Embed Size (px)
Citation preview
KARAKTERISTIK CELLULOSE NANOFIBER (CNF) DARI
LIMBAH TANDAN KELAPA SAWIT HASIL HIDROLISIS
ASAM FOSFAT
SKRIPSI
NAFA FUJIAMA RAGESTA
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2020 M / 1442 H
KARAKTERISTIK CELLULOSE NANOFIBER (CNF) DARI LIMBAH
TANDAN KELAPA SAWIT HASIL HIDROLISIS ASAM FOSFAT
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
NAFA FUJIAMA RAGESTA
NIM : 11140960000009
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
2020 M / 1442 H
i
ABSTRAK
NAFA FUJIAMA RAGESTA. Karakteristik Cellulose Nanofiber (CNF) dari
Limbah Tandan Kelapa Sawit Hasil Hidrolisis Asam Fosfat. Dibimbing oleh
ANNA MUAWANAH dan ATHANASIA AMANDA SEPTEVANI.
Nanoselulosa dari limbah tandan kelapa sawit (TKS) dengan metode
hidrolisis asam fosfat sebagai material dasar nanopaper telah berhasil diisolasi dan
dikarakterisasi dengan baik. Penelitian diawali dengan didelignifikasi TKS
dengan NaOH dan pemutihan dengan NaClO2 kemudian diukur kandungan
lignoselulosanya. Hasil lignoselulosa TKS menunjukkan kandungan selulosa
cukup tinggi yaitu 88,45 ± 0,7%, hemiselulosa 13,37 ± 0,3% dan lignin 3,25 ±
0,0%. Nanoselulosa diperoleh melalui proses hidrolisis menggunakan H3PO4 pada
suhu 50, 70 dan 80 oC selama 3,5 jam. Isolat terbaik nanoselulosa atau Cellulose
Nanofiber (CNF) pada suhu 80 oC dengan hasil karakterisasi menunjukkan pita
getaran P=O pada bilangan gelombang 1033 cm-1. Struktur permukaan CNF hasil
analisis dengan Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron
Microscopy (SEM) menunjukkan CNF 80 oC (CNF 80) memiliki diameter 17 ± 8
nm dengan panjang dalam ukuran mikron. Cellulose Nanopaper (CNP) telah
dibuat dari CNF dengan variasi 0,2; 0,3 dan 0,4% berat menggunakan metode
casting. Pemilihan nanopaper terbaik didasarkan pada visual photograph, sifat
tranparansi dengan spektrofotometer. CNP terbaik diperoleh dari nanoselulosa
CNF 80 pada konsentrasi 0,3% berat dengan sifat transparansi 10,79% dan
memiliki kekuatan tarik 3,60 ± 0,4 MPa.
Kata kunci: Hidrolisis, nanopaper, nanoselulosa, tandan kelapa sawit.
ii
ABSTRACT
NAFA FUJIAMA RAGESTA. Characteristics of Cellulose Nanofiber (CNF)
from Oil Palm Bunch Waste as result from Phosphoric Acid Hydrolysis.
Supervised by ANNA MUAWANAH and ATHANASIA AMANDA
SEPTEVANI.
Nanocellulose from oil palm empty fruit bunches (EFB) with phosphoric acid
hydrolysis method as base material nanopaper have been isolated and well
characterized. The research began with delignificated of EFB with NaOH and
bleaching with NaClO2 then measured its lignocellulose content. The results of
EFB lignocellulose shows high cellulose content of 88.45 ± 0.7%, hemicellulose
13.37 ± 0.3% and lignin 3.25 ± 0.0%. Nanocellulose obtained through the
hydrolysis process using H3PO4 with temperature variations of 50, 70 and 80 oC
for 3.5 hours. Cellulose Nanofiber (CNF) was obtained through the temperature
80 oC with the results of characterization showed stretching groups P=O in wave
numbers of 1033 cm-1. CNF surface structure is analyzed by Transmission
Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and the result
shows that CNF 80 oC (CNF 80) has diameter 17 ± 8 nm with the length of
micron. Cellulose Nanopaper (CNP) was made from CNF with variation of 0.2;
0.3 and 0.4 wt% using casting method. The optimization results obtained by CNP
from CNF 80 at concentration of 0.3 wt% has optimum transparency of 10.79%
and has tensile strength 3,60 ± 0,4 MPa.
Keywords: Hydrolysis, nanopaper, nanocellulose, oil palm empty fruit bunches.
iii
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Alhamdulillahi robbil alamin, puji sukur penulis panjatkan pada Allah
SWT karena berkat rahmat, hidayah serta inayah-Nya penulis dapat
menyelesaikan penulisan skripsi yang berjudul “Karakteristik Cellulose
Nanofiber (CNF) dari Limbah Tandan Kelapa Sawit Hasil Hidrolisis Asam
Fosfat”. Penelitian dan penulisan skripsi ini tidak mungkin selesai tanpa bantuan
dari banyak pihak. Oleh sebab itu, penulis mengucapkan banyak terima kasih
kepada:
1. Anna Muawanah, M. Si selaku pembimbing I yang telah memberikan ilmu
pengetahuan, pengarahan, waktu, serta bimbingannya kepada penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.
2. Athanasia Amanda Septevani, Ph. D selaku pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan, pengetahuan, arahan serta waktunya untuk berdiskusi
kepada penulis.
3. Nurhasni, M. Si dan Dr. Sandra Hermanto, M. Si selaku dosen penguji yang
telah banyak memberikan kritik dan saran dalam penyusunan dan penulisan
skripsi ini.
4. Dr. La Ode Sumarlin, M. Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains
dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta;
5. Prof. Dr. Lily Surayya Eka Putri, M. Env. Stud selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta;
iv
6. Seluruh dosen Program Studi Kimia UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang
telah memberikan ilmu pengetahuan serta bimbingan kepada penulis selama
mengikuti perkuliahan;
7. Orang tua penulis serta keluarga yang selalu mendoakan, memberi nasehat serta
support dalam bentuk moril maupun materil kepada penulis;
8. Teman-teman program studi Kimia 2014 yang selalu memberikan dukungan
kepada penulis;
9. Semua pihak yang telah membantu penulis namun tidak dapat disebutkan satu
persatu.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat untuk menambah khazanah ilmu
pengetahuan di bidang kimia dan bermanfaat untuk masyarakat secara umum.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Jakarta, November 2020
Penulis
v
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ......................................................................................... iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. viii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 5
1.3 Hipotesis ......................................................................................................... 5
1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 5
1.5 Manfaat .......................................................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 7
2.1 Tandan Kelapa Sawit (TKS) .......................................................................... 7
2.2 Cellulose Nanofibril ....................................................................................... 9
2.2.1 Nanoselulosa ........................................................................................ 9
2.2.2 Cellulose Nanofibril (CNF) ................................................................ 10
2.3 Nanopaper ..................................................................................................... 11
2.4 Instrumentasi ................................................................................................. 13
2.4.1 Fourier Transform Infrared (FT-IR) .................................................. 13
2.4.2 Scanning Electron Microscopy (SEM) ............................................... 14
2.4.3 Transmission Electron Microscopy (TEM) ........................................ 15
2.4.4 Spektrofotometer UV-Vis ................................................................... 16
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 17
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................... 17
3.2 Alat dan Bahan .............................................................................................. 17
3.3 Rancangan Penelitian .................................................................................... 18
vi
Halaman
3.4 Prosedur Kerja ............................................................................................... 19
3.4.1 Preteatment (delignifikasi) TKS ......................................................... 19
3.4.2 Hasil Bleaching Selulosa dengan NaClO2 ........................................... 19
3.4.3 Analisis Komponen Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin pada TKS
dengan Metode National Renewable Energy Laboratory (NREL)...... 19
3.4.3.1 Uji Kadar Lignin pada TKS .................................................... 19
3.4.3.2 Uji Kadar Selulosa dan hemiselulosa TKS ............................. 21
3.4.4 Isolasi Nanoselulosa dengan Asam Lemah ......................................... 22
3.4.5 Uji Stabilitas ........................................................................................ 22
3.4.6 Pembuatan Nanopaper ........................................................................ 22
3.4.7 Karakterisasi Nanoselulosa ................................................................. 23
3.4.7.1 Analasis Sampel dengan FT-IR ............................................. 23
3.4.7.2 Analisis Sampel dengan SEM ................................................ 23
3.4.7.3 Analisis Sampel dengan TEM ................................................ 23
3.4.8 Karakteristik Nanopaper ..................................................................... 24
3.4.8.1 Uji Transparansi dengan Spektrofotometer UV-Vis .............. 24
3.4.8.2 Uji Stabilitas ........................................................................... 24
3.4.8.3 Visual Photograph ................................................................. 24
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 25
4.1 Pretreatment (Delignifikasi) TKS................................................................. 25
4.2 Hasil Pemutihan Selulosa dengan NaClO2 ................................................... 27
4.3 Hasil Spektrum FT-IR Nanoselulosa ............................................................ 30
4.4 Stabilitas Suspensi Nanoselulosa .................................................................. 34
4.5 Pengamatan Morfologi Nanoselulosa ........................................................... 36
4.6 Hasil Uji Transparan Nanopaper TKS .......................................................... 38
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 47
5.1 Simpulan ....................................................................................................... 47
5.2 Saran .............................................................................................................. 47
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 48
LAMPIRAN ......................................................................................................... 53
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Stuktur Selulosa ................................................................................ 7
Gambar 2. Struktur Hemiselulosa ...................................................................... 8
Gambar 3. Struktur Lignin ................................................................................. 9
Gambar 4. Skema Instrumentasi Spektrofotometer UV-Vis .............................. 16
Gambar 5. Skema prosedur penelitian ................................................................ 18
Gambar 6. Mekanisme pemutusan ikatan lignin dan selulosa menggunakan
NaOH ............................................................................................... 26
Gambar 7. Hasil proses delignifikasi dan pemutihan TKS ................................ 27
Gambar 8. Grafik batang hasil proses analisis komponen TKS………………. 28
Gambar 9. Spektrum ATR-FTIR TKS hasil proses delignifikasi dan
pemutihan .......................................................................................... 31
Gambar 10. Spektrum ATR-FTIR TKS Cellulose Nanofiber Phosphat
(CNFP) 50, 70 dan 80 ...................................................................... 33
Gambar 11. Uji stabilitas penyimpanan nanoselulosa hasil hidrolisis dengan
Asam fosfat ...................................................................................... 35
Gambar 12. SEM Nanoselulosa TKS dari proses hidrolisis asam fosfat setelah
proses bleaching pada suhu (a) 50 (b) 70 dan TEM suhu (d) 80 ..... 37
Gambar 13. Visual photograph ............................................................................ 39
Gambar 14. Presentase CNP (a) grafik transparansi (b) data % transparansi maks
pada cahaya tampak (400-800 nm) .................................................. 40
Gambar 15. CNP grafik kuat tarik ....................................................................... 42
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Hasil proses analisis komponen TKS ..................................................... 25
Tabel 2. Nilai kuat tarik, modulus elastis dan peningkatan .................................. 43
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Hasil optimasi proses analisis komponen TKS............................... 53
Lampiran 2. Hasil analisis komponen ................................................................. 54
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini Indonesia merupakan negara yang paling luas areal perkebunan
kelapa sawitnya dan salah satu tumbuhan industri yang sangat penting,
dikarenakan oleh kemampuannya yang tinggi untuk menghasilkan minyak nabati
yang banyak dibutuhkan berbagai sektor industri. Semakin meluasnya areal
perkebunan kelapa sawit dan meningkatnya kegiatan industri pengolahan minyak
sawit maka potensi limbah padat kelapa sawit juga semakin besar. Diketahui
bahwa satu ton kelapa sawit menyebabkan limbah berupa tandan kelapa sawit
(TKS) sebanyak 23% atau 230 kg (Kamal, 2014). Sementara luas areal kelapa
sawit di Indonesia pada tahun 2019 mencapai 14.326.350 Ha dan tahun 2020 luas
areal kelapa sawit mencapai 14.996.010 Ha (Direktorat Jenderal Perkebunan,
2020).
