Pengaruh Waktu Hidrolisis Terhadap Derajat Kristalinitas Selulosa dari Kayu Kelapa Sawit (Elais guinensis Jack)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Di Indonesia terdapat banyak perkebunan kelapa sawit baik milik pemerintah, milik swasta
maupun milik rakyat. Kelapa sawit adalah salah satu komoditi andalan Indonesia yang
perkembangannya demikian pesat. Khususnya untuk wilayah Sumatera dan Kalimantan.
Kayu kelapa sawit (KKS) merupakan salah satu limbah hasil perkebunan yang
ketersediaannya yang berlimpah dan belum optimal dimanfaatkan. Selama ini KKS
merupakan biomassa terbesar dari hasil peremajaan tanaman kelapa sawit masih dibiarkan
jadi limbah pertanian yang tidak termanfaatkan. Penanggulangan limbah peremajaan ini
membutuhkan biaya yang besar yang biasanya dilakukan dengan meracuni, menumpuk dan
membakarnya. Hal ini tentu juga akan menimbulkan emisi yang dapat mencemari udara dan
berdampak pada kelestarian lingkungan (Desyanti, 2000).
Kadar air KKS basah ± 40 %, kerapatannya berkisar dari 0,2 – 0,6 gr/ml dengan
kerapatan rata-rata 0,37 gr/ml. Pada keadaan kering konstan, komponen-komponen yang
terkandung dalam KKS adalah selulosa (30,77 %), pentosa (20,05 %), lignin (17,22 %),
hemiselulosa (16,81 %), air (12,05 %), abu (2,25 %) dan SiO2 (0,84 %) (Lubis, 1994).
Diantara polimer alam, selulosa merupakan unit ulang (1,4)-β- glukopironase yang
membentuk struktur berserat dengan kristalinitas yang tinggi yaitu bahan utama untuk
polimer hidrogel biodegradible karena merupakan biopolimer yang melimpah di Bumi
(Senna, 2014).
Polimer selulosa terdiri atas dua bagian, yaitu bagian dengan susunan rantai yang
teratur (kristalin) dan bagian susunan rantai yang tidak teratur (amorf). Derajat kristalinitas
suatu polimer berpengaruh besar terhadap sifat polimer yang terkait dengan penggunaannya.
Pada umumnya selulosa bersifat relatif kristalin (Sjostrom, 1981).
Universitas Sumatera Utara
Selulosa terdiri dari 2 bagian yaitu amorf dan kristal. Selulosa dapat ditemukan dalam
bentuk mikrofibril kristalin selulosa I, selulosa II, selulosa III, selulosa IV. Fraksi kristal
dinyatakan dalam persentase sebagai index kristalinitas (Klemm,1998).
Metode hidrolisis asam merupakan metode lebih sederhana, tanpa harus melalui
beberapa tahapan seperti pada hidrolisis secara enzimatik. Hidrolisis secara asam
memerlukan waktu proses yang relatif lebih singkat, teknologi yang lebih sederhana,
pengaturan
kondisi
yang
lebih
mudah,
serta
biaya
yang
relatif
lebih
murah
(Taherzadeh,2007).
Proses hidrolisis menggunakan asam dipengaruhi oleh ukuran bahan, kecepatan
pengadukan, konsentrasi asam, rasio
bahan, suhu pemanasan, dan waktu pemanasan.
Semakin halus ukuran permukaan bahan maka kecepatan reaksi semakin tinggi dan akan
memperbesar konveksi reaksi. Semakin tinggi temperatur hidrolisis maka hidrolisis akan
berlangsung lebih cepat (Edison,2015).
Rini (2016) telah melakukan penelitian tentang pembuatan dan karakteristik selulosa
mikrokristal dari limbah kertas HVS dengan variasi waktu hidrolisis dengan menggunakan
pelarut HCl 2,5 N. Dimana variasi waktu yang digunakan adalah 5 menit, 10 menit, 15 menit,
20 menit, dan 30 menit. Hasil yang didapat yaitu semakin lama waktu hidrolisis asam maka
jumlah rendemen yang dihasilkan meningkat.
