Sintesis Selulosa Sitrat dari Selulosa Daun Nenas (Ananas comosus (L)Merr ) Melalui Reaksi Esterifikasi dengan Asam Sitrat Sebagai Pengadsorpsi Ion Kadmium (Cd2+)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Selulosa merupakan senyawa yang memiliki karakter hidrofilik karena adanya gugus
hidroksil pada tiap unit polimernya.Gugus fungsi selulosa alam ataupun turunannya
dapat berinteraksi secara fisik atau kimia. Selulosa memiliki gugus fungsi yang dapat
melakukan pengikatan dengan ion logam
(Ibbet,et al., 2006 ). Selulosa adalah
biopolimer alami yang paling berlimpah dengan kekuatan mekanik yang relatif kuat
hingga 10.000 Mpa dan selulosa memiliki struktur kimia mirip dengan kitosan,
memungkinkan untuk menghasilkan campuran homogen yang menggabungkan sifat
dari kitosan dan selulosa dengan baik (Bai,2005). α- Selulosa digunakan dalam
perkamen vulkanisir, resin kertas, dan kertas khusus sesuai dengan kebutuhan.αSelulosa yang sangat murni, disebut larutan pulp, digunakan dalam pembuatan rayon,
kertas kaca, nitro selulosa, selulosa asetat, dan turunan selulosa lainnya (Bethel,
1962).
Marshall et al., (1999) melakukan pengujian terhadap selulosa dari kulit kacang
kedelai yang dimodifikasi dengan asam sitrat sehingga kemampuan serapan terhadap
ion Co2+ mengalami peningkatan dari 0.68mmol/g sebelum dimodifikasi menjadi
2.44 mmol/g. Hal ini disebabkan oleh bertambahnya gugus karboksilat pada selulosa
kulit kacang kedelai melalui reaksi dengan asam sitrat. Low et al., (2004) juga telah
meneliti selulosa dari kayu yang dimodifikasi dengan asam sitrat dimana
bertambahnya gugus karboksilat pada selulosa kayu meningkatkan daya serap
terhadap kation logam. Thanh, N dan Nhung, H (2009) telah memodifikasi kapas
yang komponen utamanya adalah selulosa dengan asam sitrat pada temperatur yang
tinggi
sehingga
kapasitas
adsorpsi
modifikasi
selulosa
yang
diperoleh
meningkatdisebabkan sebagian gugus -OH mengalami asilasi oleh asam sitrat dan
terbentuk gugus karboksilat yang kekuatan adsorbsinya sebagai pengkhelat lebih
tinggi dari gugus hidroksil sehingga dapat diaplikasikan mengadsorpsi ion �� 2+ dan
�� 2+.
Tanaman nanas merupakan salah satu tanaman yang memiliki kandungan serat
yang tinggi. Dalam Norman (1937),disebutkan bahwa dalam serat daun nenas
mengandung 62-79% selulosa. Sedangkan dalam Hidayat (2008), disebutkan terdapat
69,5-71,5% selulosa dalam daun nanas ini diharapkan dapat dijadikan sumber
selulosa sebagai alternatif baru untuk adsorben logam berat.
Pencemaran logam berat terhadap lingkungan merupakan suatu proses yang
erat hubungannya dengan penggunaan logam dalam kegiatan manusia, dan secara
sengaja maupun tidak sengaja membuang berbagai limbah yang mengandung logam
berat ke lingkungan. Logam-logam tertentu dalam konsentrasi tinggi akan sangat
berbahaya bila ditemukan di dalam lingkungan (air, tanah, dan udara). Salah satu
contoh logam berat yang sangat berbahaya adalah logam Cd. Logam Cd mempunyai
penyebaran yang sangat luas di alam.Adapun dampak negatif logam Cddalam tubuh
manusia yaitu dapat menghambat kerja paru-paru, bahkan mengakibatkan kanker
paru-paru, mual, muntah, diare, kram, anemia, kerusakan ginjal dan hati (Palar,
2008).Jonak et al. (2004) menjelaskan bahwa kadmium tidak diketahui memiliki
fungsi biologis di dalam sel tetapi memiliki sifat reaktif yang sangat tinggi dan dapat
menginaktifkan berbagai macam aktivitas enzim yang diperlukan oleh sel.Logam
berat berbahaya karena dapat mengganggu kehidupan organisme di lingkungan jika
keberadaannya melampaui ambang batas.Beberapa metode yang dapat digunakan
untuk menurunkan konsentrasi ion logam dalam limbah cair diantaranya adalah
adsorpsi, pengendapan, penukar ion dengan menggunakan resin, dan filtrasi.Diantara
metode-metode tersebut, adsorpsi merupakan metode yang paling umum dipakai
karena memiliki konsep yang lebih sederhana dan ekonomis.