TKS memiliki beberapa zat penting yang dapat dimanfaatkan dan diolah
menjadi bahan lain yang lebih bernilai ekonomi. Merujuk pada Al-Qur’an untuk
mengolah bumi yang diberikan oleh Allah SWT, sebagaimana telah ditegaskan
dalam surat Sad ayat 27 yaitu sebagai berikut:
ين كفروا ذ لا وما خلقنا السماء والرض وما بينهما باط ل ك ظن الذ
ن النار ين كفروا م لذ فويل ل
“Dan Kami tidak menciptakan langit dan bumi dan apa yang ada di antara
keduanya dengan sia-sia. Itu anggapan orang-orang kafir, maka celakalah orang-
orang kafir itu karena mereka akan masuk neraka” (Sad: 27).
2
Surat Sad ayat 27 tersebut menjelaskan bahwa Allah menciptakan segala
sesuatu di alam semesta tidaklah sia-sia. Setiap yang ada di alam semesta ini
Allah ciptakan supaya manusia dapat mengambil manfaat darinya dengan sebaik-
baiknya. Limbah tandan kelapa sawit ini dapat dimanfaatkan dan dapat modifikasi
dan diisolasi menjadi nanoselulosa dengan metode hidrolisis asam lemah dan
diaplikasikan sebagai material dasar nanopaper yang lebih bermanfaat.
Pengolahan limbah TKS lebih lanjut dengan baik sehingga tidak mencemari
lingkungan.
Nanoselulosa adalah salah satu material maju yang baru-baru ini memiliki
potensi untuk dikembangkan karena berasal dari alam, sifat mekaniknya sangat
bagus, dan bisa juga dimanfaatkan di berbagai macam produk akhir seperti kertas,
kardus, kosmetik, kesehatan, peralatan optik, dan farmasi. Baru-baru ini
pengembangan penelitian mengenai nanoselulosa banyak dilakukan baik
akademia maupun industri. Terdapat beberapa penelitian sebelumnya yang telah
dilakukan yaitu isolasi selulosa dan sintesis nanoselulosa dari limbah pertanian
dengan berbagai macam metode. Salah satunya limbah pertanian yang sudah
diteliti adalah jerami (Kaushik & Singh, 2011), daun pisang (Cherian et al., 2008)
dan daun nanas (Cherian et al., 2010).
Penjelasan pada penelitian sebelumnya bahwa metode kimia-mekanik
terbukti efektif untuk mengisolasi selulosa dan mereduksi ukurannya menjadi
nanoselulosa. Prinsip dari proses sintesis nanoselulosa terbagi menjadi tiga tahap
utama yaitu pertama, isolasi selulosa dari sumber lignoselulosa dengan
memisahkan selulosa dari lignin dan hemiselulosa melalui proses delignifikasi
dengan larutan basa NaOH atau KOH. Kedua, proses pemutihan dengan agen
3
oksidator. Ketiga, dikonstruksi selulosa ukuran makro menjadi nano melalui
proses secara kimia dengan bantuan perlakuan mekanik (Cherian et al., 2010).
Berdasarkan morfologinya nanoselulosa digolongkan menjadi tiga yaitu,
spherical like cellulose, rod-like crystalline cellulose, dan nanofibrillated
cellulose. Pertama spherical like cellulose (CNS), metode pembuatan
nanoselulosa yang menghasilkan morfologi semi-spherical atau spherical (yaitu
rasio aspek rendah) adalah kombinasi pretreatment menggunakan dimethyl
sulfoxide (DMSO) pada suhu tinggi (80 oC) dengan hidrolisis HCl-H2SO4
menghasilkan produk CNS dengan kisaran diameter 60-570 nm (Satyamurthy et
al., 2011). Kedua adalah rod-like crystalline cellulose (CNC) merupakan
nanoselulosa yang bentuknya menyerupai jarum diperoleh melalui hidrolisis asam
kuat dengan aspek rasio kecil < 15-20 nm. Umumnya, ukuran CNC dapat
bervariasi dari lebar 5-70 nm dan panjangnya 100-250 nm. Secara umum, partikel
CNC memiliki highly crystalline (54-88%) (Moon et al., 2011). Ketiga adalah
nanofibrillated cellulose (CNF) yaitu fibril selulosa yang dihasilkan dari metode
seperti mekanik dan juga dapat dihasilkan dengan cara hidrolisis asam lemah.
Umumnya, CNF ini memiliki diameter bervariasi yaitu dari 5-60 nm dengan
panjang beberapa mikrometer dan bersifat fleksibel (Jonoobi et al., 2015).
Pada penelitian Septevani et al., (2019) nanoselulosa dihasilkan dengan
cara hidrolisis asam fosfat pada suhu 50 oC selama 3,5 jam yang memiliki
diameter 10,5 ± 2,1 nm dengan panjang serat dalam skala mikron, akan tetapi
perkiraan secara tepat panjang fibre ini susah ditentukan karena serat nanofibre
yang saling merekat satu sama lain.
4
Nanoselulosa dapat dimanfaatkan menjadi nanopaper. Nanopaper adalah
lapisan film transparan yang terdiri dari 100% nanoselulosa. Xu et al., (2016)
mengembangkan hybrid nanopaper berbasis selulosa dari kraft eucalyptus pulp
yang telah dilakukan bleaching dengan konsentrasi 0,2% berat menunjukkan
transparansi sebesar 75,1%. Hsieh et al., (2017) juga melakukan pengembangan
nanopaper menggunakan bahan dasar Japanese cedar or eucalyptus pulp dengan
konsentrasi 0,4% berat, yang menunjukkan transparansi yang tinggi mencapai
91%.
Pemanfaatan tandan kelapa sawit (TKS) yang melimpah sebagai
nanoselulosa yang aplikasinya sebagai nanopaper belum pernah dikaji. Kamal
(2014) menyatakan bahwa TKS yang memiliki kandungan selulosa cukup tinggi
yaitu sekitar 41,3-46,5%. Kandungan selulosa pada TKS yang cukup tinggi
memiliki potensi yang besar untuk dimanfaatkan menjadi isolat serat selulosa dan
diubah ukurannya menjadi nanoselulosa, sebagai bahan baku nanopaper.
Pada penelitian ini isolat selulosa diproduksi dari tandan kelapa sawit yang
diberi pra-perlakuan delignifikasi dengan NaOH dan proses pemutihan dengan
NaClO2 (Septevani et al., 2018). Selulosa yang telah dilakukan pra-perlakuan ini
dirubah ukurannya menjadi skala nano dengan metode hidrolisis asam lemah
H3PO4 untuk membentuk nanoselulosa. Pemilihan asam lemah diharapkan dapat
menghasilkan nanoselulosa dengan aspek rasio yang besar yaitu diameter dengan
ukuran nanometer sedangkan panjang fiber dalam skala mikron atau dikenal
dengan istilah nanofiber. Proses hidrolisis dilakukan dengan asam fosfat pada
variasi suhu yang berbeda yaitu 50, 70 dan 80oC selama 3,5 jam (Frost & Johan
Foster, 2013). Parameter pengamatan yang dilakukan terhadap selulosa adalah
5
kandungan selulosa, hemiselulosa, lignin serta FT-IR dan juga dilakukan terhadap
nanoselulosa adalah FT-IR, SEM dan TEM. Aplikasi nanoselulosa sebagai
nanopaper dilakukan dengan memvariasikan % nanoselulosa yaitu 0,2% berat;
0,3% berat; 0,4% berat dan diuji kualitas nanopaper berdasarkan transparansi dan
sifat mekanik (Yang et al., 2017).
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh pra-perlakuan tandan kelapa sawit terhadap
kemurnian selulosa yang dihasilkan?
2. Bagaimana pengaruh suhu pada proses hidrolisis selulosa terhadap
nanoselulosa yang dihasilkan?
3. Bagaimanakah karakteristik Cellulose Nanofiber (CNF) pada berbagai
konsentrasi nanoselulosa dari limbah tandan kelapa sawit dengan
metode hidrolisis asam fosfat?
1.3 Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini adalah:
1. Pra-perlakuan tandan kelapa sawit dapat meningkatkan kemurnian
kandungan selulosa.
2. Suhu proses hidrolisis selulosa mempengaruhi morfologi nanoselulosa
yang dihasilkan.
3. Karakteristik Cellulose Nanofiber (CNF) pada konsentrasi
nanoselulosa tertentu, dari limbah tandan kelapa sawit dengan metode
hidrolisis asam fosfat memiliki karakteristik sifat fisikokimia, mekanik
dan transparansi tertentu.
6
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengisolasi dan mengkarakterisasi nanoselulosa dari tandan kelapa
sawit melalui tahapan pra-perlakuan dan hidrolisis asam fosfat.
