Sintesis Nanoserat Selulosa Dari Tandan Kosong Sawit (TKS) Dengan Menggunakan Oksidator Tetramethyl Piperidine 1 Oxyl (TEMPO)
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Tandan Kosong Sawit (TKS)
Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada saat proses
pengolahan kelapa sawit. Limbah jenis ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu
limbah padat, limbah cair, dan limbah gas. Salah satu jenis limbah padat industri
kelapa sawit adalah TKS. Tempurung kelapa sawit termasuk juga limbah padat
hasil pengolahan kelapa sawit. Limbah padat mempunyai ciri khas pada
dekomposisinya. Komponen terbesar dalam limbah padat tersebut adalah selulosa,
disamping komponen lain meskipun lebih kecil seperti abu, hemiselulosa, dan
lignin (Fauzi,2003).
Limbah cair juga dihasilkan pada proses pengolahan kelapa sawit. Limbah
ini berasal dari kondesat, stasiun klarifikasi, dan dari hidrosilikon. Limbah kelapa
sawit memiliki kadar bahan organik yang tinggi. Tingginya kadar tersebut
menimbulkan beban pencemaran yang besar, karena diperlukan degradasi bahan
organik yang lebih besar pula. Selain limbah padat dan cair, industri pengolahan
kelapa sawit juga menghasilkan limbah bahan gas. Limbah bahan gas ini antara
lain gas cerobong dan uap air buangan pabrik kelapa sawit. Berbagai penelitian
telah dilakukan menunjukkan bahwa limbah kelapa sawit dapat dimanfaatkan
untuk berbagai kebutuhan. TKS dapat dimanfaatkan sebagai sumber pupuk
organik yang memiliki kandungan unsur hara yang dibutuhkan oleh tanah dan
tanaman. TKS mencapai 23% dari jumlah pemanfaatan limbah kelapa sawit
tersebut sebagai alternatif pupuk organik juga akan memberikan manfaatan lain
dari sisi ekonomi. Bagi perkebunan kelapa sawit, dapat alternatif pemanfaatan
yang dapat dilakukan, yaitu sebagai pupuk kompos. Pupuk kompos merupakan
bahan organik yang telah mengalami proses fermentasi atau dekomposisi yang
dilakukan
oleh
mikroorganisme.
Pada
prinsipnya
pengomposan
untuk
menurunkan nisbah C/N yaqng terkandung dalam tandan agar mendekati nisbah
C/N tanah. Nisbah C/N yang mendekati nisbah C/N tanah akan mudah diserap
oleh tanaman (Herawan, 1999).
Universitas Sumatera Utara
6
Tempurung kelapa sawit merupakan salah satu limbah pengolahan minyak
kelapa sawit yang cukup besar, yaitu mencapai 60% dari produksi minyak.
Tempurung buah kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai arang aktif. Arang aktif
dimanfaatkan oleh berbagai industri, antar lain industri minyak, karet, gula, dan
farmasi. Selama ini tempurung kelapa sawit digunakan hanya sebagai bahan bakar
pembangkit tenaga uap dan bahan pengeras jalan (Darnoko, 1995).
Gambar 2.1 Tandan Kosong Sawit
Batang dan tandan sawit digunakan untuk pembuatan pulp kertas.
Kebutuhan pulp kertas di Indonesia sampai saat ini masih dipenuhi dari impor.
Padahal potensi untuk menghasilkan pulp didalam negri cukup besar. Salah satu
alternatif itu adalah dengan memanfaatkan batang dan tandan kosong kelapa sawit
untuk digunakan bahan pulp kertas dan paapn serat. Di Indonesia sudah mulai
banyak industri kertas memanfaatkan limbah kelapa sawit tersebut sebagai
alternatif bahan baku. Proses pembuatan pulp kertas dapat dilakukan dengan dua
cara, yaitu proses dengan NaOH dan proses dengan sulfat. Berbagai hasil
penelitian menunjukkan bahwa pengolahan dengan sulfat memenuhi Standar
Industri Indonesia (SII). Jumlah yang dihasilkan oleh industri perkebunan kelapa
sawit Indonesia tahun 1993 mencapai 1,47 juta ton berat kering atau setara dengan
3,68 juta ton berat basah. Pada tahun 2000, jumlah yang dihasilkan meningkat
menjadi sekitar 2,85 juta ton berat kering atau setara dengan 7,1 juta ton berat
Universitas Sumatera Utara
7
basah. Jika tidak dikelola dengan baik maka jumlah yang berlimpah ini akan
menjadi sumber pencemaran lingkungan (Nuryanto,2000).
2.2 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan
oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat
kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia
maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain
seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel
tumbuhan (Holtzapple, 2003).
Berdasarkan struktur kimia, selulosa termasuk polimer-polimer alam
paling sederhana dalam artian bahwa selulosa terdiri dari unit ulang tunggal Dglukosa yang terikat melalui karbon 1 dan 4 oleh ikatan-ikatan β. Selulosa banyak
ditemukan di alam yang merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuhtumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam kayu (Stevens,2007).
Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam jaringan tumbuhan dalam
bentuk campuran polimer homolog dan biasanya disertai polisakarida lain seperti
lignin dalam jumlah yang beragam. Lignin dapat dihilangkan dengan cara
delignifikasi. Ada faktor yang mempengaruhi delignifikasi yaitu :
a. Jenis bahan delignifikasi
Bahan-bahan yang dapat digunakan dalam proses delignifikasi yaitu asam
phosfat, asam klorida (HCl), asam sulfat, dan yang basa seperti NaOH, natrium
sulfit, dan natrium sulfat.
b. Waktu delignifikasi
Pada proses delignifikasi waktu berpengaruh pada hasil delignifikasi, biasanya
digunakan waktu 1-3 jam (Widodo, 2012).
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam senyawa
Natrium Hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibagi menjadi tiga jenis
yaitu :
Universitas Sumatera Utara
8
1. α-selulosa, adalah selulosa berantai panjang yang tahan dan tidak larut
dalam NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi
(DP) 600-15000. α-selulosa digunakan sebagai penduga tingkat kemurnian
selulosa. Selulosa dengan derajat kemurnian α di atas 92 % memenuhi
syarat untuk bahan baku pembuatan bahan peledak. Semakin tinggi kadar
α-selulosa, maka akan semakin baik mutu bahannya.
2. β-selulosa , adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH
17,5 % atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) berkisar antara 1590.β-selulosadapat mengendap jika ekstrak dinetralkan.
3. γ-selulosa, adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH
17,5 % atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) kurang dari 15.
α-selulosa sangat menentukan sifat tahanan kertas, semakin banyak kadar
α-selulosanya menunjukkan semakin tahan lama kertas tersebut. Sifat
hidrofilik yang dimiliki γ dan β lebih besar daripada α-selulosanya
(Wibisono dan Solechuddin, 2002).