Berdasarkan uraian diatas, peneliti tertarik untuk melakukan sintesis selulosa
sitrat dari selulosa hasil isolasi dari daun nenas dengan asam sitrat melalui reaksi
esterifikasi serta membandingkan kekuatan serapan terhadap ion logam Cd2+.
1.2.
Permasalahan
1. Bagaimana mensintesis selulosa sitrat melalui reaksi esterifikasi dari selulosa daun
nenas dengan asam sitrat ?
2.Bagaimana daya adsorpsi selulosa hasil isolasi dari daun nenas dibandingkan
selulosa
1.3.
sitrat hasil esterifikasi terhadap ion Cd2+ ?
Pembatasan Masalah
1. Selulosa yang digunakan adalah selulosa dari daun nenas yang diambil dari
daerah Pancur Batu, Kabupaten Deli Serdang.
2. Senyawa selulosa sitrat diperoleh dari hasil esterifikasi selulosa dengan asam
sitrat.
3. Ion logam Cd (II) yang digunakan adalah larutan standar CdCl2.
1.4.
Tujuan Penelitian
1. Untuk mensintesis selulosa sitrat melalui reaksi esterifikasi dari selulosa daun
nenas dengan asam sitrat ?
2.Untuk menentukan daya adsorpsi selulosa hasil isolasi dari daun nenas
dibandingkan selulosa sitrat hasil esterifikasi terhadap ion Cd2+ ?
1.5.
Manfaat Penelitian
Sebagai sumber informasi dalam reaksi sintesis dan pengembangan dari reaksi- reaksi
organik dalam reaksi alkilasi untuk menghasilkan senyawa turunan selulosa yang
dapat digunakan sebagai adsorben terhadap ion logam Cd2+.
1.6.
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA-USU
Medan.Analisisperubahan gugus fungsi menggunakan spektrofotometer FT-IR
dilakukan di laboratoriumsalah satu perusahaan swasta di Medan. Analisis morfologi
permukaan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopic)dilakukan di Pusat
Laboratorium Forensik Mabes Polri Jakarta.Analisis penyerapan ion logam
menggunakan SSA (Spektrofotometer Serapan Atom) dilaksanakan di Laboratorium
Badan Riset dan Standarisasi (Baristand) Medan.
1.7.
MetodologiPenelitian
Penelitian ini bersifateksperimen laboratorium dimana pada tahap pertama dilakukan
preparasi terhadapdaun nenas yang kemudian dilakukan isolasi untuk mendapatkan α
selulosa. Tahap selanjutnya dilakukan proses esterifikasi dimana asam sitrat terlebih
dahulu dilarutkan dengan aquadest kemudian dicampur dengan selulosa. Residunya
kemudian dikeringkan didalam oven pada suhu 500C selama 12 jam, setelah itu suhu
dinaikkan menjadi 1200C selama 12 jam.Hasil yang diperoleh dicuci dengan aquadest
hangat untuk menghilangkan asam sitrat yang tidak ikut bereaksi. Sehingga diperoleh
selulosa sitrat yang kemudian dianalisis dengan spektroskopi FT-IR (Fourier
Transform Infrared) dan analisis SEM (Scanning Electron Microscopic), dihitung
derajat substitusinya serta dilakukan pengujian kemampuan serapannya terhadap ion
logam Cd2+ menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA).