2. Mengetahui pengaruh suhu pada proses hidrolisis selulosa terhadap
nanoselulosa yang dihasilkan.
3. Mengetahui karakteristik Cellulose Nanofiber (CNF) pada berbagai
konsentrasi nanoselulosa dari limbah tandan kelapa sawit dengan
metode hidrolisis asam fosfat.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah memberikan alternatif pemanfaatan
limbah TKS sebagai bahan baku utama nanopaper melalui dekonstruksi tandan
kelapa sawit menjadi nanoselulosa dengan metode asam fosfat yang dapat
meningkatkan nilai jual dan mengurangi pencemaran lingkungan yang disebabkan
oleh limbah TKS.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tandan Kelapa Sawit (TKS)
Tandan kosong kelapa sawit (TKS) merupakan salah satu limbah utama
dari industri kelapa sawit (Sajab et al., 2013). Diketahui bahwa satu ton kelapa
sawit menyebabkan limbah berupa tandan kelapa sawit (TKS) sebanyak 23% atau
230 kg (Kamal, 2014). Sementara luas areal kelapa sawit di Indonesia pada tahun
2019 mencapai 14.326.350 Ha dan tahun 2020 luas areal kelapa sawit mencapai
14.996.010 Ha (Direktorat Jenderal Perkebunan, 2020).
Pemanfaatan TKS terbilang masih terbatas, sementara ini hanya dibakar
dan sebagian dihamparkan pada lahan kosong sebagai mulsa/pupuk, di kawasan
sekitar pabrik (Kamal, 2014). Dalam perkembangannya, TKS dapat dijadikan
sebagai bahan baku pembuatan pulp, kertas dan bahan bangunan (Nasrin et al,
2008). TKS mengandung Selulosa 41,3%-46,5%, Hemi Selulosa 25,3%-32,5%
dan mengandung lignin 27,6%-32,5% (Kamal, 2014).
Selulosa merupakan komponen penyusun terbesar yang dimiliki TKS.
Selulosa adalah polimer linear dari unit D-anhidroglukopiranosa yang
dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glukosidik (Gambar 1). Selulosa juga dapat
disebut β-1,4-D-glukan (Wertz et al., 2013).
8
Gambar 1. Struktur selulosa (Wertz et al., 2013)
Hemiselulosa merupakan komponen penyusun TKS terbesar kedua.
Hemiselulosa merupakan komponen dari dinding sel yang terikat dengan selulosa
dan merupakan sumber daya terbarukan terbesar kedua yang tersedia di alam
(Dekker, 1985).
Gambar 2. struktur hemiselulosa (Wertz et al., 2013)
Selain selulosa dan hemiselulosa, TKS juga memiliki komponen penyusun
berupa lignin. Lignin adalah polimer fenolik kompleks yang berperan terhadap
kekuatan, kekakuan, dan sifat hidrofobik pada dinding sel sekunder tanaman
(Bonawitz & Chapple, 2010). Struktur molekul lignin dan penyusunnya dapat
dilihat pada (Gambar 3). Dalam pengolahan pulp lignin sangat berpengaruh
terhadap warna pulp karena oksidasi sruktur aromatik lignin akan menghasilkan
9
warna coklat yang seringkali tidak diiginkan. Lignin tidak terhidrolisis dengan
asam, tetapi larut dalam alkali panas (Bismark et al., 2005).
Gambar 3. Struktur lignin (Bismark et al., 2005)
2.2 Cellulose Nanofibril
2.2.1 Nanoselulosa
Nanoselulosa merupakan selulosa yang diameternya berukuran nano.
Nanoselulosa berbeda dengan selulosa alami karena nanoselulosa memiliki sifat-
sifat yang khas seperti sangat kuat, rasio permukaan terhadap volume yang besar,
kemampuan mengikat air yang tinggi, kekuatan tarik yang tinggi, jaringan yang
halus, dan sangat porous. Partikel nanoselulosa merupakan material jenis baru
yang mengalami perubahan. Perubahan ini berupa peningkatan kristalinitas, luas
permukaan, peningkatan dispersi dan biodegradasi. Dengan adanya perubahan
dari selulosa menjadi nanoselulosa menyebabkan terjadinya perubahan sifat dari
selulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai filler penguat polimer, aditif untuk
10
produksi biodegradable, dan penguat membran (Ioelovich, 2012). Nanoselulosa
berdasarkan morfologinya dibagi menjadi nanocrystalyne dan juga nanofiber, dari
kedua jenis morfologi ini nanofiber adalah salah satu jenis morfologi nanoselulosa
yang paling banyak digunakan untuk berbagai aplikasi.
2.2.2 Cellulose Nanofibril (CNF)
Serat/fibril selulosa merupakan suatu kompleks polimer dimana struktur
lapisannya terdiri dari suatu dinding primer dan sekunder. Dinding sekunder ini
terdiri dari tiga lapisan dan lapisan tengah yang tebal menentukan sifat mekanis
dari serat. Lapisan tengah terdiri dari satu rangkaian mikrofibril selulosa helik
yang disebut sudut mikrofibrilar.
Gambar 4. Struktur Cellulose Nanofibril (Kokol et al., 2015)
Reaksi fosforilasi (Kokol et al., 2015) dilakukan melalui esterifikasi
kelompok OH selulosa dengan asam, seperti asam fosfat. Nilai karakteristik untuk
parameter ini bervariasi dari serat satu ke yang lain. Mikrofibril selulosa tersebut
mempunyai diameter kurang dari 100 nm dengan panjang beberapa mikrometer
dan memberikan kekuatan mekanis kepada serat. Fase matriks amorf dalam
dinding sel adalah sangat kompleks dan terdiri dari hemiselulosa, lignin. Molekul
hemiselulosa adalah hidrogen selulosa yang terikat pada hemiselulosa dan sebagai
pengikat diantara mikrofibril-mikrofibril selulosa, membentuk jaringan cellulose-
hemicellulose yang merupakan komponen struktural utama dari serat. Jaringan
11
lignin yang hidrofobik mempengaruhi sifat dari jaringan lain dengan cara
meningkatkan fleksibel dari komposit (Satyanarayana et al., 1986).
Penelitian serat nano dengan ukuran diameter kurang dari 100 nm ini
menjadi menarik perhatian oleh industri, akademisi, dan lembaga penelitian di
dunia saat ini. Keunggulan serat nano adalah memiliki permukaan yang luas,
sangat ringan, dan mudah dibentuk serta punya nilai ekonomis yang sangat tinggi.
Salah satu proses nanoselulosa ialah secara hidrolisis asam untuk menghilangkan
bahan organik dan/atau anorganik alami yang berikatan dengannya. Hidrolisis
asam selulosa yang melibatkan protonasi oksigen asetal dari hubungan glikosidik.
Sebuah karbokation dibentuk pada anomerik karbon melalui heterolysis yang
menyebabkan ikatan glikosidik lysis. Karbokation kemudian bereaksi dengan air,
membentuk gugus hidroksil, dan sebuah proton. Reaksi orde pertama, dengan
kecepatan reaksi sangat tinggi tergantung pada selulosa dan konsentrasi asam.
Hidrolisis asam untuk menghubungkan elemen amorf selulosa dan mikrofibril,
untuk membuatnya menjadi lebih kecil, fibril yang sangat tinggi, disebut
nanofiber (Lucia & Rojas, 2009). Salah satu aplikasi yang sedang mulai menarik
perhatian para akademia maupun industri adalah pembuatan nanopaper dengan
menggunakan cellulose nanofibril dari tumbuhan.
2.3 Nanopaper
Nanopaper adalah lapisan film transparan yang terdiri dari 100%
nanoselulosa. Nanopaper terbuat dari bahan yang sama dengan tradisional kertas
tetapi terdiri dari serat dengan diameter yang jauh lebih kecil daripada kertas
tradisional. Nanopaper mengurangi diameter serat kertas menurunkan optik
penghamburan. Oleh karena itu, nanopaper memiliki optik yang sangat baik
12
transparansi (Moon et al., 2011). Nanopaper juga bisa tahan terhadap suhu yang
jauh lebih tinggi dari pada plastik saat pengolahan. Transparansi tinggi dan
fleksibilitas nanopaper memungkinkan untuk mengganti substrat plastik dalam
berbagai macam aplikasi, seperti penguatan dalam bahan nanokomposit,
biomedis, kemasan makanan, atau sensor. Namun, setiap aplikasi memerlukan
beberapa sifat khusus dari bahan yang digunakan, jadi tergantung pada pengguna
akhir, hanya satu atau beberapa nanoselulosa (CNF atau CNC) yang paling
memadai (Moon et al., 2011).
Nanopaper mengandung nanoselulosa yang menguntungkan dibandingkan
dengan kertas biasa seperti permukaan yang lebih halus (Nogi et al., 2009). Selain
itu, sifat mekanik nanopaper secara signifikan lebih baik daripada kertas biasa,
karena adhesi interfibril yang lebih tinggi, kekuatan fibril yang lebih besar, dan
lebih banyak homogenitas (Henriksson et al., 2008 dan Wang et al., 2013). Karena
itu, nanopaper adalah kandidat yang sempurna sebagai substrat yang digunakan
untuk memprosesan roll-to-roll dalam produksi perangkat elektronik di masa
depan, seperti layar fleksibel, sel surya dan dapat menggantikan pengolahan batch
konvensional yang mahal (Nogi et al., 2009).
2.4 Instrumentasi
2.4.1 HPLC (High Pressure Liquid Chromatography)
HPLC pada prinsipnya adalah perbedaan molekul-molekul komponen
diantara dua fasa, fasa gerak dan fasa diam yang memiliki sifat kepolaran yang
berbeda. Apabila molekul komponen saling berinteraksi secara lemah dengan fasa
diam, maka komponen tersebut akan bergerak lebih cepat meninggalkan fasa
diam. Oleh karena itu, keberhasilan pemisahan bergantung pada daya interaksi
13
antar komponen campuran dengan fasa diam dan fasa gerak (Effendy, 2004).
HPLC ini akan digunakan untuk menentukan kadar hemiselulosa dan selulosa
yang terbentuk dalam produk.
Analisis menggunakan HPLC relatif lebih cepat, daya pemisahan yang
baik, tingkat sensitifitas yang tinggi hingga nanogram/mililiter, pemilihan kolom
yang bervariasi, kolom dapat digunakan kembali, dapat menganalisis senyawa
dengan ukuran bervariasi dan campuran yang memiliki titik didih yang tinggi
(Harmita, 2006).
2.4.2 Fourier Transform Infrared (FTIR)
Spektrofotometri inframerah pada umumnya digunakan untuk melakukan
penentuan jenis gugus fungsi suatu senyawa organik, mengetahui informasi
struktur suatu senyawa organik, dengan membandingkan pada daerah sidik
jarinya. Radiasi inframerah mengandung beberapa range frekuensi tetapi tidak
dapat dilihat oleh mata. Pita absorbsi inframerah sangat khas dan spesifik untuk
setiap tipe ikatan kimia atau jenis gugus fungsi. Prinsip kerja FTIR adalah
mengenali gugus fungsi suatu senyawa dari absorbansi inframerah yang dilakukan
terhadap senyawa tersebut. Pola absorbansi yang diserap oleh tiap-tiap senyawa
(Sastrohamidjojo, 1992).
Nilai bilangan gelombang absorbansi oleh suatu tipe ikatan tertentu
tergantung pada macam vibrasi dari ikatan tersebut. Oleh karena itu tipe ikatan
yang 23 berlainan (misal C-H, C-C, O-H, N-H, C=O) menyerap radiasi infra
merah pada bilangan gelombang karakteristik yang berlainan. Banyaknya energi
yang diabsorbsi suatu ikatan tergantung pada perubahan dalam momen seperti
vibrasi atom-atom yang saling berikatan (Sastrohamidjojo, 1992).
14
Salah satu teknik penanganan sampel yang umum dilakukan pada
spektroskopi FTIR adalah dengan teknik Attenuated Total Reflection (ATR).
Teknik ATR hanya membutuhkan sedikit preparasi sampel atau bahkan tidak ada
preparasi sama sekali. ATR menggunakan aksesoris dalam kompartemen sampel
spektrofotometer FTIR. Cermin pada aksesoris membawa sinar IR pada suatu
fokus di permukaan kristal. Jika kristal mempunyai indeks bias yang sesuai dan
sinar mempunyai sudut datang yang sesuai, maka akan terjadi pemantulan internal
total. Energi IR akan memantul pada permukaan kristal (Stuart, 2004).
2.4.3 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah suatu tipe mikroskop
elektron yang menggambarkan permukaan sampel dengan resolusi tinggi melalui
proses scan menggunakan pancaran energi yang tinggi dari elektron dalam suatu
pola scan raster. Energi elektron biasanya 100 keV, yang menghasilkan panjang
gelombang kira-kira 0,04 nm (Tipler, 1991).
Prinsip kerja SEM adalah gelombang elektron yang dipancarkan akan
terkondensasi di lensa kondensor dan terfokus sebagai titik yang jelas oleh lensa
objektif. Scanning coil yang diberi energi menyediakan medan magnetik bagi
sinar elektron. Berkas sinar elektron yang mengenai cuplikan atau sampel akan
menghasilkan elektron sekunder yang kemudian dikumpulkan oleh detektor
skunder atau detektor backscatter. Gambar yang dihasilkan terdiri dari ribuan titik
berbagai intensitas di permukaan Cathode Ray Tube (CRT) sebagai topografi
(Kroschwitz, 1990).
Ketika berkas elektron discan pada permukaan sampel, terjadi interaksi
elektron dengan atom-atom di permukaan maupun di bawah permukaan sampel.
15
Akibat interaksi tersebut sebagian besar berkas elektron berhasil keluar kembali,
elektron-elektron tersebut disebut sebagai Backscattered Electrons (BSE). Proses
pembentukan BSE terjadi pada atom-atom di bagian permukaan sampel yang
lebih dalam. Ini disebabkan tumbukan antara elektron dari sumber dengan inti
atom (Sujatno et al., 2015).
Jika elektron sumber dalam perjalanannya di dalam bahan hanya melewati
awan elektron atau orbital sebuah atom maka elektron tersebut dapat saja
memindahkan sebagian energi kinetiknya kepada satu atau lebih elektron pada
orbit tersebut. Elektron itu akan menjadi tidak stabil dan dalam kondisi tereksitasi
sehingga meninggalkan posisinya dan keluar dari permukaan bahan, maka
elektron tersebut dikenal sebagai secondary electron (SE) atau elektron sekunder.
Struktur permukaan berikut ciri-cirinya, seperti batas butir, porositas, puncak atau
lembah akan terlihat lebih detil dengan resolusi yang lebih tinggi dibanding BSE
(Sujatno et al., 2015).
2.4.4 Transmission Electron Microscopy (TEM)
Mikroskop transmisi elektron (Transmission Electron Microscope) adalah
sebuah mikroskop elektron yang cara kerjanya mirip dengan cara kerja proyektor
slide, di mana elektron ditembuskan ke dalam obyek pengamatan dan pengamat
mengamati hasil tembusannya pada layar. Dalam dunia riset, TEM merupakan
salah satu mikroskop yang penting karena menyediakan resolusi yang lebih tinggi
dibandingkan SEM (Sanning Electron Microscope) dan dapat memudahkan
analisis ukuran atom dalam jangkauan nanometer maupun amstrong. TEM adalah
mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali,
yang menggunakan elektrostatik dan elektromagnetik untuk mengontrol
16
pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek
serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop
elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik
yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya (Bintarti, 2011).
2.4.5 Spektrofotometer UV-Vis
Spektrofotometer UV- Vis merupakan alat instrumen yang dapat
mendeteksi komposisi kimia suatu bahan baik secara kualitatif maupun
kuantitatif. Spektrofotometer UV-Vis menggunakan prinsip absorpsi radiasi
gelombang elektromagnetik oleh sampel dalam rentang panjang gelombang sinar
UV (200-400 nm) dan sinar tampak/Visible (400-800 nm). Hukum yang
mendasari analisis secara spektrofotometer adalah Hukum Lambert-Beer, yaitu
cahaya monokromatik yang melewati suatu media transparan, maka intensitas
cahaya yang dipancarkannya sebanding dengan bertambahnya tebal dan
konsentrasi media (Ewing, 2013).
Prinsip kerja spektrofotometer yaitu cahaya monokromatik maupun
campuran yang jatuh pada suatu medium homogen, sebagai dari sinar masuk akan
dipantulkan, sebagai diserap dan sisanya diteruskan. Nilai yang keluar dari cahaya
yang diteruskan dinyatakan dalam nilai absorbansi dan berbanding lurus dengan
konsentrasi sampel. Spektrofometer UV-Vis tersusun atas sumber spektrum yang
kontinyu, monokromator, sel pengabsorpsi untuk larutan sampel atau blanko dan
suatu alat untuk mengukur perbedaan absorpsi antara sampel dan blanko ataupun
pembanding (Khopkar, 1990). Skema spektrofotometer UV-Vis dapat dilihat pada
Gambar 4.
17
Gambar 4. Skema spektrofotometer UV-Vis (Khopkar, 1990)
Komponen - komponen pokok dari spektrofotometer meliputi:
1. Sumber energi radiasi, biasa digunakan adalah lampu wolfram (vis) dan
lampu deitrium (UV).
2. Monokromator untuk memperoleh sumber sinar monokromatis.
3. Sel absorpsi, pada pengukuran di daerah visibel menggunakan kuvet kaca,
tetapi untuk pengukuran paada UV menggunakan sel kuarsa.
4. Detektor radiasi yang dihubungkan dengan sistem meter atau pencatat.
Peranan detektor penerima adalah memberikan respon terhadap cahaya pada
berbagai panjang gelombang (Khopkar, 1990).
Absorbsi terjadi akibat adanya perpindahan elektron pada kulit terluar ke
tingkat energi yang lebih tinggi (eksitasi) dikarenakan elektron menyerap energi
yang dipancarkan oleh sinar ultraviolet dan sinar tampak. Absorbansi adalah
perbandingan intensitas sinar yang diserap dengan intensitas sinar datang. Nilai
absorbansi ini akan bergantung pada kadar zat yang terkandung di dalamnya.
Semakin banyak kadar zat yang terkandung dalam suatu sampel, maka semakin
banyak molekul yang akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu
sehingga nilai absorbansinya semakin besar (Harris, 2007).
18
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan
Teknologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Kimia, Jl. Raya
Puspiptek - Kota Tangerang Selatan – Banten mulai dari bulan November 2018
sampai Mei 2019. Analisis SEM dan TEM di BATAN Pusat Penelitian Ilmu
Pengetahuan dan Teknologi, Jl. Raya Puspiptek - Kota Tangerang Selatan –
Banten, analisis FT-IR di BPPT Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan
Teknologi, Jl. Raya Puspiptek - Kota Tangerang Selatan – Banten, dan UV-Vis di
P2ET LIPI Bandung Jl. Sangkuriang - Komplek LIPI Gedung 20, Lt. 4 Bandung,
Jawa Barat.
3.2 Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain alat-alat gelas,
termometer, hotplate, corong pemisah, sentrifuse, spektrofotometer Scanning
Electron Microscopy (SEM) Hitachi SU3500, spektrofotometer Transmission
Electron Microscopy (TEM) Hitachi SU3500, difraktometer sinar-X (Shimadzu
XRD-600), Fourier Transform Infrared (FTIR) Shimadzu IRPretige-21, TGA
Labys Evo, Spektrofotometer UV-Vis, dan universal testing machine ORIENTEC
UCT-5T.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain tandan kelapa
sawit (TKS) dari LIPI Kimia, sodium klorit, asam asetat glasial, asam fosfat,
19
natrium hidroksida, aquadest, dan dialysis tubing cellulose membrane (avg. flat
width 43 mm).
3.3 Rancangan Penelitian
Gambar 5. Skema prosedur penelitian
TKS
Pretreatment (delignifikasi)
menggunakan NaOH 10% (v/v)
Selulosa,
hemiselulosa
dan lignin
- Analisis komponen
(selulosa, hemiselulosa
dan lignin) - FT-IR
Pemutihan dengan
NaClO2
selulosa
Hidrolisis dengan
H3PO4
Karakterisasi dengan
FT-IR, SEM dan TEM nanoselulosa
Pembuatan nanopaper dengan
variasi konsentrasi nanoselulosa
(0,2; 0,3 dan 0,4% berat)
Uji stabilitas
nanopaper
- Visual photograph
- Uji transparansi
dengan UV-Vis - Uji mekanik
20
3.4 Prosedur Kerja
3.4.1 Pretreatment delignifikasi TKS dengan NaOH (Septevani et al., 2018)
Sebanyak 500 g TKS 40 mesh dan 2,5 L NaOH 10 % dimasukkan ke
dalam alat reactor bench scale diatur pada suhu 150 oC, tekanan 4 bar dan waktu
30 menit. Kemudian hasil pretreatment dicuci dengan air sampai pH netral.
Sampel yang telah netral ditekan dengan alat hidrolic pressure dan dikeringkan di
dalam oven pada suhu 50 oC selama 2-3 hari.
3.4.2 Pemutihan Selulosa dengan NaClO2 (Septevani et al., 2018)
Sebanyak 10 g TKS hasil delignifikasi 40 mesh, ditambahkan dengan 10 g
NaClO2 dan 1 L aquadest dimasukkan ke dalam beker gelas. Kemudian
dipanaskan sampai suhu 80oC sambil diaduk, ketika sudah mencapai suhu 80 oC
ditambahkan asam asetat glasial sampai pH 4 dan dipanaskan sambil diaduk
sampai 1 jam pada suhu 80-85 oC. Kemudian disaring dan dicuci dengan air panas
hingga pH netral. Proses pemutihan dilakukan dengan variasi pengulangan 1x, 2x
dan 3x. Setelah itu di oven pada suhu 50 oC selama 2-3 hari.
3.4.3 Analisis Komponen Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin pada TKS
dengan Metode National Renewable Energy Laboratory (NREL)
(Sluiter et al., 2011)
3.4.3.1 Uji Kadar Lignin pada TKS
Perhitungan kadar lignin terbagi atas dua jenis, lignin tidak terlarut (acid
insoluble lignin) dihitung dengan menggunakan metode gravimetri. Lignin
terlarut (acid soluble lignin) yang dianalisis dengan menggunakan UV-Vis pada
panjang gelombang 250 nm.
21
a. Lignin tidak terlarut
Terlebih dahulu diuji kadar air dengan moisture content dilakukan
terhadap TKS hasil bleaching 1x, 2x dan 3x sebanyak ± 0,5 g. Ditimbang masing-
masing TKS hasil bleaching 1x, 2x dan 3x sebanyak 0,3 g kemudian dimasukkan
ke dalam tabung reaksi dan dilakukan triplo, ditimbang juga selulosa sebagai
standar sebanyak 0,3 g dengan perlakuan yang sama. Ditambahkan 3 ml asam
sulfat 72% Kemudian dihomogenkan dengan alat vortex hingga sampel larut
selama 2 jam setiap 30 menit sambil diinkubasi pada suhu 30 oC.
Sampel masing-masing dimasukkan ke dalam botol schott yang telah
berisi akuades sebanyak 42 ml dan ditambah 42 ml akuades kembali dengan cara
membilas tabung reaksi hingga bersih, dengan demikian total volume larutan di
botol schott menjadi 87 ml. Setelah itu botol schott ditutup rapat dan dimasukkan
ke dalam autoclave kemudian ditunggu selama 1 jam dengan suhu 121 oC.
Setelah 1 jam, sampel dikeluarkan dan didinginkan di bawah kran air.
Setelah dingin, kemudian sampel disaring menggunakan sistem penyaring vakum
dan kertas saring dengan ukuran pori 0,45 µm. Endapan yang didapat pada kertas
saring kemudian dikeringkan dengan moisture analyzer kemudian ditimbang
kembali. Kertas saring yang berisi endapan kemudian dimasukkan ke dalam
cawan porselen. Setelah itu dimasukkan ke dalam tanur selama 1 malam dengan
suhu 200 oC.
Setelah sampel padatan diabukan kemudian dikeluarkan dari tanur dan
ditimbang bobot cawan porselen beserta abunya. Setelah ditimbang bobotnya,
kemudian cawan porselen dibersihkan abunya menggunakan tisu lalu cawan
22
porselen kosong ditimbang. Filtrat penyaringan ditampung di test tube. Rumus
untuk menghitung kadar lignin yang tidak larut dalam asam adalah:
Acid insoluble lignin (%) = (𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑎𝑓𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑟𝑦− 𝐴𝑠ℎ (𝑔))
𝐵𝑖𝑚𝑜𝑎𝑠𝑠 𝑊𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 (𝑒𝑥𝑐𝑒𝑝𝑡 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒) × 100 … (1)
b. Lignin terlarut
Filtrat hasil penyaringan vakum sebanyak 0,4 ml di tabung reaksi dan
ditambahkan 3,6 ml asam sulfat 4% kemudian divortex hingga homogen. Setelah
divortex kemudian larutan dianalisis dengan spektrofotometer UV-Vis pada
panjang gelombang 205 nm. Rumus untuk menghitung kadar lignin yang larut
dalam asam adalah:
Acid soluble lignin (%) = (
𝐴𝑐𝑖𝑑 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑏𝑙𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑖𝑛 (𝑔/𝐿)×87
1000)
𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑤𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 (𝑒𝑥𝑐𝑒𝑝𝑡 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒) × 100 … (2)
3.4.3.3 Uji Kadar Selulosa dan Hemiselulosa pada TKS (Sluiter et al., 2011)
Filtrat hasil penyaringan vakum sebanyak 6 ml dimasukkan ke dalam
tabung reaksi dan ditambahkan kalsium karbonat lalu divortex hingga pH 7.
Filtrat yang telah dinetralkan kemudian disaring dengan penyaring berukuran pori
0,2 µm menggunakan syringe. Hasil penyaringan ditampung ke dalam
autosampler vial untuk dianalisis filtrat menggunakan HPLC-RI. Kolom yang
digunakan adalah fase diam Aminex HPX -87p dan fase gerak H2SO4 0,005 M
(lampiran 2). Rumus untuk menghitung kadar biomassa glukosa (selulosa) adalah:
Kadar biomassa glukosa (%) = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑔𝑙𝑢𝑘𝑜𝑠𝑎
(𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑤𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 (𝑒𝑥𝑐𝑒𝑝𝑡 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒)
87 ×100)
× 100 … (3)
Rumus untuk menghitung kadar biomassa silosa (hemiselulosa) adalah:
Kadar biomassa silosa (%) = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑠𝑖𝑙𝑜𝑠𝑎
(𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑤𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 (𝑒𝑥𝑐𝑒𝑝𝑡 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒)
87 ×100)
× 100 … (4)
23
3.4.4 Sintesis Nanoselulosa dengan Asam Lemah (Frost & Johan Foster,
2013)
Salah satu padatan TKS terbaik (TBC 3) dan aquadest (1:185) dimasukkan
ke dalam beker gelas dan distirring over night. Kemudian hasil stirring over night
ditambahkan 73% H3PO4 dari volume total pada suhu < 20 oC dilakukan pada
suhu 15-20 oC. Sampel dan H3PO4 distirrer pada suhu 50, 70 dan 80oC selama 3,5
jam sambil distirer. Hasil hidrolisis asam disentrifugasi dengan kecepatan 10.000
rpm dan waktu 15 menit. Kemudian sampel hasil sentrifugasi didialisis untuk
memisahkan zat terlarut dengan dialysis tubing cellulose membrane selama 5-7
hari di dalam beaker gelas yang berisi akuades sampai sampel dengan pH netral.
3.4.5 Uji Stabilitas (Frost & Johan Foster, 2013)
Hasil sampel nanoselulosa yang telah didialisis diencerkan dengan
akuades dengan variasi konsentrasi 0,2% berat; 0,3% berat dan 0,4% berat.
Sampel tersebut diultrasonikasi, kemudian dimasukkan ke dalam botol vial dan
didiamkan sambil diamati stabilitas suspensi dari seluruh sampel nanoselulosa.
Pengamatan sampel nanoselulosa dilakukan pada waktu 0 jam, 1 jam, 3 jam, 24
jam, 3 hari, dan 7 hari. Stabilitas suspensi didasarkan pada homogenitas, jika
suspensi yang terbentuk terjadi pemisahan seperti terbentuknya endapan maka
dinyatakan suspensi tersebut tidak stabil.
3.4.6 Pembuatan Nanopaper (Yang et al., 2017)
Nanopaper dibuat dengan metode casting, yaitu pencetakan pada plat kaca
atau cawan petri plastik dan dikeringkan pada suhu ruang, sehingga berbentuk
lembaran tipis. Sebelum diultrasonikasi, nanoselulosa seperti pasta yang sudah
didialisis diencerkan dengan akuades terlebih dahulu dengan variasi konsentrasi
24
0,2% berat; 0,3% berat dan 0,4% berat. Hasil proses ultrasonikasi dituangkan pada
plat kaca atau cawan petri plastik bervolume 160 ml. Kemudian dikeringkan pada
suhu kamar sekitar 2 minggu.
3.4.7 Karakterisasi Nanoselulosa
3.4.7.1 Analisis Sampel dengan Fourier Transform Infrared (FT-IR)
Sampel nanoselulosa setelah di freez dry dimasukkan ke dalam wadah
sampel dengan aksesoris ATR yang ditempatkan dalam spektrometer FTIR.
Pengukuran dilakukan pada kisaran bilangan gelombang 400-4000 cm-1 untuk
mengetahui gugus fungsi yang terdapat dalam sampel.
3.4.7.2 Analisis Sampel dengan SEM (Toya et al., 1986)
Scanning electron microscope (SEM) merupakan mikroskop yang bekerja
dengan prinsip pancaran elektron diradiasi terhadap spesimen. Sampel
nanoselulosa setelah di freez dry yang akan diuji menggunakan SEM harus dalam
keadaan kering, bisa ditempel pada specimen holder dengan ukuran 8 mm, bebas
dari kotoran dan tidak berminyak. Specimen holder dibersihkan dengan hand
blower untuk menghilangkan debu-debu pengotor kemudian sampel ditempelkan.
Spesimen selanjutnya diberi lapisan tipis (coating) dari emas-paladium (Au: 80%
dan Pd: 20%) dengan menggunakan mesin ion sputter JFC-1100. Pemberian
coating bertujuan agar sampel atau spesimen yang akan dipotret menggunakan
SEM dapat menghantarkan listrik. Ketebalan coating adalah 400 Å. Spesimen
yang telah dicoating dimasukkan ke dalam specimen chamber pada mesin SEM
untuk dilakukan pemotretan.