Berbeda dengan hemiselulosa, selulosa dapat bersifat kristalin maupun
amorf, sukar larut dalam alkali, dan menghasilkan D-glukosa jika dihidrolisis.
Sementara hemiselulosa yang terdiri dari berbagai unit gula bersifat amorf, bukan
merupakan serat panjang, mudah larut dalam alkalitapi sukar larut dalam asam
dan menghasilkan D-xilosis jika dihidrolisis (Sitorus, 2010).
Selulosa dapat diisolasi dari tanaman, untuk mengoptimalkan pengambilan
serat selulosa dari beberapa tahapan metode pengisolasian dapat diaplikasikan
seperti metode mekanis sederhana, campuran metode kimiawi dan mekanik, serta
pendekatan metode enzim. Proses isolasi selulosa dari TKS menggunakan metode
kimiawi meliputi tahap prehidrolisis, delignifikasi, pemutihan, dan pengeringan.
Tahap prehidrolisis bertujuan untuk mempercepat penghilangan hemiselulosa
dalam bahan baku pada waktu pemasakan (cooking) menggunakan air lunak (soft
water) atau larutan asam encer (Tarmansyah, 2007).
Tahap delignifikasi dilakukan degan larutan NaOH, karena larutan ini
dapat menyerang dan merusak struktur lignin, bagian kristalin dan amorf,
memisahkan lignin serta menyebabkan pengembangan struktur selulosa (Enari,
Universitas Sumatera Utara
9
1983). Proses pemutihan bertujuan untuk melarutkan sisa senyawa lignin yang
dapat menyebakan perubahan warna, dengan cara mendegradasi rantai lignin yang
pendek, maka lignin dapat larut pada saat pencucian dalam air atau alkali. NaOCl
digunakan untuk memutihkan warna dari suatu zat (Fengel and Wegner, 1995)
2.2.1 Sifat-sifat Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama dalam pembuatan kertas. Selulosa adalah
senyawa organik penyusun utama dinding sel dari tumbuhan. Adapun sifat dari
selulosa adalah berbentuk senyawa berserat, mempunyai tegangan tarik yang
tinggi, tidak larut dalam air dan pelarut organik . Bahan berbasis selulosa sering
digunakan karena memiliki sifat mekanik yang baik seperti kekuatan dan modulus
regang yang tinggi, kemurnian tinggi, kapasitas mengikat air tinggi, dan struktur
jaringan yang sangat baik (Gea, et al 2011).
2.2.2 Sumber Selulosa
Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan
bahan alam yang paling penting yang dibuat oleh organisme hidup. Selulosa
terdapat pada semua tanaman dari pohon bertingkat tinggi hingga organisme
primitif seperti rumput laut, flagelata dan bakteria. Kadar selulosa yang tinggi
terdapat dalam rambut biji (kapas,kapok) dan serabut kulit (rami, flax, hehep),
lumut, ekor kuda dan bakteria yang mengandung selulosa (Wegner, 1985).
Selulosa yang terdapat dalam tumbuhan digunakan sebagai bahan
pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa.
Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicernakan karena kita tidak mempunyai
enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat
terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi dapat terhidrolisis menjadi
selobiosa. Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa
yang berikatan glikolisik antara atom karbon 1 dengan atom karbon 4 (Poedjiadi,
2006).
Universitas Sumatera Utara
10
2.2.3. Kegunaan Selulosa
Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh,
namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buahbuahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat
dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik ditingkatkan dan dengan demikian
memperlancar proses pencernaan. Tentu saja jumlah serat yang terdapat dalam
bahan makanan tidak boleh terlalu banyak (Poedjiaji, 2006). Jutaan ton selulosa
digunakan setiap tahun untuk membuat perabot kayu, tekstil, dan kertas (Cowd,
1991).
2.3 Tetramethyl Piperidine 1 oxyl (TEMPO)
2.3.1 Pengertian TEMPO
TEMPO adalah senyawa yang larut dalam air dan kandungan senyawa radikal
pada nitroxyl stabil. Tempo dapat digunakan untuk oksidasi katalis dan oksidasi
relative pada golongan hidroksil primer terhadap hidroksil sekunder. Pertama
terbukti oleh Semelheck, mekanisme yang diusulkan pada penggunaan tempo
menunjukkan bahwa gugus hidroksil primer teroksidasi menjadi kelompok
aldehida oleh ion nitrosonium yang dihasilkan dari tempo oleh oksidan primer
(Barriga, 2001).
Senyawa TEMPO ditemukan oleh Lebedev dan Kazanowski pada tahun 1960.
Dimana pada awalnya adalah pemanfaatan tetrametilpiperidina. Senyawa
TEMPO banyak digunakan sebagai penanda radikal, sebagai struktural untuk
sistem biologis berkaitan dengan spin elektron pada resonansi spektroskopi dan
dapat digunakan sebagai reagen dalam sintesis organik. Serta sebagai mediator
dalam polimerisasi radikal (Ciriminna and Pagliaro, 2010).
Gambar 2.2 Struktur Tetramethyl Piperidine 1 Oxyl (TEMPO)
Universitas Sumatera Utara
11
2.3.2 Fungsi TEMPO
TEMPO dalam sintesis organik sebagai katalis untuk oksidasi alkohol primer ke
aldehida. Oksidan yang sebenarnya adalah garam N-oxoamonium yakni pada
siklus katalis dengan Natrium Hipoklorit sebagai oksidan dalam stoikiometri.
Asam Hipoklorit tersebut menghasilkan N-oxoamonium dari Tetramethyl
piperidinerdikal 1 oxyl (TEMPO). Salah satu contoh reaksi yang khas adalah
oksidasi metil butanol. Metoksipenetyhl alcohol dioksidasi menjadi asam
karboksilat yang sesuai dalam sistem TEMPO dan Natrium Hipoklorit serta
jumlah kesetimbangan Natrium Hipoklorit. Oksidator TEMPO juga menunjukkan
kimia selektif menjadi pengaruh terhadap alkohol sekunder, tetapi reagen akan
mengubah aldehida menjadi asam karboksilat (Anelli et al, 1990).
2.3.3 Oksidasi Selulosa
Oksidasi selulosa adalah tidak larutnya turunan selulosa dalam air. Hal ini dapat
diproduksi dari selulosa oleh aksi agen pengoksidasi. Seperti klorin, hydrogen
pengoksida, nitrogen dioksida, asam hipoklorit dan berbagai logam katalis.
Oksidasi selulosa mungkin mengandung asam karboksilat, aldehida atau
kelompok keton. Selain kelompok hidroksilasli dari bahan awal, selulosa
tergantung pada sifat oksidan dan reaksi (Collison and Simons, 2010).
2.3.4 Selulosa Teroksidasi TEMPO
Oksidasi TEMPO selulosa pada kondisi basa dapat dijelaskan pada Gambar 2.3.