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Selulosa merupakan senyawa yang memiliki karakter hidrofilik karena adanya gugus
hidroksil pada tiap unit polimernya.Gugus fungsi selulosa alam ataupun turunannya
dapat berinteraksi secara fisik atau kimia. Selulosa memiliki gugus fungsi yang dapat
melakukan pengikatan dengan ion logam
(Ibbet,et al., 2006 ). Selulosa adalah
biopolimer alami yang paling berlimpah dengan kekuatan mekanik yang relatif kuat
hingga 10.000 Mpa dan selulosa memiliki struktur kimia mirip dengan kitosan,
memungkinkan untuk menghasilkan campuran homogen yang menggabungkan sifat
dari kitosan dan selulosa dengan baik (Bai,2005). α- Selulosa digunakan dalam
perkamen vulkanisir, resin kertas, dan kertas khusus sesuai dengan kebutuhan.αSelulosa yang sangat murni, disebut larutan pulp, digunakan dalam pembuatan rayon,
kertas kaca, nitro selulosa, selulosa asetat, dan turunan selulosa lainnya (Bethel,
1962).
Marshall et al., (1999) melakukan pengujian terhadap selulosa dari kulit kacang
kedelai yang dimodifikasi dengan asam sitrat sehingga kemampuan serapan terhadap
ion Co2+ mengalami peningkatan dari 0.68mmol/g sebelum dimodifikasi menjadi
2.44 mmol/g. Hal ini disebabkan oleh bertambahnya gugus karboksilat pada selulosa
kulit kacang kedelai melalui reaksi dengan asam sitrat. Low et al., (2004) juga telah
meneliti selulosa dari kayu yang dimodifikasi dengan asam sitrat dimana
bertambahnya gugus karboksilat pada selulosa kayu meningkatkan daya serap
terhadap kation logam. Thanh, N dan Nhung, H (2009) telah memodifikasi kapas
yang komponen utamanya adalah selulosa dengan asam sitrat pada temperatur yang
tinggi
sehingga
kapasitas
adsorpsi
modifikasi
selulosa
yang
diperoleh
meningkatdisebabkan sebagian gugus -OH mengalami asilasi oleh asam sitrat dan
terbentuk gugus karboksilat yang kekuatan adsorbsinya sebagai pengkhelat lebih
tinggi dari gugus hidroksil sehingga dapat diaplikasikan mengadsorpsi ion �� 2+ dan
�� 2+.
Tanaman nanas merupakan salah satu tanaman yang memiliki kandungan serat
yang tinggi. Dalam Norman (1937),disebutkan bahwa dalam serat daun nenas
mengandung 62-79% selulosa. Sedangkan dalam Hidayat (2008), disebutkan terdapat
69,5-71,5% selulosa dalam daun nanas ini diharapkan dapat dijadikan sumber
selulosa sebagai alternatif baru untuk adsorben logam berat.
Pencemaran logam berat terhadap lingkungan merupakan suatu proses yang
erat hubungannya dengan penggunaan logam dalam kegiatan manusia, dan secara
sengaja maupun tidak sengaja membuang berbagai limbah yang mengandung logam
berat ke lingkungan. Logam-logam tertentu dalam konsentrasi tinggi akan sangat
berbahaya bila ditemukan di dalam lingkungan (air, tanah, dan udara). Salah satu
contoh logam berat yang sangat berbahaya adalah logam Cd. Logam Cd mempunyai
penyebaran yang sangat luas di alam.Adapun dampak negatif logam Cddalam tubuh
manusia yaitu dapat menghambat kerja paru-paru, bahkan mengakibatkan kanker
paru-paru, mual, muntah, diare, kram, anemia, kerusakan ginjal dan hati (Palar,
2008).Jonak et al. (2004) menjelaskan bahwa kadmium tidak diketahui memiliki
fungsi biologis di dalam sel tetapi memiliki sifat reaktif yang sangat tinggi dan dapat
menginaktifkan berbagai macam aktivitas enzim yang diperlukan oleh sel.Logam
berat berbahaya karena dapat mengganggu kehidupan organisme di lingkungan jika
keberadaannya melampaui ambang batas.Beberapa metode yang dapat digunakan
untuk menurunkan konsentrasi ion logam dalam limbah cair diantaranya adalah
adsorpsi, pengendapan, penukar ion dengan menggunakan resin, dan filtrasi.Diantara
metode-metode tersebut, adsorpsi merupakan metode yang paling umum dipakai
karena memiliki konsep yang lebih sederhana dan ekonomis.