25
3.4.7.3 Analisis Sampel dengan TEM (ASTM D4824-03)
Analisis morfologi permukaan dilakukan menggunakan instrumen
transmission electron microscop (TEM). Sampel nanoselulosa setelah di freez dry
sebanyak 5 mg yang akan dianalisis ditempatkan pada wadah sampel dengan
ukuran 3 mm dan ketebalan 3 µm. Sampel diteteskan metanol untuk mencegah
aglomerasi. Kemudian sampel tersebut ditembakkan dengan ion argon sampai
berlubang. Pada bagian yang tipis ini ditembakkan berkas elektron sehingga
menembus sampel kemudian hasil dari tembusan elektron tersebut yang ditangkap
detektor dan diolah menjadi gambar.
3.4.8 Karakterisasi Nanopaper
3.4.8.1 Uji Transparansi dengan Spektrofotometer UV-Vis (Yang et al., 2017)
Sampel nanopaper yang berbentuk film dimasukkan ke dalam
spektrofotometer UV-Vis. Pengukuran dilakukan pada kisaran bilangan
gelombang 400-800 nm untuk mengetahui transparansi pada sampel.
3.4.8.2 Visual Photograph (Yang et al., 2017)
Sampel nanopaper yang sudah terbentuk film transparan di foto dengan
kamera vivo y31, iso 125, lebar 3264 pxl, tinggi 2448 pxl dan diagfragma 2.0 di
atas kertas untuk melihat tingkat transparannya dari sampel satu ke sampel
lainnya.
3.4.8.3 Uji Tarik (ASTM D638)
Pengujian mekanik dilakukan dengan menggunakan universal testing
machine ORIENTEC UCT-5T milik laboratorium LIPI Bandung. Menyiapkan
alat dan sampel nanopaper telah dikondisikan, mengkalibrasi alat uji dan
26
mengkonfigurasi alat uji sesuai dengan jenis sampel uji. Kemudia masukkan data
yang diperlukan ke dalam komputer mesin uji, data yang dimasukkan diantaranya
ketebalan, lebar, panjang, massa uji sampel nanopaper dan nama sampel. Lalu
memasangkan sampel ke cross head yang dapat menjepit bagian atas dan bawah
sampel, posisi sampel dapat dikuatkan dengan menggunakan obeng khusus.
Menekan tombol start untuk memulai pengujian secara otomatis dan
mengeluarkan sampel yang telah rusak/patah.
27
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Preteatment Delignifikasi TKS dengan NaOH
Parameter bahan baku (tandan kelapa sawit) yang diukur pada penelitian
ini adalah kadar selulosa, kadar hemiselulosa dan kadar lignin. Kadar selulosa,
hemiselulosa dan lignin bahan baku merupakan salah satu parameter penting
untuk proses sintesis nanoselulosa. Bahan baku yang baik untuk proses sintesis
nanoselulosa adalah memiliki kandungan selulosa yang tinggi dan lignin yang
rendah. Komponen tandan kelapa sawit yang digunakan pada penelitian ini dapat
dilihat pada Tabel 1 (lampiran 1).
Tabel 1. Hasil proses analisis komponen TKS
Proses kode sampel Analisis Komponen (%)
Selulosa Hemiselulosa Lignin
TKS TK 29,18 ± 0,5 19,12 ± 0,4 30,87 ± 2,1
TKS Preteatment TP 58,15 ± 3,9 16,32 ± 0,5 9,32 ± 0,3
Pemutihan 1x TBC 1 82,18 ± 0,6 14,13 ± 0,0 6,57 ± 2,6
Pemutihan 2x TBC 2 84,44 ± 0,1 13,55 ± 0,2 3,31 ± 0,1
Pemutihan 3x TBC 3 88,45 ± 0,7 13,37 ± 0,3 3,25 ± 0,0
Selulosa Standar Cell 84,22 17,31 2,71
Hasil proses pretreatment dengan NaOH bisa dilihat pada Tabel 1 yang
menunjukkan bahwa kemurnian selulosa meningkat dari 29,18 ± 0,5% menjadi
58,15 ± 3,9%. Peningkatan ini seiring dengan penurunan kadar lignin yaitu dari
28
30,87 ± 2,1% menjadi 9,32 ± 0,3%, begitu pula hemiselulosa menurun dari 19,22
± 0,4% menjadi 16,32 ± 0,5%. Rata-rata limbah pertanian yang digunakan untuk
sebagai bahan baku sintesis nanoselulosa memiliki kadar selulosa diatas 30% dan
lignin dibawah 25%, misalnya sekam dengan kadar selulosa 35% dan kadar lignin
23% (Johar et al., 2012), jerami dengan kadar selulosa 43,2% dan kadar lignin
22%, serta kulit kedelai dengan kadar selulosa 56,4% dan kadar lignin 18%
(Alemdar & Sain, 2008).
Serat alami umumnya berwarna kuning kecokelatan karena terdapat
pigmen alami. Pigmen warna ini tidak bisa dihilangkan selama proses pemanasan,
akan tetapi pigmen warna bisa hilang dengan proses kimia yang digunakan untuk
menghilangkan hemiselulosa, lignin dan pengotor lainnya dari serat yang ada,
sehingga menghasilkan serat selulosa yang murni (Fengel & Wegener, 1995).
Larutan NaOH dipilih sebagai zat dalam delignifikasi karena larutan ini
dapat merusak struktur lignin pada bagian kristalin dan amorf serta memisahkan
sebagian hemiselulosa. Sutarno et al., (2013) mengatakan bahwa ekstraksi
hemiselulosa dapat menggunakan pelarut seperti NaOH, NH4OH dan KOH.
Diantara ketiga pelarut tersebut yang paling baik digunakan adalah NaOH.
Penggunaan NaOH sebagai delignifikator pada peneltian ini dengan alasan NaOH
dapat merusak struktur lignin pada bagian kristalin dan amorf. Hemiselulosa
memiliki struktur amorf sehingga penggunaan NaOH dapat menghilangkan lignin
sekaligus mengekstraksi hemiselulosa. Penelitian Safaria (2013) menjelaskan
bahwa larutan NaOH dapat bereaksi merusak struktur lignin pada bagian kristalin
dan amorf serta memisahkan sebagian hemiselulosa.
29
Hasil penelitian pada konsentrasi NaOH 10% mampu menurunkan kadar
lignin dengan penambahan konsentrasi NaOH. Hal ini disebabkan penambahan
basa alkali berupa NaOH akan mempermudah pemutusan ikatan senyawa lignin.
Partikel NaOH akan masuk ke dalam bahan dan memecah struktur lignin (Elwin
et al., 2014) sehingga lignin lebih mudah larut yang mengakibatkan penurunan
kadar lignin. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut;
Gambar 6. Mekanisme pemutusan ikatan antara lignin dan selulosa
menggunakan NaOH (Safaria, 2013)
Ion OH- dari NaOH akan memutuskan ikatan-ikatan dari struktur dasar
lignin sedangkan ion Na+ akan berikatan dengan lignin membentuk natrium
fenolat. Tandan kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan baku cenderung
memiliki kadar selulosa yang tinggi 58,15 ± 3,9% bila dibandingkan dengan
sekam yang digunakan pada penelitian Johar et al., (2012) dengan kadar selulosa
35%. Kadar selulosa yang tinggi pada tandan kelapa sawit menunjukkan bahwa
tandan kelapa sawit memiliki potensial yang tinggi sebagai bahan baku untuk
isolasi nanoselulosa. Namun, untuk mendapatkan produk nanopaper dengan
transparansi tinggi kandungan lignin dan hemiselulosa harus sekecil-kecilnya.
Proses pemutihan selanjutnya dilakukan untuk memutihkan dan meningkatkan
kemurnian kadar selulosa di TKS.
30
4.2 Hasil Pemutihan Selulosa dengan NaClO2
Senyawa lignin menyebabkan warna menjadi kecokelatan, sehingga perlu
dilakukan pemisahan lignin (delignifikasi) melalui pemutihan (bleaching).
Adapun secara visual hasil optimasi proses pemutihan TKS dapat dilihat pada
Gambar 7.
Proses TKS TKS
preteatment
Pemutihan
1x
Pemutihan
2x
Pemutihan
3x
Selulosa
standar
Kode
sampel TK TP TBC 1 TBC 2 TBC 3 Cell
Gambar 7. Hasil proses delignifikasi dan pemutihan TKS
Gambar 7 dapat dilihat bahwa setelah pemutihan NaClO2 dapat
meningkatkan kecerahan dan tingkat warna putih dari TKS hasil delignifikasi
dengan NaOH. Pada tandan kelapa sawit (TK) terlihat warna kuning kecoklatan
yang menandakan masih terdapat lignin dalam jumlah besar. Demikian juga pada
hasil delignifikasi dengan NaOH (TP) terlihat warna coklat muda yang
menandakan masih terdapat lignin walaupun jumlahnya sedikit. Pada TKS
pemutihan 1x (TBC 1) terlihat warna putih agak kecoklatannya menghilang yang
menandakan ligninnya berkurang. Begitu juga pada TKS pemutihan 2x (TBC 2)
terlihat tingkat warna putihnya meningkat dari TBC 1 dan juga pada TKS
pemutihan 3x (TBC 3) terlihat warna putihnya sama dengan kontrol (Cell). Selain
pengamatan secara visual hasil proses pemutihan diamati juga kandungan
selulosa, hemiselulosa dan ligninnya. Hasil tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.
31
Gambar 8. Grafik batang hasil proses TKS, TKS pretreatment, TKS bleaching
1x, TKS bleaching 2x, TKS bleaching 3x dan selulosa standar.
Penambahan NaClO2 terjadi penurunan kandungan lignin dari 9,32 ± 0,3%
menjadi 3,25 ± 0,0% bahkan hampir sama dengan kandungan lignin pada selulosa
standar yaitu 2,71%. Selain itu kandungan hemiselulosa pada penambahan
NaClO2 juga menghasilkan penurunan dari 16,32 ± 0,5% menjadi 13,37 ± 0,3%.
