Sintesis Nanoserat Selulosa Dari Tandan Kosong Sawit (TKS) Dengan Menggunakan Oksidator Tetramethyl Piperidine 1 Oxyl (TEMPO)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Tanaman kelapa sawit (Elais guinensiss Jacq) berasal dari Nigeria, Afrika Barat.
Selain itu, ada yang menyatakan bahwa kelapa sawit berasal dari Amerika selatan
yaitu Brazil karena lebih banyak ditemukan spesies kelapa sawit di hutan Brazil
dibandingkan dengan Afrika. Pada kenyataannya tanaman kelapa sawit hidup
subur di luar daerah asalnya, seperti Malaysia, Indonesia, Thailand, dan Papua
Nugini. Bahkan mampu memberikan hasil produksi per hektar yang lebih tinggi.
Bagi Indonesia, tanaman kelapa sawit memiliki arti penting bagi pembangunan
perkebunan nasional. Selain mampu menciptakan kesempatan kerja yang
mengarah pada kesejahteraan masyarakat, juga sebagai sumber perolehan devisa
Negara (Fauzi, 2003).
Limbah yang dihasilkan oleh tanaman kelapa sawit dapat memberikan
manfaat yang besar bagi kehidupan, diantaranya sebagai pupuk organik dan
sebagai arang aktif. Salah satu limbah padat industri kelapa sawit adalah Tandan
Kosong Sawit (TKS). Tempurung kelapa sawit termasuk juga limbah padat hasil
pengolahan kelapa sawit (Prasetyo, 2013). Limbah padat mempunyai ciri khas
pada komposisinya, karena limbah tersebut banyak mengandung serat (Nuryanto,
2000).
TKS dapat digunakan sebagai pupuk organik yang memiliki unsur hara
yang dibutuhkan oleh tanah dan tanaman. Tandan kosong sawit juga
menghasilkan serat kuat yang dapat digunakan untuk berbagai hal, diantaranya
serat berkaret sebagai bahan pengisi jok mobil dan matras, polipot (pot kecil,
papan ukuran kecil, dan bahan pengepak industri) (Arief, 2013).
Selulosa merupakan biopolimer yang berlimpah di alam, yang bersifat
dapat diperbaharui, mudah terurai, dan juga tidak beracun. Selulosa merupakan
polimer karbohidrat yang tersusun atas β–D Glukopiranosa dan terdiri dari tiga
gugus hidroksi per anhidro glukosa yang menjadikan selulosa memiliki derajat
Universitas Sumatera Utara
2
fungsionalitas yang tinggi. Sebagai materi yang dapat diperbaharui, selulosa dan
turunannya dapat dipelajari dengan baik. Bahan dasar selulosa telah digunakan
lebih dari 150 tahun dalam berbagai macam aplikasi, seperti makanan, produksi
kertas, biomaterial, dan dalam bidang kesehatan (Coffey et al, 1995).
Nanoserat secara luas digunakan dalam obat-obatan, elektronik, membran,
dan kertas. Dengan adanya penelitian isolasi nanoserat ini dari TKS dengan proses
lignifikasi dan pemutihandiharapkan hasil selulosa yang diperoleh sangat bagus
(Bledzki and Gassan, 1990).
Isolasi selulosa dari serat sorghum dilakukan dengan menggunakan
oksidator Tetramethyl Piperidine 1 oxyl (TEMPO). Peneliti menambahkan NaOH
4% pada suhu 70-90° C selama 4 jam. Hasil paling baik yang ditunjukkan oleh
proses oksidasi radikal dimana hasil serat selulosanya paling terurai, kondisi
permukaan paling bersih, serta nilai kristalin paling tinggi (Ammar,2004)
Penggunaan Tetramethyl Piperidine 1 oxyl (TEMPO) untuk menghasilkan
nanoserat selulosa dari kayu dilakukan dengan menggunakan NaOCl (Natrium
Hipoklorit) dan Natrium Bromida pada pH 10 dan suhu 25°C. Hasil menunjukkan
bahwa parameter yang paling baik adalah proses oksidasi pada pembuatan
nanoserat selulosa. Penggunaan TEMPO sebagai katalis sangat efisien untuk
menghasilkan nanoserat paling baik (Anna dan Sara, 2010).
Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian tentang Pembuatan nanoserat selulosa dari tandan kosong sawit dengan
menggunakan oksidator tetramethyl piperidine 1 oxyl (TEMPO).
1.2
Perumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana
mengisolasinanoserat
selulosa
dari
α-selulosa
dengan
menggunakan oksidator TEMPO.
2. Bagaimana karakteristik dari nanoserat selulosa yang dihasilkan.
Universitas Sumatera Utara
3
1.3
Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi pada :
1. Tandan Kosong Sawit yang digunakan dalam penelitian berasal dari PTPN
IV Adolina Jl.Letjen Suprapto No.2 Deli Serdang Sumatera Utara.
2. Nanoserat Selulosa diperoleh dari α-selulosa dengan oksidator TEMPO.
3. Karakterisasi nanoserat selulosa dari TKS dengan menggunakan gugus
fungsi FT-IR, sifat morfologi dengan menggunakan SEM, dan analisis
ukuran partikel dengan menggunakan TEM.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk
mengisolasi
nanoserat
selulosa
dari
α-Selulosa
dengan
menggunakan oksidator TEMPO.
2. Untuk mengkarakteristik dari nanoserat yang dihasilkan.
1.5
Manfaat Penelitian
1. Pemanfaatan limbah TKS sebagai bahan baku pembuatan selulosa
diharapkan mampu meningkatkan nilai tambah di dalam industri.
2. Memberikan informasi tentang isolasi nanoserat selulosa dari a-selulosa
yang diperoleh dari tandan TKS sebagai salah satu bahan yang digunakan
dalam pendukung obat – obatan
1.6
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar LIDA FMIPA USU
Medan, analisis perubahan gugus fungsi menggunakan spektrofotometer
FT-IR dilakukan di Universitas Gajah Mada, Uji SEM dilakukan di PT.
Nanotech Herbal Indonesia di Jakarta dan analisis ukuran partikel (TEM)
dilakukan di Universitas Gajah Mada.
1.7
Metodologi Penelitian
Penelitian ini berupa eksperimen laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam 2 tahapan, yaitu :
Universitas Sumatera Utara
4
1. Pada tahap ini adalah penyiapan serbuk tandan kosong sawit kemudian
diisolasi untuk mendapatkan α-selulosa. Karakterisasi yang digunakan
adalah analisis gugus fungsi dengan menggunakan Spektroskopi FTIR.
Variable-variabel yang digunakan adalah:
-
Variabel tetap:
Suhu (ºC)
Waktu (menit)
Berat serbuk tandan kosong sawit (gram)
Volume (mL)
-
Variable terikat:
Spektrum inframerah
2. Pada Tahap ini adalah proses sintesis nanoserat selulosa, dimana αselulosa disintesis dengan menggunakan NaBr, NaOCl, TEMPO, dan
larutan buffer10. Selanjutnya dihomogenisasi, disonifikasi untuk
memecah partikelnya lebih kecil, dan selanjutnya di sentrifugator
untuk memisahkan bagian residu dari filtratnya sehingga diperoleh
nanoserat selulosa. Karakterisasi yang digunakan adalah analisis
gugus fungsi menggunakan Spektroskopi FTIR, analisis morfologi
menggunakan SEM dan alisis ukuran partikel menggunakan TEM
Variabel-variabel yang digunakan adalah :
-
Variabel tetap:
Suhu (ºC)
Berat serbuk α-selulosa (g)
Volume (mL)
Waktu Isolasi (menit)
-
Variabel terikat :
Spektrum inframerah
Uji morfologi
Ukuran partikel
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Tanaman kelapa sawit (Elais guinensiss Jacq) berasal dari Nigeria, Afrika Barat.