TEMPO dapat larut dalam air, stabil pada radikal nitroxyl. Oksidasi katalis
menggunakan TEMPO telah membuka bidang baru yang efisien dan sebagai
konversi kimia yang selektif pada kelompok hidroksil beralkohol untuk aldehida,
keton dan kelompok karboksil dalam kondisi yang ringan. Pertama kali diterapkan
oksidasi penggunan TEMPO untuk polisakarida yang larut dalam air seperti pati
untuk mengkonversi C6 hidroksil primer menjadi kelompok karboksilat. Dalam
hal ini, jumlah katalis TEMPO dan Natrium Bromide dilarukan dalam
polisakarida pada pH 10-11 dan oksidasinya dimulai dengan penambahan larutan
Natrium Hipoklorit sebagai oxidan. Berbagai reaksi oksidasi untuk penggunaan
TEMPO pada mono, oligo, dan polisakarida untuk konversi selectivitas dari
hidroksil primer menjadi kelompok karboksilat (Saito,2004).
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.3 Skema Selulosa Teroksidasi TEMPO
2.4 Nanoteknologi
Dunia teknologi berkembang tidak dapat terlepas dari Ilmu pengetahuan.
Teknologi sendirimerupakan penerapan ilmu pengetahuan untuk menyediakan
barang maupun jasa yang diperlukan bagi kelangsungan dan kenyamanan hidup
manusia. Ilmu pengetahuan telah melahirkan berbagai macam teknologi inovatif
dan
terbaru.
Berbagai
hipotesis
dan
penelitian
dilakukan
secara
berkesinambungan dan terus menerus sejak manusia diciptakan hingga saat ini.
Hal tersebut membuat teknologi membangun sendiri peradabannya. Kini industri
di bidang teknologi telah tumbuh dan berkembang di berbagai negara. Seterusnya
industri teknologi kini menjadi bagian dari hidup umat manusia yang belum
tergantikan. Salah satu teknologi yang berkembang sejak pertengahan abad 20
adalah nanoteknologi. Nanoteknologi merupakan pembuatan dan penggunaan
material pada ukuran sangat kecil. Material yang dihasilkan dan digunakan ini
kemudian dikenal sebagai dimensi nanometer atau dikenal sebagai nanomaterial.
Nanomaterial adalah suatu material yang memiliki ukuran 1 x 10-9 meter.
Nanomaterial dalam berbagai struktur telah menjadi tema dalam berbagai
penelitian yang dilakukan oleh banyak peneliti maupun pelaku industri pada
beberapa tahun terakhir. Bahan-bahan nanomaterial menjanjikan untuk dapat
digunakan dalam berbagai aplikasi. Nanomaterial memiliki banyak macam,
Universitas Sumatera Utara
13
diantaranya nanofiber, nanorod, nanobelt, nanotube, nanowire, dan nano kristal
dan lain lain (Xia,et.al., 2003).
2.4.1
Nanokristal
Nanokristal (nanocrystal) adalah material berukuran nanometer dengan dimensi
tidak lebih dari seratus nanometer dan berbentuk kristalin. Pada umumnya,
material dengan dimensi kurang dari satu mikrometer atau seribu nanometer biasa
disebut nanopartikel. Sebagai contoh setiap partikel yang menunjukkan bagian
kristalinitas bisa didefinisikan sebagai nanopartikel berdasarkan dimensinya
(Keshk and Haija, 2011).
Nanokristal selulosa dapat dihasilkan sari sumber yang bervariasi, seperti
kayu, kapas, serat, ataupun bakteri. Mikrokristal selulosa, rami, dan lain-lain.
Dimensi geometri (panjang, L dan diameter, d) (Miller and Donald, 2003).
Mikroselulosa di temukan di dalam dinding sel tumbuhan dengan ukuran
diameter 2-20 mikrometer dan 100 – 40000 nanometer panjangnya bergantung
pada masing-masing sumber selulosa yang dihasilkan (Benziman, et. Al., 1980).
Suspensi koloid dari selulosa dapat diperoleh dengan mengontrol
degradasi asam sulfat dari serat selulosa. Transmisi elektroskopi elektron
menggambarkan suspensi kering yang ditunjukkan dalam bentuk agregat dari
partikel yang berbentuk jarum, yang di analisis dengan difraksi elektron.
Degradasi serat selulosa dengan bantuan asam yang didapatkan dari pulp kayu
berkualitas tinggi, dilanjutkan dengan proses sonifikasi. Nanokristal selulosa
memiliki berbagai macam kegunaan, misalnya dalam industri farmasi berperan
sebagai pengikat tablet, pada aplikasi makanan sebagai struktur dan pengganti
lemak serta sebagai aditif paper dan komposit setelah kondisi hidrolisis asam
dioptimumkan (Marchessault and Sundararajan, 1983).
Universitas Sumatera Utara
14
2.4.2
Nanoserat
Nanoserat (Nanofiber)merupakan salah satu material nano yang juga banyak
diteliti oleh peneliti dan ilmuwan. Nanofiber atau berukuran nanometer
merupakan salah satu material berbentuk serat yang berukuran nano yang
memiliki diameter sekitar 40-2000 nm. Serat nano memiliki karakteristik kuat,
mudah mengalirkan air dan rasio permukaan terhadap volume besar. nano
teknologi merupakan salah satu teknologi yang memiliki banyak aplikasinya baik
di masa sekarang maupun pada massa yang akan datang. Salah satu cara untuk
fabrikasi
serat
nano
adalah
dengan
metode
electrospinning.
Metode
electrospinning atau elektrospinning merupakan salah satu metode untuk
mensintesis bahan berstruktur nano yang merupakan teknik sederhana dan
serbaguna untuk fabrikasi serat nano Bahan yang dapat digunakan dapat berasal
dari berbagai macam jenis, umumnya polimer. (Andrady, 2008).
2.4.3
Sifat Nanoserat
Saat ini nanoserat adalah salah satu hasil temuan yang tengah mendapat perhatian
khusus karena potensi pemanfaatan yang begitu luas pada berbagai bidang.
Nanoserat adalah serat yang mempunyai diameter kurang dari 100 nanometer.
Serat nano mempunyai sifat yang sangat khas yaitu sangat kuat rasio permukaan
terhadap volume yang besar. Sifat-sifat tersebut membuat serat nano menjadi
bahan yang sangat menjanjikan untuk dimanfaatkan pada bebagai bidang industri.
Seperti industry komposit, otomotif, pulp dan kertas, elektronik tekstil, optik,
pertanian, kosmetik, kesehatan kedokteran, farmasi dan lain-lain (Subiah, 2005).
2.4.4
Aplikasi Nanoserat
Nanoserat merupakan material dan teknologiyang sangat pentinguntuk menunjang
perkembangan nanoteknologi pada berbagai bidang produk industri. Seperti di
bidang elektronik, kedokteran, farmasi, industri makanan, tekstil dan lain-lain.