Kandungan selulosa dapat dilihat juga pada penambahan NaClO2 menghasilkan
tingkat kemurnian dari 58,15 ± 3,9% menjadi 88,45 ± 0,7% bahkan melebihi
kandungan selulosa standar yaitu 84,22%. Hal ini menunjukkan NaClO2
merupakan oksidator yang baik sebagai agen pemutih. Dilihat dari hasil, semakin
banyak proses pengulangan yang dilakukan pada tandan kelapa sawit semakin
menurunkan kadar lignin yang terkandung. Dengan demikian, proses pemutihan
yang paling baik dilakukan pada tandan kelapa sawit untuk mengisolasi selulosa
adalah pemutihan 3x karena hasil lignin yang didapat paling rendah dengan kadar
selulosa yang masih tinggi. Kadar selulosa yang berhasil diisolasi pada penelitian
ini tidak jauh berbeda dengan kadar selulosa yang berhasil diisolasi pada
penelitian yang dilakukan oleh Septevani et al., (2018). Pada penelitian yang
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
TK TP TBC 1 TBC 2 TBC 3 Cell
ko
mp
osi
si u
tam
a p
ad
ali
gn
ose
lulo
sa T
KS
Jenis proses isolasi selulosa
Selulosa [%]
hemiselulosa [%]
lignin [%]
32
dilakukan Septevani et al., (2018) selulosa diisolasi dari tandan kelapa sawit
menggunakan NaClO2 berhasil diisolasi selulosa sebanyak 84,5%.
Pada umumnya hasil delignifikasi masih berwarna kecoklatan sehingga
perlu dilakukan proses pemutihan. Zat pemutih berfungsi untuk mendegradasi dan
menghilangkan zat penyebab warna (lignin). Zat pemutih yang dapat digunakan
antara lain sodium klorit (NaClO2), hidrogen peroksida (H2O2), hidrogen klorida
(HCl) dan lain-lain (Putera, 2012).
Menurut Putera (2012), pelarut NaClO2 lebih efektif dibandingkan H2O2
dan HCl dalam proses pemutihan. NaClO2 dapat melarutkan kadar lignin terbesar
yaitu 0,113% sedangkan H2O2 sebesar 0,062% dan HCl sebesar 0,087%. Pada
analisis gugus fungsi pelarut H2O2 dan HCl masih terdapat gugus fungsi yang
mengindikasikan senyawa lignin. Keuntungannya dibandingkan bahan pemutihan
lainnya terletak pada selektifitas reaksi yang melindungi serat tekstil itu sendiri.
Zat ini stabil pada suhu lingkungan dan ketika diasamkan, akan membentuk
chlorine dioxide (ClO2) yang merupakan gas hijau yang siap dilarutkan pada air.
Reaksinya yakni:
NaClO2 + H2O → HClO2- + NaOH
Asam klorit
5ClO2- + 4H+ → 4ClO2 + Cl- + 2H2O
Klorin dioksida
4ClO2- + 2H+ → 2ClO2 + Cl- + ClO3
- + H2O
Klorin dioksida
3ClO2- → 2ClO3
- + Cl-
Klorat
Klorin dioksida (ClO2) adalah zat kimia yang sangat selektif yang dapat
menghilangkan lignin dan memutihkan. Tahapan pemutihan menggunakan klorin
dioksida menghasilkan brigthness yang tinggi dan keuntungannya adalah bahwa
33
lignin dihancurkan tanpa merusak selulosa (Sinaga, 2008). Menurut Bhattacharya
et al., (2008), delignifikasi dapat dipercepat dengan pemanasan dan kondisi asam.
Pemanasan pada suhu 80-85oC dapat melarutkan lignin yang terikat pada selulosa.
Kondisi asam pada larutan dapat dilakukan dengan penambahan asam asetat untuk
proses pemutihan tanpa merusak substrat selulosa. Menurut Putera (2012),
penambahan asam asetat dapat dilakukan pertetes hingga pH 3-4. Hal ini
menunjukkan NaClO2 merupakan agen pemutih dengan selektivitas tinggi yang
dapat mengurangi kadar hemiselulosa dan lignin tanpa merusak struktur dari
selulosa.
4.3 Hasil Analisis FT-IR Nanoselulosa
Tandan Kelapa Sawit (TKS) memiliki komponen yaitu selulosa,
hemiselulosa dan lignin. Ketiga komponen tersebut tersusun atas alkana, ester,
aromatik dan alkohol (Abraham et al., 2011). Hasil karakterisasi dengan analisis
FTIR pada penelitian ini dilakukan terhadap TKS raw, pretreatment dan
bleaching, yang hasil spektrumnya ditunjukkan pada Gambar 9. Sedangkan untuk
hasil hidrolisis asam fosfat dapat dilihat pada Gambar 11.
34
Gambar 9. Spektrum ATR-FTIR TKS hasil proses delignifikasi dan pemutihan
Gambar 9 Grafik spektrum FTIR menjelaskan adanya puncak 3350 cm-1,
3340 cm-1 dan 3330 cm-1 pada TKS, pretreatmen dan pemutihan yang
menunjukkan puncak spektrum peregangan ikatan grup O-H. Spektrum FTIR
yang memiliki absorpsi yang kuat dan luas berada pada daerah 3355 cm-1 yang
menunjukkan O-H peregangan (stretching) pada grup hidroksil selulosa (Khalil et
al., 2011). Serapan C-O stretching pada 1160 cm-1 merupakan indikasi adanya
serapan dari gugus fungsi ikatan glikosidik C-O-C selulosa (Septevani et al.,
2017) yang pada dasarnya merupakan rantai linear molekul glukosa yang terdiri
dari 10.000 sampai 15.000unit berulang dua rantai anhidroglukosa. Spektrum
FTIR ini terdapat pengurangan intensitas serapan dari TKS sampai dengan setelah
proses preteatment maupun proses pemutihan yaitu serapan 2910 cm-1 dan 2840
cm-1. Harun et al., (2013) menunjukkan bahwa pengurangan intensitas kedua
35
puncak antara 3000 cm-1 dan 2850 cm-1 adalah berasal dari C-H stretching pada
gugus fungsi lignin dan hemiselulosa yang berkurang setelah alkalinasi dan proses
pemutihan. Selain itu juga dapat dilihat pada puncak antara 1650 cm-1. Menurut
Lani et al., (2014) puncak 1614 cm-1 pada spektrum TKS merupakan vibrasi
ikatan C=C rantai benzen pada lignin. Selain itu serapan puncak yang terlihat
pada 1650 cm-1 pada spektrum TKS kemungkinan menunjukkan C=C stretching
pada karbonil pada vibrasi cincin aromatik (Lani et al., 2014). Pada puncak 1680
cm-1 pada TKS sebelum preteatment kemungkinan adalah absorpsi karbonil di
gugus aldehida pada hemiselulosa dan berkurang intensitasnya setelah proses
pemutihan dan delignifikasi alkali. Oleh karena itu, penggunaan NaClO2 sebagai
agen pemutih ini menunjukkan bahwa mampu menghasilkan selektivitas yang
tinggi yang dapat mengurangi kadar hemiselulosa dan lignin tanpa merusak
struktur dari selulosa.
Hidrolisis kimia dalam sintesis nanoselulosa menggunakan asam lemah
yaitu asam fosfat (H3PO4) dikarenakan senyawa tersebut merupakan asam lemah
yang biasa dipakai dalam isolasi nanoselulosa. Nanoselulosa dari hidrolisis asam
fosfat ini memiliki thermal stabilitas yang lebih baik, dibandingkan dengan
nanoselulosa dari hidrolisis asam sulfat. Hal ini disebabkan adanya residu gugus
sulfat (SO42-) yang mengurangi ketahanan terhadap suhu (Yu et al., 2013). Reaksi
yang terjadi antara selulosa dengan asam fosfat adalah sebagai berikut;
36
Gambar 10. Mekanisme reaksi selulosa dengan asam fosfat (Kokol et al., 2015)
Bahan dasar tandan kelapa sawit ini digunakan untuk produksi nanopaper serta
untuk CNF-P. Reaksi fosforilasi (Kokol et al., 2015) dilakukan melalui
esterifikasi kelompok OH selulosa dengan asam fosfat pada suhu 50, 70 dan 80
oC, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 10. Hasil karakterisasi hidrolisis asam
fosfat dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Spektrum ATR-FTIR TKS Cellulose Nanofiber (CNF) 50, 70 dan 80
Gambar 11 menunjukkan hasil uji FTIR TKS yang telah dihidrolisis
melalui proses hidrolisis asam lemah yaitu asam fosfat (H3PO4) dengan variasi
37
suhu 50, 70 dan 80oC. Pada gambar tersebut didapatkan adanya puncak 3330 cm-1
pada CNF 50, 70 dan 80 yang menunjukkan peregangan ikatan grup O-H.
Spektrum FTIR yang memiliki absorpsi yang kuat dan luas berada pada daerah
3355 cm-1 yang menunjukkan O-H peregangan (stretching) pada grup hidroksil
selulosa (Khalil et al., 2011). Serapan C-O stretching pada 1154 cm-1 merupakan
indikasi adanya serapan dari gugus fungsi ikatan glikosidik C-O-C selulosa
(Septevani et al., 2017) yang pada dasarnya merupakan rantai linear molekul
glukosa yang terdiri dari 10.000 sampai 15.000 unit berulang dua rantai
anhidroglukosa. Pada spektrum CNF ini adanya gugus fosfat, meskipun ada
puncak yang baru 1033 cm-1 yang menunjukkan pita getaran P=O. Pita getaran P-
O-C pada 915-1055 cm-1 tidak diperoleh dengan jelas (hanya diamati dalam
bentuk bahu) (Chieng et al., 2017 dan Petreus et al., 2014). Ini menunjukkan
bahwa adanya fungsionalisasi kelompok fosfat kecil di permukaan struktur CNF
(Septevani et al., 2019).
4.4 Stabilitas Suspensi Nanoselulosa
Suspensi yang diharapkan pada produk selulosa nanofiber adalah suspensi
yang memiliki dispersi partikel yang sempurna. Suspensi didefinisikan sebagai
suatu sistem terdiri dari dua fase dengan partikel padat yang terdispersi dalam fase
kontinyu yang bisa berupa fase padat, cair, ataupun gas (Kishor, 2008). Menurut
Frost & Johan Foster (2013), kelebihan dari produk selulosa nanofiber adalah
kemampuannya untuk membentuk suspensi yang stabil. Gambar perbandingan
pembentukan suspensi pada penyimpanan hidrolisis nanoselulosa dengan 3 variasi
suhu dengan asam fosfat selama 24 jam dapat dilihat pada Gambar 12.
