperoleh berat konstan (a).

5 Residu kering (a) dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 ml ditambah 150

ml 1N.

6 Kemudian dipanaskan pada penangas air pada suhu 100 °C selama 1 jam.

Dilakukan penyaringan dan residu dicuci dengan aquades sampai volume

filtrat 300 ml.

7 Residu yang diperoleh kemudian dikeringkan hingga beratnya konstan

dan ditimbang (b).

8 Selanjutnya residu kering (b) dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 ml

dan ditambahkan

72% sebanyak 10 ml. Direndam selama 4 jam

pada suhu kamar kemudian ditambahkan 150 ml

1 N (untuk

pengenceran), dipanaskan pada penangas air pada suhu 100 °C selama 2

jam.

9 Dilakukan penyaringan dan ditambahkan dengan aquades hingga volume

filtrat 400 ml. Residu dikeringkan hingga beratnya konstan dan

ditimbang (c). Residu (c) tersebut kemudian diabukan selama 3 jam pada

suhu 600°C. Kadar hemiselulosa, selulosa, dan lignin dapat dihitung

dengan menggunakan rumus:

Kadar hemiselulosa =


× 100% (3.1)

Kadar selulosa Kadar lignin

=


× 100% (3.2)

= × 100% (3.3)


3.5 FLOWCHART PERCOBAAN 3.5.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku
Mulai
TKKS dicuci untuk menghilangkan bahanbahan yang terikut seperti tanah, cangkang
dan kotoran lain
TKKS dikeringkan dengan menggunakan sinar matahari secara langsung
TKKS dihancurkan dengan menggunakan ball mil
TKKS diayak menggunakan ayakan 60 mesh
Selesai

22

23
3.5.2 Flowchart Prosedur Delignifikasi Menggunakan NaOH Tanpa Cairan Ionik Mulai
Serbuk TKKS ditimbang sebanyak 30 gram, dimasukkan ke dalam gelas kimia
Larutan NaOH 3% sebanyak 150 ml ditambahkan ke
dalam gelas kimia yang berisi serbuk TKKS
Campuran diaduk dengan rata sampai merendam serbuk TKKS
TKKS direndam dalam larutan NaOH 3% selama 30 menit
Serbuk TKKS yang sudah direndam dengan NaOH 3% dicuci 3 kali dengan air dan
dikeringkan pada suhu 105 °C selama 16 jam sebelum digunakan, lalu diayak
Proses delignifikasi diulangi pada waktu 60 dan 90 menit.
Selesai

24
3.5.3 Flowchart Prosedur Delignifikasi Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik
Mulai
Serbuk TKKS ditimbang sebanyak 30 gram, dimasukkan ke dalam gelas kimia
Larutan NaOH 3% sebanyak 150 ml ditambahkan ke
dalam gelas kimia yang berisi serbuk TKKS
Campuran diaduk dengan rata sampai merendam serbuk TKKS
TKKS direndam dalam larutan NaOH 3% selama 90 menit
Serbuk TKKS yang sudah direndam dengan NaOH 3% dicuci 3 kali dengan air dan
dikeringkan pada suhu 105 °C selama 16 jam sebelum digunakan, lalu diayak
Serbuk TKKS dicampurkan dengan cairan ionik kolin klorida, dipanaskan sampai suhu 130 °C
selama 30,60, dan 90 menit
Serbuk TKKS dicuci dengan air untuk menghilangkan cairan ionik untuk mendapatkan
selulosa.
A