Veronicha (2017) telah melakukan penelitian tentang kajian terhadap penyediaan
selulosa mikrokristal dari selulosa tandan kosong kelapa sawit (Elais guinnensis) dengan
metode hidrolisis menggunakan asam klorida (HCl). Hasil XRD menunjukkan bahwa
selulosa mikrokristal berbentuk kristal dengan ditandai dua puncak maksimum yang relatif
lebih tajam yaitu berada pada sudut (2θ) 200 dan 22
0
. derajat kristalinitas selulosa
mikrokristal pada konsentrasi 2,5, Npada suhu 750 C adalah sebesar 72,9 %.
Arini (2015) melakukan penelitian mengenai analisis pengaruh waktu hidrolisis
terhadap sifat mekanis selulosa kristalin dari campuran serbuk gergaji kayu belian, kayu
bengkirai, kayu jati, dan kayu meranti. Penelitian dilakukan dengan menghidrolisis selulosa
menggunakan HCl 37 % dan variasi waktu hidrolisis yaitu 35 menit, 45 menit, dan 90 menit.
Nilai optimum diperoleh dari hidrolisis dengan variasi waktu 30 menit dimana memiliki nilai
derajat kiristalinitas 74,49 %.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan latar belakang diatas peneliti tertarik untuk melakukan penelitian tentang
pengaruh waktu hidrolisis terhadap derajat kristalinitas selulosa dari kayu kelapa sawit (Elais
guinensiss Jacq).
1.2. Permasalahan
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh hidrolisis dengan HCl 2 N terhadap selulosa dan α – selulosa
yang terkandung dalam kayu kelapa sawit ?
2. Berapakah derajat kristalinitas selulosa dan α – selulosa yang terkandung dalam kayu
kelapa sawit ?
1.3. Pembatasan Masalah
Penelitian ini mengambil batasan-batasan sebagai berikut:
1. Selulosa dan α – selulosa yang digunakan diisolasi dari kayu kelapa sawit (Elais
guinensis Jack)
2. Selulosa dan α – selulosa yang diperoleh dilakukan hidrolisis dengan menggunakan
HCl 2 N.
3. Karakterisasi selulosa dan α – selulosa yang diperoleh menggunakan FTIR
4. Penentuan derajat kristalinitas selulosa dan α – selulosa diperoleh menggunakan uji
XRD
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui cara isolasi selulosa dari KKS
2. Untuk mengetahui pengaruh waktu hidrolisis terhadap derajat kristalinitas selulosa
dan α– selulosa dengan pengukuran XRD
1.5. Manfaat Penelitian
Universitas Sumatera Utara
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai derajat kristalinitas selulosa
danα – selulosa dari kayu kelapa sawit, sehingga dapat digunakan sebagai langkah awal
untuk pemanfaatan selulosa dan α – selulosa selanjutnya. Serta dapat mengolah kayu kelapa
sawit yang tersebar luas menjadi produk yang lebih bermanfaat dan dapat menghasilkan
produk yang berkualitas.
1.6. Lokasi Penilitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika FMIPA USU, Laboratorium Kimia
Organik FMIPA UGM, Laboratorium Pusat Penelitian Fisika – LIPI.
1.7. Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini dilakukan
beberapa tahapan yaitu:
-
Tahap persiapan serbuk kayu kelapa sawit.
-
Tahap isolasi selulosa dan α – selulosa dari kayu kelapa sawit.
-
Tahap hidrolisis selulosa dengan menggunakan HCl 2 N
Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah:
-
Variabel tetap
:
- Massa ( 4 g )
-
-
Variabel terikat
:
-
Derajat kristalinitas dengan uji XRD
-
Gugus fungsi dengan uji FTIR
Variabel bebas :
-
Waktu hidrolisis (0, 20, 40, 60 menit)
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Di Indonesia terdapat banyak perkebunan kelapa sawit baik milik pemerintah, milik swasta
maupun milik rakyat. Kelapa sawit adalah salah satu komoditi andalan Indonesia yang
perkembangannya demikian pesat. Khususnya untuk wilayah Sumatera dan Kalimantan.
Kayu kelapa sawit (KKS) merupakan salah satu limbah hasil perkebunan yang
ketersediaannya yang berlimpah dan belum optimal dimanfaatkan. Selama ini KKS
merupakan biomassa terbesar dari hasil peremajaan tanaman kelapa sawit masih dibiarkan
jadi limbah pertanian yang tidak termanfaatkan. Penanggulangan limbah peremajaan ini
membutuhkan biaya yang besar yang biasanya dilakukan dengan meracuni, menumpuk dan
membakarnya. Hal ini tentu juga akan menimbulkan emisi yang dapat mencemari udara dan
berdampak pada kelestarian lingkungan (Desyanti, 2000).
Kadar air KKS basah ± 40 %, kerapatannya berkisar dari 0,2 – 0,6 gr/ml dengan
kerapatan rata-rata 0,37 gr/ml. Pada keadaan kering konstan, komponen-komponen yang
terkandung dalam KKS adalah selulosa (30,77 %), pentosa (20,05 %), lignin (17,22 %),
hemiselulosa (16,81 %), air (12,05 %), abu (2,25 %) dan SiO2 (0,84 %) (Lubis, 1994).
Diantara polimer alam, selulosa merupakan unit ulang (1,4)-β- glukopironase yang
membentuk struktur berserat dengan kristalinitas yang tinggi yaitu bahan utama untuk
polimer hidrogel biodegradible karena merupakan biopolimer yang melimpah di Bumi
(Senna, 2014).
Polimer selulosa terdiri atas dua bagian, yaitu bagian dengan susunan rantai yang
teratur (kristalin) dan bagian susunan rantai yang tidak teratur (amorf). Derajat kristalinitas
suatu polimer berpengaruh besar terhadap sifat polimer yang terkait dengan penggunaannya.
Pada umumnya selulosa bersifat relatif kristalin (Sjostrom, 1981).
Universitas Sumatera Utara
Selulosa terdiri dari 2 bagian yaitu amorf dan kristal. Selulosa dapat ditemukan dalam
bentuk mikrofibril kristalin selulosa I, selulosa II, selulosa III, selulosa IV. Fraksi kristal
dinyatakan dalam persentase sebagai index kristalinitas (Klemm,1998).
Metode hidrolisis asam merupakan metode lebih sederhana, tanpa harus melalui
beberapa tahapan seperti pada hidrolisis secara enzimatik. Hidrolisis secara asam
memerlukan waktu proses yang relatif lebih singkat, teknologi yang lebih sederhana,
pengaturan
kondisi
yang
lebih
mudah,
serta
biaya
yang
relatif
lebih
murah
(Taherzadeh,2007).
Proses hidrolisis menggunakan asam dipengaruhi oleh ukuran bahan, kecepatan
pengadukan, konsentrasi asam, rasio
bahan, suhu pemanasan, dan waktu pemanasan.
Semakin halus ukuran permukaan bahan maka kecepatan reaksi semakin tinggi dan akan
memperbesar konveksi reaksi. Semakin tinggi temperatur hidrolisis maka hidrolisis akan
berlangsung lebih cepat (Edison,2015).
Rini (2016) telah melakukan penelitian tentang pembuatan dan karakteristik selulosa
mikrokristal dari limbah kertas HVS dengan variasi waktu hidrolisis dengan menggunakan
pelarut HCl 2,5 N. Dimana variasi waktu yang digunakan adalah 5 menit, 10 menit, 15 menit,
20 menit, dan 30 menit. Hasil yang didapat yaitu semakin lama waktu hidrolisis asam maka
jumlah rendemen yang dihasilkan meningkat.