Berdasarkan uraian diatas, peneliti tertarik untuk melakukan sintesis selulosa
sitrat dari selulosa hasil isolasi dari daun nenas dengan asam sitrat melalui reaksi
esterifikasi serta membandingkan kekuatan serapan terhadap ion logam Cd2+.
1.2.
Permasalahan
1. Bagaimana mensintesis selulosa sitrat melalui reaksi esterifikasi dari selulosa daun
nenas dengan asam sitrat ?
2.Bagaimana daya adsorpsi selulosa hasil isolasi dari daun nenas dibandingkan
selulosa
1.3.
sitrat hasil esterifikasi terhadap ion Cd2+ ?
Pembatasan Masalah
1. Selulosa yang digunakan adalah selulosa dari daun nenas yang diambil dari
daerah Pancur Batu, Kabupaten Deli Serdang.
2. Senyawa selulosa sitrat diperoleh dari hasil esterifikasi selulosa dengan asam
sitrat.
3. Ion logam Cd (II) yang digunakan adalah larutan standar CdCl2.
1.4.
Tujuan Penelitian
1. Untuk mensintesis selulosa sitrat melalui reaksi esterifikasi dari selulosa daun
nenas dengan asam sitrat ?
2.Untuk menentukan daya adsorpsi selulosa hasil isolasi dari daun nenas
dibandingkan selulosa sitrat hasil esterifikasi terhadap ion Cd2+ ?
1.5.
Manfaat Penelitian
Sebagai sumber informasi dalam reaksi sintesis dan pengembangan dari reaksi- reaksi
organik dalam reaksi alkilasi untuk menghasilkan senyawa turunan selulosa yang
dapat digunakan sebagai adsorben terhadap ion logam Cd2+.
1.6.
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA-USU
Medan.Analisisperubahan gugus fungsi menggunakan spektrofotometer FT-IR
dilakukan di laboratoriumsalah satu perusahaan swasta di Medan. Analisis morfologi
permukaan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopic)dilakukan di Pusat
Laboratorium Forensik Mabes Polri Jakarta.Analisis penyerapan ion logam
menggunakan SSA (Spektrofotometer Serapan Atom) dilaksanakan di Laboratorium
Badan Riset dan Standarisasi (Baristand) Medan.
1.7.
MetodologiPenelitian
Penelitian ini bersifateksperimen laboratorium dimana pada tahap pertama dilakukan
preparasi terhadapdaun nenas yang kemudian dilakukan isolasi untuk mendapatkan α
selulosa. Tahap selanjutnya dilakukan proses esterifikasi dimana asam sitrat terlebih
dahulu dilarutkan dengan aquadest kemudian dicampur dengan selulosa. Residunya
kemudian dikeringkan didalam oven pada suhu 500C selama 12 jam, setelah itu suhu
dinaikkan menjadi 1200C selama 12 jam.Hasil yang diperoleh dicuci dengan aquadest
hangat untuk menghilangkan asam sitrat yang tidak ikut bereaksi. Sehingga diperoleh
selulosa sitrat yang kemudian dianalisis dengan spektroskopi FT-IR (Fourier
Transform Infrared) dan analisis SEM (Scanning Electron Microscopic), dihitung
derajat substitusinya serta dilakukan pengujian kemampuan serapannya terhadap ion
logam Cd2+ menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA).