Pemanfaatan Limbah Kopi Sebagai Dasar Pembuatan Fluorescent Carbon Nanoparticles (F-CNPs) melalui Oksidasi Soot Dengan HNO3 Encer

BAB 1
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Konsumen kopi yang terus meningkat jumlahnya telah memberikan dampak positif
terhadap pertumbuhan bisnis berbasis kopi (Euromonitor International, 2014). Kopi
tidak hanya dinilai sebagai kebutuhan, tetapi sudah menjadi gaya hidup. Hal ini
meningkatkan jumlah limbah kopi yang dihasilkan. Sebelumnya, kopi dinikmati
dengan cara penyeduhan dengan air panas, namun sekarang, terutama di kedai kopi
internasional, bijih kopi yang telah digiling menjadi bubuk akan diekstrak untuk
memberikan secangkir kecil espresso dan setelahnya akan meninggalkan bubuk
kopi basah yang langsung dibuang. Ini dilakukan terus menerus hingga berakhirnya
jam operasional. Dalam satu hari, dapat dihasilkan setidaknya satu kilogram bubuk
kopi basah sebagai limbah oleh satu tenant bisnis kopi.

Masyarakat di Indonesia banyak memanfaatkan limbah kopi untuk
kepentingan agrikultural, yaitu sebagai kompos. Padahal di negara maju, limbah
kopi diolah kembali untuk memberikan produk dengan nilai ekonomi lebih tinggi
dari kompos, salah satu contohnya yaitu sebagai bahan bakar ramah lingkungan
yang diolah perusahaan bernama Bio-bean (Smedley, 2014), pemanfaatan tersebut

sangat penting pada kondisi krisis energi saat ini. Limbah kopi memiliki potensi
yang lebih dari kompos, meninjau kandungan karbon yang tinggi – sekitar 50%
serta kandungan bahan anorganik yang rendah (Aznar, 2011). Penulis merasa perlu
adanya alternatif pemanfaatan limbah kopi yang lebih baik.

Dewasa ini, materi fluorescent nanoparticles (F-NPs) mendapat banyak
perhatian dikarenakan keunggulan serta aplikasinya yang luas. Namun, karena
material ini melibatkan penggunaan logam berat seperti Cd dan Pb, penggunaannya
terbatas kepada beberapa bidang dikarenakan tingkat toksiksitas yang tinggi. Maka
dikembangkan lagi material yang sama dengan menggunakan Au dan Ag yang
mempunyai tingkat toksiksitas yang rendah. Namun, proses pembuatannya rumit
Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

dan membutuhkan biaya yang tinggi serta menyebabkan polusi (Guo, Wang, Shao,
& Jiang, 2012).

Fluorescent carbon nanoparticles (F-CNPs) kemudian menjadi jawaban dari
masalah yang diberikan oleh material F-NPs. Selain itu, ternyata F-CNPs

memberikan beberapa sifat yang jauh lebih unggul dibandingkan F-NPs; tidak
mengandung toksik, stabil, memiliki sifat biokompabilitas dan biaya pembuatan
yang rendah (Lim, Shen, & Gao, 2014). Selain itu, F-CNPs memiliki kemampuan
untuk berikatan dengan molekul organik dan anorganik lain karena memiliki
banyak gugus permukaan sehingga dapat dimanipulasi dengan perlakuan kimia
tertentu sehingga dapat digunakan untuk menunjang proses fotokatalitik, aplikasi
biokimia, seperti bioimaging dan biosensor bahkan sebagai drug deliverer dan drug
carrier atau pembawa obat (Zuo, Jiang, Zhao, Xiaohong, & Xiao, 2015).

Salah satu cara untuk mensintesis F-CNPs yang diketahui adalah dengan
oksidasi soot dari proses pembakaran lilin dengan HNO3, dimana partikel soot akan
dipenetrasi dengan nitrogen dan oksigen, memberikan fluoresensi hijau dan bersifat
larut dalam air (Ray, Saha, Jana, & Sarkar, 2009).
Pada kesempatan ini, penulis akan memanfaatkan limbah kopi yang
dikumpulkan dari Starbucks Coffee Medan sebagai bahan dasar untuk pembuatan
F-CNPs. Limbah kopi yang didapat akan diubah menjadi soot, kemudian dioksidasi
dengan HNO3 dan selanjutnya dilakukan pemisahan bertahap partikel karbon.

1.2. Perumusan Masalah

Adapun permasalahan pada penelitian ini adalah :
1. Apakah limbah kopi dapat dimanfaatkan untuk pembuatan F-CNPs?
2. Bagaimana limbah kopi harus diperlakukan untuk mendapatkan soot dengan
karakteristik yang sesuai untuk sintesis F-CNPs?
3. Apakah ada perbedaan karakteristik F-CNPs yang dihasilkan dari soot limbah
kopi?

Universitas Sumatera Utara

1.3. Pembatasan Masalah

Penelitian ini hanya dibatasi pada :
1. Pengkonversian limbah kopi menjadi soot dilakukan dengan pembakaran
dalam tanur dan pembakaran langsung.
2. Analisa morfologi soot dilakukan dengan Scanning Electron Microscopy
(SEM).
3. Uji fluoresensi dengan penyinaran lampu UV.
4. Analisa dan karakterisasi F-CNPs yang dilakukan dengan Transmission
Electron Microscopy (TEM).
5. Analisa dan karakterisasi F-CNPs dilakukan dengan Fourier Transform

Infrared Spectroscopy (FT-IR).

1.4. Tujuan Penelitian

Berdasarkan latar belakang dan perumusan masalah yang diuraikan maka tujuan
penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui apakah limbah kopi dapat menghasilkan F-CNPs.
2. Untuk mengetahui perlakuan terhadap soot limbah kopi yang sesuai untuk
sintesis F-CNPs.
3. Untuk mengetahui apakah F-CNPs dari soot limbah kopi memiliki
karakteristik yang sesuai untuk potensi aplikasi yang dapat dimanfaatkan.

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan alternatif pengolahan limbah
kopi sebagai nanomaterial yang memiliki sifat fluoresensi dengan potensi yang luas.

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

1.6. Metodologi Penelitian

Penelitian dilaksanakan di dalam laboratorium, dengan 3 tahapan sebagai berikut:
- Tahap I: Pembuatan soot dari limbah kopi, dengan 2 cara, yaitu pembakaran
dalam tanur dan pembakaran limbah kopi secara langsung. Soot yang dihasilkan
diuji dengan alat Scanning Electron Microscope (SEM).
- Tahap II: Oksidasi partikel soot dengan HNO3 5M selama 12 jam pada suhu
100oC.
- Tahap III: Pemisahan nanopartikel karbon, dilakukan secara bertahap dengan
sentrifugasi. Nanopartikel karbon (F-CNPs) yang dihasilkan diuji dibawah
lampu UV, dengan alat Transmission Electron Microscope (TEM) dan Fourier
Transform Infrared Spectroscope (FT-IR).

1.7. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar (LIDA) Universitas Sumatera
Utara, Laboratorium Kimia Fisika Universitas Sumatera Utara, Laboratorium
Kimia Organik Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Mikrobiologi
Universitas Sumatera Utara dan Departemen Kimia Universitas Gadjah Mada

Universitas Sumatera Utara