Dibawah ini akan dijabarkan beberapa aplikasi nanoserat dalam berbagai
bidang, yaitu :
1. Manufaktur Tekstil
Universitas Sumatera Utara
15
Metode electrospinning mayoritas digunakan pada aplikasi tekstil, namun kain
tenun yang diproduksi hanya sedikit. Mungkin karena kesulitan dalam
penanganan dan seratnya nyaris tidak terlihat. Namun, electrospinning memiliki
potensi untuk memproduksi pakaian non-woven mulus dengan mengintegrasikan
manufaktur maju dengan electrospinning serat. Hal ini akan memperkenalkan
multi-fungsi (api, kimia, perlindungan lingkungan) oleh serat menyatu dengan
electrospinlaced (menggunakan electrospinning untuk menggabungkan serat yang
berbeda dan lapisan untuk membentuk tiga bentuk dimensi, seperti pakaian)
lapisan dalam kombinasi dengan lapisan polimer.
2. Kedokteran
Nanoserat juga diaplikasikan dalam bidang kedokteran, termasuk drug and gene
delivery, rekayasa jaringan, pengobatan luka, dan sebagainya. Contohnya Serat
karbon nanotube yang ukurannya lebih kecil dari sel darah merah mempunyai
kegunaan untuk membawa obat menuju sel darah merah.
3. Pertanian
Dalam industry pertanian nanoserat dan nanoteknologi akan sangat bermanfaat
untuk melakukan sensor dan pengontrolan pertanian seperti tanaman hidrofonik.
Pengontrolan produk biosecurity memerlukan peralatan yang sangat peka. Sangat
sering terjadi bahan makanan yang mengandung bakteri dan virus menimbulkan
penyakit yang dapat berakibat fatal. Biosensor akan dapat mendeteksi perubahan
sel dan molekul yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi adanya bahan
berbahaya meskipun kandungannya sangat kecil (Maddu, 2008).
2.5 Karakterisasi
2.5.1
Spektroskopi Infra Merah Fourier-Transform
Spektroskopi inframerah merupakan salah satu teknik analisis yang paling penting
yang tersedia untuk para ilmuan saat ini. Salah satu keuntungan besar dari
spektroskopi inframerah adalah bahwa hampir semua sampel dapat dianalisis,
seperti Cairan, larutan, pasta, bubuk, film, serat, dan gas. Spektroskopi FT-IR
telah meningkatkan kualitas spektrum inframerah dan meminimalkan waktu yang
dibutuhkan untuk memperoleh data. Spektroskopi inframerah adalah teknik yang
Universitas Sumatera Utara
16
didasarkan pada getaran ion atom molekul. Spektrum inframerah biasanya
diperoleh dengan melewatkan radiasi inframerah melalui sampel dan menentukan
bagian mana dari radiasi yang diserap pada energi tertentu. Energi yang muncul di
setiap puncak dalam spektrum penyerapan dapat disamakan dengan frekuensi
getaran dari bagian molekul sampel (Stuart,2004).
Dua variasi instrumental dari spektroskopi IR yaitu metode dispersive
yang lebih tua, dimana prisma atau kisi dipakai untuk mendispersikan radiasi IR,
dan metode Fourier Transform (FT) yang lebih akhir, yang menggunakan prinsip
interferometry. Kelebihan-kelebihan dari FT-IR mencakup persyaratan ukuran
sampel yang kecil, perkembangan spectrum yang tepat, dan karena intrumen ini
memiliki computer yang terdedikasi-kemampuan untuk menyimpan dan
memanipulasi spectrum. FT-IR telah membawa tingkat keserbagunaan yang lebih
besar ke penelitian-penelitian struktur polimer. Karena spectrum-spektrum ini bisa
di-scan, disimpan dan ditransformasikan dalam hitungan detik, teknik ini
memudahkan penelitian reaksi-reaksi polimer seperti degradasi atau ikat silang
(Stevens, 2001).
2.5.2
Scanning Electron Microscopy (SEM)
Prinsip yang mendasari SEM adalah elektron. Dalam SEM, digunakan sinyal
elektron BSES (Backsscettered Electrons) dan Ses (Secondary Electrons).
Perbedaan spesimen dan topografi permukaan dipengaruhi terus-menerus,
pengangkutan, dan tempat keluarnya sinyal elektron. Gambar dibentuk sebagai
hasil SEM dan variasi-variasi intensitas sinyal elektron dikumpulkan berupa
elektron beam dengan daerah scan (Stokes, 2008).
Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan alat yang dapat
membentuk bayangan permukaan. Struktur permukaan suatu benda dapat
dipelajari dengan mikroskop electron pancaran karena jauh lebih mudah untuk
mempelajari struktur permukaannya secara langsung. Pada dasarnya, SEM
menggunakan sinyal yang dihasilkan electron untuk dipantulkan atau berkas sinar
electron sekunder. SEM menggunakan prinsip scanning dengan prinsip utamanya
adalah berkas elektron diarahkan pada titik-titik permukaan specimen. Gerakan
Universitas Sumatera Utara
17
elektron diarahkan dari satu titik ke titik lain pada permukaan specimen. Jika
seberkas sinar elektron ditembakkan pada permukaan specimen maka sebagian
elektron itu akan dipantulkan kembali dan sebagian lagi akan diteruskan. Jika
permukaan specimen tidak rata, banyak lekukan, lipatan atau lubang-lubang maka
tiap bagian permukaan itu akan memnatulkan elektron dengan jumlah dan arah
yang berbeda dan jika ditangkap detektor akan diteruskan ke system layar dan
akan diperoleh gambaran yang jelas dari permukaan spesimen dalam bentuk tiga
dimensi (Gunawan, 2010).
Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa
permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau
dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan yang diperoleh
merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang
permukaan.
Gambar topografi diperoleh dari penangkapan electron sekunder yang
dipancarkan oleh specimen. Sinyal electron sekunder yang dihasilkan ditangkap
oleh detector dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar
yang khas yang menggambarkan struktur permukaan specimen. Selanjutnya
gambar dapat pula direkam kedalam suatu disket (Wirjosentono, 1996).
2.5.3 Transmission Electron Microscopy (TEM)
Transmission Electron Microscopy (TEM) merupakan suatu teknik dimana suatu
berkas electron berinteraksi dan melewati suatu specimen. Electron-elektron yang
diemisikan oleh suatu akan difokuskan dan diperbesar oleh suatu system dari
lensa magnetic. Berkas electron dibatasi oleh dua lensa kondesor yang juga
mengontrol kecerahan berkas, melewati celah kondesor dan menembak
permukaan sampel. Electron-elektron yang dihamburkan berisi berkas yang
ditransmisikan, yang melewati lensa objektif. Lensa objektif membentuk tampilan
gambar dan mengikuti celah, celah area yang objektif dan terpilih biasanya
memilih electron yang dihamburkan yang akan membentuk gambaran mikroskop.
Akhirnya, berkas menuju system pembesaran gambar dan lensa projector. Gambar
yang terbentuk ditunjukkan pada layar berpendar atau monitor atau keduanya dan
dicetak pada film fotografi (Voutou and Stefanaki, 2008).
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Tandan Kosong Sawit (TKS)
Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada saat proses
pengolahan kelapa sawit. Limbah jenis ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu
limbah padat, limbah cair, dan limbah gas. Salah satu jenis limbah padat industri
kelapa sawit adalah TKS. Tempurung kelapa sawit termasuk juga limbah padat
hasil pengolahan kelapa sawit. Limbah padat mempunyai ciri khas pada
dekomposisinya. Komponen terbesar dalam limbah padat tersebut adalah selulosa,
disamping komponen lain meskipun lebih kecil seperti abu, hemiselulosa, dan
lignin (Fauzi,2003).
Limbah cair juga dihasilkan pada proses pengolahan kelapa sawit. Limbah
ini berasal dari kondesat, stasiun klarifikasi, dan dari hidrosilikon. Limbah kelapa
sawit memiliki kadar bahan organik yang tinggi. Tingginya kadar tersebut
menimbulkan beban pencemaran yang besar, karena diperlukan degradasi bahan
organik yang lebih besar pula. Selain limbah padat dan cair, industri pengolahan
kelapa sawit juga menghasilkan limbah bahan gas. Limbah bahan gas ini antara
lain gas cerobong dan uap air buangan pabrik kelapa sawit. Berbagai penelitian
telah dilakukan menunjukkan bahwa limbah kelapa sawit dapat dimanfaatkan
untuk berbagai kebutuhan. TKS dapat dimanfaatkan sebagai sumber pupuk
organik yang memiliki kandungan unsur hara yang dibutuhkan oleh tanah dan
tanaman. TKS mencapai 23% dari jumlah pemanfaatan limbah kelapa sawit
tersebut sebagai alternatif pupuk organik juga akan memberikan manfaatan lain
dari sisi ekonomi. Bagi perkebunan kelapa sawit, dapat alternatif pemanfaatan
yang dapat dilakukan, yaitu sebagai pupuk kompos. Pupuk kompos merupakan
bahan organik yang telah mengalami proses fermentasi atau dekomposisi yang
dilakukan
oleh
mikroorganisme.
Pada
prinsipnya
pengomposan
untuk
menurunkan nisbah C/N yaqng terkandung dalam tandan agar mendekati nisbah
C/N tanah. Nisbah C/N yang mendekati nisbah C/N tanah akan mudah diserap
oleh tanaman (Herawan, 1999).
Universitas Sumatera Utara
6
Tempurung kelapa sawit merupakan salah satu limbah pengolahan minyak
kelapa sawit yang cukup besar, yaitu mencapai 60% dari produksi minyak.
Tempurung buah kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai arang aktif. Arang aktif
dimanfaatkan oleh berbagai industri, antar lain industri minyak, karet, gula, dan
farmasi. Selama ini tempurung kelapa sawit digunakan hanya sebagai bahan bakar
pembangkit tenaga uap dan bahan pengeras jalan (Darnoko, 1995).
Gambar 2.1 Tandan Kosong Sawit
Batang dan tandan sawit digunakan untuk pembuatan pulp kertas.
Kebutuhan pulp kertas di Indonesia sampai saat ini masih dipenuhi dari impor.
Padahal potensi untuk menghasilkan pulp didalam negri cukup besar. Salah satu
alternatif itu adalah dengan memanfaatkan batang dan tandan kosong kelapa sawit
untuk digunakan bahan pulp kertas dan paapn serat. Di Indonesia sudah mulai
banyak industri kertas memanfaatkan limbah kelapa sawit tersebut sebagai
alternatif bahan baku. Proses pembuatan pulp kertas dapat dilakukan dengan dua
cara, yaitu proses dengan NaOH dan proses dengan sulfat. Berbagai hasil
penelitian menunjukkan bahwa pengolahan dengan sulfat memenuhi Standar
Industri Indonesia (SII). Jumlah yang dihasilkan oleh industri perkebunan kelapa
sawit Indonesia tahun 1993 mencapai 1,47 juta ton berat kering atau setara dengan
3,68 juta ton berat basah. Pada tahun 2000, jumlah yang dihasilkan meningkat
menjadi sekitar 2,85 juta ton berat kering atau setara dengan 7,1 juta ton berat
Universitas Sumatera Utara
7
basah. Jika tidak dikelola dengan baik maka jumlah yang berlimpah ini akan
menjadi sumber pencemaran lingkungan (Nuryanto,2000).
2.2 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan
oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat
kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia
maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain
seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel
tumbuhan (Holtzapple, 2003).
Berdasarkan struktur kimia, selulosa termasuk polimer-polimer alam
paling sederhana dalam artian bahwa selulosa terdiri dari unit ulang tunggal Dglukosa yang terikat melalui karbon 1 dan 4 oleh ikatan-ikatan β. Selulosa banyak
ditemukan di alam yang merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuhtumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam kayu (Stevens,2007).
Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam jaringan tumbuhan dalam
bentuk campuran polimer homolog dan biasanya disertai polisakarida lain seperti
lignin dalam jumlah yang beragam. Lignin dapat dihilangkan dengan cara
delignifikasi. Ada faktor yang mempengaruhi delignifikasi yaitu :
a. Jenis bahan delignifikasi
Bahan-bahan yang dapat digunakan dalam proses delignifikasi yaitu asam
phosfat, asam klorida (HCl), asam sulfat, dan yang basa seperti NaOH, natrium
sulfit, dan natrium sulfat.
b. Waktu delignifikasi
Pada proses delignifikasi waktu berpengaruh pada hasil delignifikasi, biasanya
digunakan waktu 1-3 jam (Widodo, 2012).
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam senyawa
Natrium Hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibagi menjadi tiga jenis
yaitu :
Universitas Sumatera Utara
8
1. α-selulosa, adalah selulosa berantai panjang yang tahan dan tidak larut
dalam NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi
(DP) 600-15000. α-selulosa digunakan sebagai penduga tingkat kemurnian
selulosa. Selulosa dengan derajat kemurnian α di atas 92 % memenuhi
syarat untuk bahan baku pembuatan bahan peledak. Semakin tinggi kadar
α-selulosa, maka akan semakin baik mutu bahannya.
2. β-selulosa , adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH
17,5 % atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) berkisar antara 1590.β-selulosadapat mengendap jika ekstrak dinetralkan.
3. γ-selulosa, adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH
17,5 % atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) kurang dari 15.
α-selulosa sangat menentukan sifat tahanan kertas, semakin banyak kadar
α-selulosanya menunjukkan semakin tahan lama kertas tersebut. Sifat
hidrofilik yang dimiliki γ dan β lebih besar daripada α-selulosanya
(Wibisono dan Solechuddin, 2002).
Berbeda dengan hemiselulosa, selulosa dapat bersifat kristalin maupun
amorf, sukar larut dalam alkali, dan menghasilkan D-glukosa jika dihidrolisis.
Sementara hemiselulosa yang terdiri dari berbagai unit gula bersifat amorf, bukan
merupakan serat panjang, mudah larut dalam alkalitapi sukar larut dalam asam
dan menghasilkan D-xilosis jika dihidrolisis (Sitorus, 2010).
Selulosa dapat diisolasi dari tanaman, untuk mengoptimalkan pengambilan
serat selulosa dari beberapa tahapan metode pengisolasian dapat diaplikasikan
seperti metode mekanis sederhana, campuran metode kimiawi dan mekanik, serta
pendekatan metode enzim. Proses isolasi selulosa dari TKS menggunakan metode
kimiawi meliputi tahap prehidrolisis, delignifikasi, pemutihan, dan pengeringan.
Tahap prehidrolisis bertujuan untuk mempercepat penghilangan hemiselulosa
dalam bahan baku pada waktu pemasakan (cooking) menggunakan air lunak (soft
water) atau larutan asam encer (Tarmansyah, 2007).
Tahap delignifikasi dilakukan degan larutan NaOH, karena larutan ini
dapat menyerang dan merusak struktur lignin, bagian kristalin dan amorf,
memisahkan lignin serta menyebabkan pengembangan struktur selulosa (Enari,
Universitas Sumatera Utara
9
1983). Proses pemutihan bertujuan untuk melarutkan sisa senyawa lignin yang
dapat menyebakan perubahan warna, dengan cara mendegradasi rantai lignin yang
pendek, maka lignin dapat larut pada saat pencucian dalam air atau alkali. NaOCl
digunakan untuk memutihkan warna dari suatu zat (Fengel and Wegner, 1995)
2.2.1 Sifat-sifat Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama dalam pembuatan kertas. Selulosa adalah
senyawa organik penyusun utama dinding sel dari tumbuhan. Adapun sifat dari
selulosa adalah berbentuk senyawa berserat, mempunyai tegangan tarik yang
tinggi, tidak larut dalam air dan pelarut organik . Bahan berbasis selulosa sering
digunakan karena memiliki sifat mekanik yang baik seperti kekuatan dan modulus
regang yang tinggi, kemurnian tinggi, kapasitas mengikat air tinggi, dan struktur
jaringan yang sangat baik (Gea, et al 2011).
2.2.2 Sumber Selulosa
Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan
bahan alam yang paling penting yang dibuat oleh organisme hidup. Selulosa
terdapat pada semua tanaman dari pohon bertingkat tinggi hingga organisme
primitif seperti rumput laut, flagelata dan bakteria. Kadar selulosa yang tinggi
terdapat dalam rambut biji (kapas,kapok) dan serabut kulit (rami, flax, hehep),
lumut, ekor kuda dan bakteria yang mengandung selulosa (Wegner, 1985).
Selulosa yang terdapat dalam tumbuhan digunakan sebagai bahan
pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa.
Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicernakan karena kita tidak mempunyai
enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat
terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi dapat terhidrolisis menjadi
selobiosa. Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa
yang berikatan glikolisik antara atom karbon 1 dengan atom karbon 4 (Poedjiadi,
2006).
Universitas Sumatera Utara
10
2.2.3. Kegunaan Selulosa
Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh,
namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buahbuahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat
dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik ditingkatkan dan dengan demikian
memperlancar proses pencernaan. Tentu saja jumlah serat yang terdapat dalam
bahan makanan tidak boleh terlalu banyak (Poedjiaji, 2006). Jutaan ton selulosa
digunakan setiap tahun untuk membuat perabot kayu, tekstil, dan kertas (Cowd,
1991).
2.3 Tetramethyl Piperidine 1 oxyl (TEMPO)
2.3.1 Pengertian TEMPO
TEMPO adalah senyawa yang larut dalam air dan kandungan senyawa radikal
pada nitroxyl stabil. Tempo dapat digunakan untuk oksidasi katalis dan oksidasi
relative pada golongan hidroksil primer terhadap hidroksil sekunder. Pertama
terbukti oleh Semelheck, mekanisme yang diusulkan pada penggunaan tempo
menunjukkan bahwa gugus hidroksil primer teroksidasi menjadi kelompok
aldehida oleh ion nitrosonium yang dihasilkan dari tempo oleh oksidan primer
(Barriga, 2001).
Senyawa TEMPO ditemukan oleh Lebedev dan Kazanowski pada tahun 1960.
Dimana pada awalnya adalah pemanfaatan tetrametilpiperidina. Senyawa
TEMPO banyak digunakan sebagai penanda radikal, sebagai struktural untuk
sistem biologis berkaitan dengan spin elektron pada resonansi spektroskopi dan
dapat digunakan sebagai reagen dalam sintesis organik. Serta sebagai mediator
dalam polimerisasi radikal (Ciriminna and Pagliaro, 2010).
Gambar 2.2 Struktur Tetramethyl Piperidine 1 Oxyl (TEMPO)
Universitas Sumatera Utara
11
2.3.2 Fungsi TEMPO
TEMPO dalam sintesis organik sebagai katalis untuk oksidasi alkohol primer ke
aldehida. Oksidan yang sebenarnya adalah garam N-oxoamonium yakni pada
siklus katalis dengan Natrium Hipoklorit sebagai oksidan dalam stoikiometri.
Asam Hipoklorit tersebut menghasilkan N-oxoamonium dari Tetramethyl
piperidinerdikal 1 oxyl (TEMPO). Salah satu contoh reaksi yang khas adalah
oksidasi metil butanol. Metoksipenetyhl alcohol dioksidasi menjadi asam
karboksilat yang sesuai dalam sistem TEMPO dan Natrium Hipoklorit serta
jumlah kesetimbangan Natrium Hipoklorit. Oksidator TEMPO juga menunjukkan
kimia selektif menjadi pengaruh terhadap alkohol sekunder, tetapi reagen akan
mengubah aldehida menjadi asam karboksilat (Anelli et al, 1990).
2.3.3 Oksidasi Selulosa
Oksidasi selulosa adalah tidak larutnya turunan selulosa dalam air. Hal ini dapat
diproduksi dari selulosa oleh aksi agen pengoksidasi. Seperti klorin, hydrogen
pengoksida, nitrogen dioksida, asam hipoklorit dan berbagai logam katalis.
Oksidasi selulosa mungkin mengandung asam karboksilat, aldehida atau
kelompok keton. Selain kelompok hidroksilasli dari bahan awal, selulosa
tergantung pada sifat oksidan dan reaksi (Collison and Simons, 2010).
2.3.4 Selulosa Teroksidasi TEMPO
Oksidasi TEMPO selulosa pada kondisi basa dapat dijelaskan pada Gambar 2.3.
TEMPO dapat larut dalam air, stabil pada radikal nitroxyl. Oksidasi katalis
menggunakan TEMPO telah membuka bidang baru yang efisien dan sebagai
konversi kimia yang selektif pada kelompok hidroksil beralkohol untuk aldehida,
keton dan kelompok karboksil dalam kondisi yang ringan. Pertama kali diterapkan
oksidasi penggunan TEMPO untuk polisakarida yang larut dalam air seperti pati
untuk mengkonversi C6 hidroksil primer menjadi kelompok karboksilat. Dalam
hal ini, jumlah katalis TEMPO dan Natrium Bromide dilarukan dalam
polisakarida pada pH 10-11 dan oksidasinya dimulai dengan penambahan larutan
Natrium Hipoklorit sebagai oxidan. Berbagai reaksi oksidasi untuk penggunaan
TEMPO pada mono, oligo, dan polisakarida untuk konversi selectivitas dari
hidroksil primer menjadi kelompok karboksilat (Saito,2004).
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.3 Skema Selulosa Teroksidasi TEMPO
2.4 Nanoteknologi
Dunia teknologi berkembang tidak dapat terlepas dari Ilmu pengetahuan.
Teknologi sendirimerupakan penerapan ilmu pengetahuan untuk menyediakan
barang maupun jasa yang diperlukan bagi kelangsungan dan kenyamanan hidup
manusia. Ilmu pengetahuan telah melahirkan berbagai macam teknologi inovatif
dan
terbaru.
Berbagai
hipotesis
dan
penelitian
dilakukan
secara
berkesinambungan dan terus menerus sejak manusia diciptakan hingga saat ini.
Hal tersebut membuat teknologi membangun sendiri peradabannya. Kini industri
di bidang teknologi telah tumbuh dan berkembang di berbagai negara. Seterusnya
industri teknologi kini menjadi bagian dari hidup umat manusia yang belum
tergantikan. Salah satu teknologi yang berkembang sejak pertengahan abad 20
adalah nanoteknologi. Nanoteknologi merupakan pembuatan dan penggunaan
material pada ukuran sangat kecil. Material yang dihasilkan dan digunakan ini
kemudian dikenal sebagai dimensi nanometer atau dikenal sebagai nanomaterial.
Nanomaterial adalah suatu material yang memiliki ukuran 1 x 10-9 meter.
Nanomaterial dalam berbagai struktur telah menjadi tema dalam berbagai
penelitian yang dilakukan oleh banyak peneliti maupun pelaku industri pada
beberapa tahun terakhir. Bahan-bahan nanomaterial menjanjikan untuk dapat
digunakan dalam berbagai aplikasi. Nanomaterial memiliki banyak macam,
Universitas Sumatera Utara
13
diantaranya nanofiber, nanorod, nanobelt, nanotube, nanowire, dan nano kristal
dan lain lain (Xia,et.al., 2003).
2.4.1
Nanokristal
Nanokristal (nanocrystal) adalah material berukuran nanometer dengan dimensi
tidak lebih dari seratus nanometer dan berbentuk kristalin. Pada umumnya,
material dengan dimensi kurang dari satu mikrometer atau seribu nanometer biasa
disebut nanopartikel. Sebagai contoh setiap partikel yang menunjukkan bagian
kristalinitas bisa didefinisikan sebagai nanopartikel berdasarkan dimensinya
(Keshk and Haija, 2011).
Nanokristal selulosa dapat dihasilkan sari sumber yang bervariasi, seperti
kayu, kapas, serat, ataupun bakteri. Mikrokristal selulosa, rami, dan lain-lain.
Dimensi geometri (panjang, L dan diameter, d) (Miller and Donald, 2003).
Mikroselulosa di temukan di dalam dinding sel tumbuhan dengan ukuran
diameter 2-20 mikrometer dan 100 – 40000 nanometer panjangnya bergantung
pada masing-masing sumber selulosa yang dihasilkan (Benziman, et. Al., 1980).
Suspensi koloid dari selulosa dapat diperoleh dengan mengontrol
degradasi asam sulfat dari serat selulosa. Transmisi elektroskopi elektron
menggambarkan suspensi kering yang ditunjukkan dalam bentuk agregat dari
partikel yang berbentuk jarum, yang di analisis dengan difraksi elektron.
Degradasi serat selulosa dengan bantuan asam yang didapatkan dari pulp kayu
berkualitas tinggi, dilanjutkan dengan proses sonifikasi. Nanokristal selulosa
memiliki berbagai macam kegunaan, misalnya dalam industri farmasi berperan
sebagai pengikat tablet, pada aplikasi makanan sebagai struktur dan pengganti
lemak serta sebagai aditif paper dan komposit setelah kondisi hidrolisis asam
dioptimumkan (Marchessault and Sundararajan, 1983).
Universitas Sumatera Utara
14
2.4.2
Nanoserat
Nanoserat (Nanofiber)merupakan salah satu material nano yang juga banyak
diteliti oleh peneliti dan ilmuwan. Nanofiber atau berukuran nanometer
merupakan salah satu material berbentuk serat yang berukuran nano yang
memiliki diameter sekitar 40-2000 nm. Serat nano memiliki karakteristik kuat,
mudah mengalirkan air dan rasio permukaan terhadap volume besar. nano
teknologi merupakan salah satu teknologi yang memiliki banyak aplikasinya baik
di masa sekarang maupun pada massa yang akan datang. Salah satu cara untuk
fabrikasi
serat
nano
adalah
dengan
metode
electrospinning.
Metode
electrospinning atau elektrospinning merupakan salah satu metode untuk
mensintesis bahan berstruktur nano yang merupakan teknik sederhana dan
serbaguna untuk fabrikasi serat nano Bahan yang dapat digunakan dapat berasal
dari berbagai macam jenis, umumnya polimer. (Andrady, 2008).
2.4.3
Sifat Nanoserat
Saat ini nanoserat adalah salah satu hasil temuan yang tengah mendapat perhatian
khusus karena potensi pemanfaatan yang begitu luas pada berbagai bidang.
Nanoserat adalah serat yang mempunyai diameter kurang dari 100 nanometer.
Serat nano mempunyai sifat yang sangat khas yaitu sangat kuat rasio permukaan
terhadap volume yang besar. Sifat-sifat tersebut membuat serat nano menjadi
bahan yang sangat menjanjikan untuk dimanfaatkan pada bebagai bidang industri.
Seperti industry komposit, otomotif, pulp dan kertas, elektronik tekstil, optik,
pertanian, kosmetik, kesehatan kedokteran, farmasi dan lain-lain (Subiah, 2005).
2.4.4
Aplikasi Nanoserat
Nanoserat merupakan material dan teknologiyang sangat pentinguntuk menunjang
perkembangan nanoteknologi pada berbagai bidang produk industri. Seperti di
bidang elektronik, kedokteran, farmasi, industri makanan, tekstil dan lain-lain.