Selain itu, ada yang menyatakan bahwa kelapa sawit berasal dari Amerika selatan
yaitu Brazil karena lebih banyak ditemukan spesies kelapa sawit di hutan Brazil
dibandingkan dengan Afrika. Pada kenyataannya tanaman kelapa sawit hidup
subur di luar daerah asalnya, seperti Malaysia, Indonesia, Thailand, dan Papua
Nugini. Bahkan mampu memberikan hasil produksi per hektar yang lebih tinggi.
Bagi Indonesia, tanaman kelapa sawit memiliki arti penting bagi pembangunan
perkebunan nasional. Selain mampu menciptakan kesempatan kerja yang
mengarah pada kesejahteraan masyarakat, juga sebagai sumber perolehan devisa
Negara (Fauzi, 2003).
Limbah yang dihasilkan oleh tanaman kelapa sawit dapat memberikan
manfaat yang besar bagi kehidupan, diantaranya sebagai pupuk organik dan
sebagai arang aktif. Salah satu limbah padat industri kelapa sawit adalah Tandan
Kosong Sawit (TKS). Tempurung kelapa sawit termasuk juga limbah padat hasil
pengolahan kelapa sawit (Prasetyo, 2013). Limbah padat mempunyai ciri khas
pada komposisinya, karena limbah tersebut banyak mengandung serat (Nuryanto,
2000).
TKS dapat digunakan sebagai pupuk organik yang memiliki unsur hara
yang dibutuhkan oleh tanah dan tanaman. Tandan kosong sawit juga
menghasilkan serat kuat yang dapat digunakan untuk berbagai hal, diantaranya
serat berkaret sebagai bahan pengisi jok mobil dan matras, polipot (pot kecil,
papan ukuran kecil, dan bahan pengepak industri) (Arief, 2013).
Selulosa merupakan biopolimer yang berlimpah di alam, yang bersifat
dapat diperbaharui, mudah terurai, dan juga tidak beracun. Selulosa merupakan
polimer karbohidrat yang tersusun atas β–D Glukopiranosa dan terdiri dari tiga
gugus hidroksi per anhidro glukosa yang menjadikan selulosa memiliki derajat
Universitas Sumatera Utara
2
fungsionalitas yang tinggi. Sebagai materi yang dapat diperbaharui, selulosa dan
turunannya dapat dipelajari dengan baik. Bahan dasar selulosa telah digunakan
lebih dari 150 tahun dalam berbagai macam aplikasi, seperti makanan, produksi
kertas, biomaterial, dan dalam bidang kesehatan (Coffey et al, 1995).
Nanoserat secara luas digunakan dalam obat-obatan, elektronik, membran,
dan kertas. Dengan adanya penelitian isolasi nanoserat ini dari TKS dengan proses
lignifikasi dan pemutihandiharapkan hasil selulosa yang diperoleh sangat bagus
(Bledzki and Gassan, 1990).
Isolasi selulosa dari serat sorghum dilakukan dengan menggunakan
oksidator Tetramethyl Piperidine 1 oxyl (TEMPO). Peneliti menambahkan NaOH
4% pada suhu 70-90° C selama 4 jam. Hasil paling baik yang ditunjukkan oleh
proses oksidasi radikal dimana hasil serat selulosanya paling terurai, kondisi
permukaan paling bersih, serta nilai kristalin paling tinggi (Ammar,2004)
Penggunaan Tetramethyl Piperidine 1 oxyl (TEMPO) untuk menghasilkan
nanoserat selulosa dari kayu dilakukan dengan menggunakan NaOCl (Natrium
Hipoklorit) dan Natrium Bromida pada pH 10 dan suhu 25°C. Hasil menunjukkan
bahwa parameter yang paling baik adalah proses oksidasi pada pembuatan
nanoserat selulosa. Penggunaan TEMPO sebagai katalis sangat efisien untuk
menghasilkan nanoserat paling baik (Anna dan Sara, 2010).
Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian tentang Pembuatan nanoserat selulosa dari tandan kosong sawit dengan
menggunakan oksidator tetramethyl piperidine 1 oxyl (TEMPO).
1.2
Perumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana
mengisolasinanoserat
selulosa
dari
α-selulosa
dengan
menggunakan oksidator TEMPO.
2. Bagaimana karakteristik dari nanoserat selulosa yang dihasilkan.
Universitas Sumatera Utara
3
1.3
Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi pada :
1. Tandan Kosong Sawit yang digunakan dalam penelitian berasal dari PTPN
IV Adolina Jl.Letjen Suprapto No.2 Deli Serdang Sumatera Utara.
2. Nanoserat Selulosa diperoleh dari α-selulosa dengan oksidator TEMPO.
3. Karakterisasi nanoserat selulosa dari TKS dengan menggunakan gugus
fungsi FT-IR, sifat morfologi dengan menggunakan SEM, dan analisis
ukuran partikel dengan menggunakan TEM.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk
mengisolasi
nanoserat
selulosa
dari
α-Selulosa
dengan
menggunakan oksidator TEMPO.
2. Untuk mengkarakteristik dari nanoserat yang dihasilkan.
1.5
Manfaat Penelitian
1. Pemanfaatan limbah TKS sebagai bahan baku pembuatan selulosa
diharapkan mampu meningkatkan nilai tambah di dalam industri.
2. Memberikan informasi tentang isolasi nanoserat selulosa dari a-selulosa
yang diperoleh dari tandan TKS sebagai salah satu bahan yang digunakan
dalam pendukung obat – obatan
1.6
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar LIDA FMIPA USU
Medan, analisis perubahan gugus fungsi menggunakan spektrofotometer
FT-IR dilakukan di Universitas Gajah Mada, Uji SEM dilakukan di PT.
Nanotech Herbal Indonesia di Jakarta dan analisis ukuran partikel (TEM)
dilakukan di Universitas Gajah Mada.
1.7
Metodologi Penelitian
Penelitian ini berupa eksperimen laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam 2 tahapan, yaitu :
Universitas Sumatera Utara
4
1. Pada tahap ini adalah penyiapan serbuk tandan kosong sawit kemudian
diisolasi untuk mendapatkan α-selulosa. Karakterisasi yang digunakan
adalah analisis gugus fungsi dengan menggunakan Spektroskopi FTIR.
Variable-variabel yang digunakan adalah:
-
Variabel tetap:
Suhu (ºC)
Waktu (menit)
Berat serbuk tandan kosong sawit (gram)
Volume (mL)
-
Variable terikat:
Spektrum inframerah
2. Pada Tahap ini adalah proses sintesis nanoserat selulosa, dimana αselulosa disintesis dengan menggunakan NaBr, NaOCl, TEMPO, dan
larutan buffer10. Selanjutnya dihomogenisasi, disonifikasi untuk
memecah partikelnya lebih kecil, dan selanjutnya di sentrifugator
untuk memisahkan bagian residu dari filtratnya sehingga diperoleh
nanoserat selulosa. Karakterisasi yang digunakan adalah analisis
gugus fungsi menggunakan Spektroskopi FTIR, analisis morfologi
menggunakan SEM dan alisis ukuran partikel menggunakan TEM
Variabel-variabel yang digunakan adalah :
-
Variabel tetap:
Suhu (ºC)
Berat serbuk α-selulosa (g)
Volume (mL)
Waktu Isolasi (menit)
-
Variabel terikat :
Spektrum inframerah
Uji morfologi
Ukuran partikel
Universitas Sumatera Utara