Veronicha (2017) telah melakukan penelitian tentang kajian terhadap penyediaan
selulosa mikrokristal dari selulosa tandan kosong kelapa sawit (Elais guinnensis) dengan
metode hidrolisis menggunakan asam klorida (HCl). Hasil XRD menunjukkan bahwa
selulosa mikrokristal berbentuk kristal dengan ditandai dua puncak maksimum yang relatif
lebih tajam yaitu berada pada sudut (2θ) 200 dan 22
0
. derajat kristalinitas selulosa
mikrokristal pada konsentrasi 2,5, Npada suhu 750 C adalah sebesar 72,9 %.
Arini (2015) melakukan penelitian mengenai analisis pengaruh waktu hidrolisis
terhadap sifat mekanis selulosa kristalin dari campuran serbuk gergaji kayu belian, kayu
bengkirai, kayu jati, dan kayu meranti. Penelitian dilakukan dengan menghidrolisis selulosa
menggunakan HCl 37 % dan variasi waktu hidrolisis yaitu 35 menit, 45 menit, dan 90 menit.
Nilai optimum diperoleh dari hidrolisis dengan variasi waktu 30 menit dimana memiliki nilai
derajat kiristalinitas 74,49 %.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan latar belakang diatas peneliti tertarik untuk melakukan penelitian tentang
pengaruh waktu hidrolisis terhadap derajat kristalinitas selulosa dari kayu kelapa sawit (Elais
guinensiss Jacq).
1.2. Permasalahan
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh hidrolisis dengan HCl 2 N terhadap selulosa dan α – selulosa
yang terkandung dalam kayu kelapa sawit ?
2. Berapakah derajat kristalinitas selulosa dan α – selulosa yang terkandung dalam kayu
kelapa sawit ?
1.3. Pembatasan Masalah
Penelitian ini mengambil batasan-batasan sebagai berikut:
1. Selulosa dan α – selulosa yang digunakan diisolasi dari kayu kelapa sawit (Elais
guinensis Jack)
2. Selulosa dan α – selulosa yang diperoleh dilakukan hidrolisis dengan menggunakan
HCl 2 N.
3. Karakterisasi selulosa dan α – selulosa yang diperoleh menggunakan FTIR
4. Penentuan derajat kristalinitas selulosa dan α – selulosa diperoleh menggunakan uji
XRD
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui cara isolasi selulosa dari KKS
2. Untuk mengetahui pengaruh waktu hidrolisis terhadap derajat kristalinitas selulosa
dan α– selulosa dengan pengukuran XRD
1.5. Manfaat Penelitian
Universitas Sumatera Utara
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai derajat kristalinitas selulosa
danα – selulosa dari kayu kelapa sawit, sehingga dapat digunakan sebagai langkah awal
untuk pemanfaatan selulosa dan α – selulosa selanjutnya. Serta dapat mengolah kayu kelapa
sawit yang tersebar luas menjadi produk yang lebih bermanfaat dan dapat menghasilkan
produk yang berkualitas.
1.6. Lokasi Penilitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika FMIPA USU, Laboratorium Kimia
Organik FMIPA UGM, Laboratorium Pusat Penelitian Fisika – LIPI.
1.7. Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini dilakukan
beberapa tahapan yaitu:
-
Tahap persiapan serbuk kayu kelapa sawit.
-
Tahap isolasi selulosa dan α – selulosa dari kayu kelapa sawit.
-
Tahap hidrolisis selulosa dengan menggunakan HCl 2 N
Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah:
-
Variabel tetap
:
- Massa ( 4 g )
-
-
Variabel terikat
:
-
Derajat kristalinitas dengan uji XRD
-
Gugus fungsi dengan uji FTIR
Variabel bebas :
-
Waktu hidrolisis (0, 20, 40, 60 menit)
Universitas Sumatera Utara