Dibawah ini akan dijabarkan beberapa aplikasi nanoserat dalam berbagai
bidang, yaitu :
1. Manufaktur Tekstil
Universitas Sumatera Utara
15
Metode electrospinning mayoritas digunakan pada aplikasi tekstil, namun kain
tenun yang diproduksi hanya sedikit. Mungkin karena kesulitan dalam
penanganan dan seratnya nyaris tidak terlihat. Namun, electrospinning memiliki
potensi untuk memproduksi pakaian non-woven mulus dengan mengintegrasikan
manufaktur maju dengan electrospinning serat. Hal ini akan memperkenalkan
multi-fungsi (api, kimia, perlindungan lingkungan) oleh serat menyatu dengan
electrospinlaced (menggunakan electrospinning untuk menggabungkan serat yang
berbeda dan lapisan untuk membentuk tiga bentuk dimensi, seperti pakaian)
lapisan dalam kombinasi dengan lapisan polimer.
2. Kedokteran
Nanoserat juga diaplikasikan dalam bidang kedokteran, termasuk drug and gene
delivery, rekayasa jaringan, pengobatan luka, dan sebagainya. Contohnya Serat
karbon nanotube yang ukurannya lebih kecil dari sel darah merah mempunyai
kegunaan untuk membawa obat menuju sel darah merah.
3. Pertanian
Dalam industry pertanian nanoserat dan nanoteknologi akan sangat bermanfaat
untuk melakukan sensor dan pengontrolan pertanian seperti tanaman hidrofonik.
Pengontrolan produk biosecurity memerlukan peralatan yang sangat peka. Sangat
sering terjadi bahan makanan yang mengandung bakteri dan virus menimbulkan
penyakit yang dapat berakibat fatal. Biosensor akan dapat mendeteksi perubahan
sel dan molekul yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi adanya bahan
berbahaya meskipun kandungannya sangat kecil (Maddu, 2008).
2.5 Karakterisasi
2.5.1
Spektroskopi Infra Merah Fourier-Transform
Spektroskopi inframerah merupakan salah satu teknik analisis yang paling penting
yang tersedia untuk para ilmuan saat ini. Salah satu keuntungan besar dari
spektroskopi inframerah adalah bahwa hampir semua sampel dapat dianalisis,
seperti Cairan, larutan, pasta, bubuk, film, serat, dan gas. Spektroskopi FT-IR
telah meningkatkan kualitas spektrum inframerah dan meminimalkan waktu yang
dibutuhkan untuk memperoleh data. Spektroskopi inframerah adalah teknik yang
Universitas Sumatera Utara
16
didasarkan pada getaran ion atom molekul. Spektrum inframerah biasanya
diperoleh dengan melewatkan radiasi inframerah melalui sampel dan menentukan
bagian mana dari radiasi yang diserap pada energi tertentu. Energi yang muncul di
setiap puncak dalam spektrum penyerapan dapat disamakan dengan frekuensi
getaran dari bagian molekul sampel (Stuart,2004).
Dua variasi instrumental dari spektroskopi IR yaitu metode dispersive
yang lebih tua, dimana prisma atau kisi dipakai untuk mendispersikan radiasi IR,
dan metode Fourier Transform (FT) yang lebih akhir, yang menggunakan prinsip
interferometry. Kelebihan-kelebihan dari FT-IR mencakup persyaratan ukuran
sampel yang kecil, perkembangan spectrum yang tepat, dan karena intrumen ini
memiliki computer yang terdedikasi-kemampuan untuk menyimpan dan
memanipulasi spectrum. FT-IR telah membawa tingkat keserbagunaan yang lebih
besar ke penelitian-penelitian struktur polimer. Karena spectrum-spektrum ini bisa
di-scan, disimpan dan ditransformasikan dalam hitungan detik, teknik ini
memudahkan penelitian reaksi-reaksi polimer seperti degradasi atau ikat silang
(Stevens, 2001).
2.5.2
Scanning Electron Microscopy (SEM)
Prinsip yang mendasari SEM adalah elektron. Dalam SEM, digunakan sinyal
elektron BSES (Backsscettered Electrons) dan Ses (Secondary Electrons).
Perbedaan spesimen dan topografi permukaan dipengaruhi terus-menerus,
pengangkutan, dan tempat keluarnya sinyal elektron. Gambar dibentuk sebagai
hasil SEM dan variasi-variasi intensitas sinyal elektron dikumpulkan berupa
elektron beam dengan daerah scan (Stokes, 2008).
Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan alat yang dapat
membentuk bayangan permukaan. Struktur permukaan suatu benda dapat
dipelajari dengan mikroskop electron pancaran karena jauh lebih mudah untuk
mempelajari struktur permukaannya secara langsung. Pada dasarnya, SEM
menggunakan sinyal yang dihasilkan electron untuk dipantulkan atau berkas sinar
electron sekunder. SEM menggunakan prinsip scanning dengan prinsip utamanya
adalah berkas elektron diarahkan pada titik-titik permukaan specimen. Gerakan
Universitas Sumatera Utara
17
elektron diarahkan dari satu titik ke titik lain pada permukaan specimen. Jika
seberkas sinar elektron ditembakkan pada permukaan specimen maka sebagian
elektron itu akan dipantulkan kembali dan sebagian lagi akan diteruskan. Jika
permukaan specimen tidak rata, banyak lekukan, lipatan atau lubang-lubang maka
tiap bagian permukaan itu akan memnatulkan elektron dengan jumlah dan arah
yang berbeda dan jika ditangkap detektor akan diteruskan ke system layar dan
akan diperoleh gambaran yang jelas dari permukaan spesimen dalam bentuk tiga
dimensi (Gunawan, 2010).
Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa
permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau
dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan yang diperoleh
merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang
permukaan.
Gambar topografi diperoleh dari penangkapan electron sekunder yang
dipancarkan oleh specimen. Sinyal electron sekunder yang dihasilkan ditangkap
oleh detector dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar
yang khas yang menggambarkan struktur permukaan specimen. Selanjutnya
gambar dapat pula direkam kedalam suatu disket (Wirjosentono, 1996).
2.5.3 Transmission Electron Microscopy (TEM)
Transmission Electron Microscopy (TEM) merupakan suatu teknik dimana suatu
berkas electron berinteraksi dan melewati suatu specimen. Electron-elektron yang
diemisikan oleh suatu akan difokuskan dan diperbesar oleh suatu system dari
lensa magnetic. Berkas electron dibatasi oleh dua lensa kondesor yang juga
mengontrol kecerahan berkas, melewati celah kondesor dan menembak
permukaan sampel. Electron-elektron yang dihamburkan berisi berkas yang
ditransmisikan, yang melewati lensa objektif. Lensa objektif membentuk tampilan
gambar dan mengikuti celah, celah area yang objektif dan terpilih biasanya
memilih electron yang dihamburkan yang akan membentuk gambaran mikroskop.
Akhirnya, berkas menuju system pembesaran gambar dan lensa projector. Gambar
yang terbentuk ditunjukkan pada layar berpendar atau monitor atau keduanya dan
dicetak pada film fotografi (Voutou and Stefanaki, 2008).
Universitas Sumatera Utara