38
waktu Konsentrasi Nanoselulosa
0,2% berat 0,3% berat 0,4% berat
0 jam
1 jam
3 jam
24
jam
3 hari
7 hari
Gambar 12. Stabilisasi suspensi nanoselulosa hasil hidrolisis dengan asam fosfat
selama penyimpanan 7 hari
Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan konsentrasi nanoselulosa
hasil hidrolisis asam fosfat pada suhu yang berbeda-beda berpengaruh terhadap
stabilitas suspensi yang dihasilkan. Pada Gambar 12 dapat dilihat bahwa terdapat
endapan pada suspensi produk akhir suhu 50 oC dengan variasi 0,2% berat; 0,3%
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
Ctrl 50oC 70oC 80oC
39
berat dan 0,4% berat maka dinyatakan tidak stabil, sedangkan pada suspensi
produk akhir pada suhu 70 oC dan 80 oC dengan variasi 0,2% berat; 0,3% berat
dan 0,4% berat memiliki stabilitas suspensi yang baik karena fase padatnya
terdispersi sempurna dalam fase cair. Hal ini terjadi karena stabilitas suspensi
dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti ukuran partikel, jumlah partikel dan
sifat/muatan partikel (Pakki, 2007).
Semakin kecil ukuran partikel maka akan semakin sulit partikel tersebut
mengendap, hal ini berhubungan dengan luas penampung partikel terhadap daya
tekan ke atas cairan dari suspensi tersebut. Hubungan antara ukuran partikel
merupakan perbandingan terbalik dengan luas penampungnya, sehingga semakin
kecil ukuran partikel akan semakin besar luas penampungnya sehingga akan
semakin memperlambat gerakan partikel untuk mengendap (Particles Science Inc,
2009).
Stabilitas suspensi juga dipengaruhi oleh jumlah partikel karena semakin
banyak partikel dalam sebuah suspensi maka partikel tersebut akan susah
melakukan gerakan yang bebas sehingga sering terjadi benturan antar partikel
yang menyebabkan terbentuknya endapan (Particles Science Inc, 2009). Pada
penelitian ini, suspensi produk akhir hanya diamati fisiknya secara langsung.
Berdasarkan hasil pengamatan secara langsung terlihat bahwa waktu 0 jam
nanoselulosa kontrol dan hasil hidrolisis asam fosfat mempunyai stabilitas
nanoselulosa yang sama. Pada keduanya sedikit terbentuk lapisan dua fase pada
bagian paling atas setelah satu jam. Pada jam selanjutnya hingga bahkan tujuh
hari, lapisan dua fase ini tetap stabil dengan kondisi yang sama dengan lapisan
fase setelah satu jam. Hal ini hasil pengamatan secara langsung terlihat bahwa
40
waktu tidak berpengaruh terhadap pembentukan suspensi produk akhir isolasi
nanoselulosa.
4.5 Morfologi Nanoselulosa
Pengamatan dengan SEM dan TEM dilakukan pada nanoselulosa yang
telah mengalami proses metode hidrolisis asam fosfat. Masing-masing diamati
dengan perlakuan Cellulose Nanofiber (CNF) pada suhu 50, 70 dan 80 oC selama
3,5 jam. Adapun hasil pengamatan dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13. SEM CNF pada suhu (a) 50, (b) 70, (c) 80 oC dan TEM CNF pada
suhu (d) 80 oC
Pengamatan morfologi dengan skala nanometer (nm) dari hasil hidrolisis
asam lemah yaitu asam fosfat (H3PO4) ditunjukkan pada Gambar 13. Gambar
tersebut menunjukkan hasil pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy) dan
(a) (b)
(c)
10 µm
(d)
200 nm
41
TEM (Transmission Electron Microscopy) pada nanofiber selulosa setelah proses
hidrolisis asam dengan variasi suhu. Gambar 13a dengan suhu 50 oC dan Gambar
13b suhu 70 oC menunjukkan hasil diameternya berukuran mikrometer.
Sedangkan pada Gambar 13c dan Gambar 13d adalah suhu 80 oC didapatkan
dengan diameter 17 ± 8 nm dengan panjang serat dalam skala mikron, akan tetapi
perkiraan secara tepat panjang fiber ini susah ditentukan karena serat nanofiber
yang saling merekat satu sama lain. Hal ini merupakan indikasi terbentuknya
nanoselulosa dengan aspek rasio yang sangat besar yaitu diameter dengan ukuran
nanometer sedangkan panjang fiber dalam skala mikron atau dikenal dengan
istilah nanofiber. Ada beberapa literatur dijelaskan bahwa nanofiber secara umum
disintesis melalui proses kimia maupun mekanik mempunyai kisaran diameter 5-0
nm dengan panjang beberapa mikrometer (Jonoobi et al., 2015). Pada peneletian
Septevani et al., (2019) menghasilkan nanoselulosa dengan cara hidrolisis asam
fosfat pada suhu 50 oC selama 3,5 jam yang memiliki diameter 10,5 ± 2,1 nm
dengan panjang serat dalam skala mikron, akan tetapi perkiraan secara tepat
panjang fibre ini susah ditentukan karena serat nanofibre yang saling merekat satu
sama lain.
4.6 Hasil Uji Transparansi Nanopaper TKS
Pembuatan nanopaper (CNP) dari hasil hidrolisis asam fosfat dilakukan
untuk mendapatkan nanopaper yang transparan, kuat dan fleksibel. Nanoselulosa
hasil hidrolisis asam fosfat dengan variasi 0,2% berat; 0,3% berat dan 0,4% berat,
menghasilkan nanopaper yang berbeda. Sebagaimana dapat dilihat pada Gambar
14.
42
Suhu
Konsentrasi
0,2% berat 0,3% berat 0,4% berat
50oC
70oC
80oC
Gambar 14. Visual Photograph
Gambar 14 menunjukkan tampilan visual dari sepotong cellulose
nanopaper (CNP) dengan diameter 2,5 cm tersebut tampak ada yang transparan
dan ada yang tidak transparan secara visual. CNP 70 oC dan 80 oC terlihat paling
transparan dibandingkan dengan CNP 50 oC pada masing-masing konsentrasi.
Permukaan halus yang teramati hasil SEM dapat meningkatkan transparansi pada
nanopaper. Semakin kecil (nano) ukuran serat maka semakin transparan. Sifat
transparan nanopaper dapat diukur dari seberapa banyak nanopaper tersebut
meneruskan cahaya (transmittance). Pengukuran nilai transmisi cahaya pada
nanopaper dilakukan menggunakan Spektrofotometer UV-Vis. Peningkatan
43
panjang gelombang sebanding dengan peningkatan persentase transmisi cahaya.
Sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 15.
Kons
entra
si
Kode
sampel
% T
(maks)
0,2 %
berat
CNP 50 1,58
CNP 70 1,99
CNP 80 34,23
0,3%
berat
CNP 50 1,98
CNP 70 2.46
CNP 80 10,79
0,4%
berat
CNP 50 1,69
CNP 70 2,32
CNP 80 5,63
Kertas
whatman
0,56
Gambar 15. Presentase CNP (a) grafik transparansi (b) data % transparansi maks
pada cahaya tampak (400-800 nm).
Hasil dari spektrofotometer UV-Vis terlihat bahwa seluruh nanopaper
lebih transparan dari pada kertas whatman sebagai kontrol yang hanya memiliki
%T sebesar 0,56%. Terlihat pada Gambar 14 secara visual bahwa nanopaper
CNP 80 pada 0,3% berat memiliki nilai transparasi paling baik yaitu sebesar
10,79% dibandingkan dengan nanopaper CNP 50 pada 0,2% memiliki nilai
transparansi terendah pada %transmisi sebesar 1,58%.
Karakteristik transparansi nanopaper terlihat sangat dipengaruhi oleh jenis
nanoselulosa yang menyusunnya. Nanopaper adalah lapisan film transparan yang
(b) (a)
44
terdiri dari 100% nanoselulosa. Nanopaper terbuat dari bahan yang sama dengan
kertas konvensional tetapi terdiri dari serat dengan diameter yang jauh lebih kecil
daripada kertas konvensional. Mengurangi diameter serat kertas menurunkan sifat
optik penghamburan. Oleh karena itu, transparansi nanopaper memiliki sifat optik
yang sangat baik (Moon et al., 2011).
Penelitian Xu et al., (2016) mengembangkan hybrid nanopaper berbasis
selulosa dari kraft eucalyptus pulp yang telah dibleaching menunjukkan
transparansi sebesar 75,1%. Hsieh et al., (2017) melakukan pengembangan
nanopaper menggunakan bahan dasar Japanese cedar or eucalyptus pulp, yang
menunjukkan transparansi yang tinggi mencapai 91%. Yang et al., (2017) juga
melakukan pengembangan nanopaper menggunakan bahan dasar bleached
softwood kraft pulp purched from Suzano yang menunjukkan transparansi sebesar
88%. Oleh karena itu, pada penelitian ini hasil transparansi nanopaper jauh
berbeda dengan hasil transparansi nanopaper penelitian lain. Jika dilihat secara
kasat mata atau secara visual terlihat transparan, namun ketika di uji dengan
Spektrofotometer UV-Vis hasil yang didapat % transmisi sebesar 34,23% pada
CNP 80 konsentrasi 0,2% berat.
4.7 Hasil Uji Kekuatan Tarik Nanopaper TKS
Uji kuat tarik merupakan salah satu pengujian yang dilakukan pada
material untuk mengetahui karakteristik dan sifat mekanik terutama kekuatan serta
ketahanan terhadap beban tarik. Kuat tarik atau kuat regang (putus) adalah tarikan
maksimum yang dicapai sampai film dapat tetap bertahan sebelum putus.
Pengukuran tensile strength untuk mengetahui besarnya gaya yang dicapai untuk
tarikan maksimum pada setiap satuan luas area untuk meregang atau memanjang.
45
Pada pengujian ini akan diperoleh informasi bagaimana karakteristik sampel yang
diberi beban tarikan dalam bentuk grafik hubungan tegangan (stress) dengan
regangan (strain). Data ini dapat digunakan untuk mengetahui ukuran nanopaper
terhadap kekuatan tarik, modulus elastisitas dan besar regangannya bisa dilihat
pada Gambar 16.
Gambar 16. Cellulose Nanopaper (CNP) grafik kuat arik
Pada Gambar 16 ini menunjukkan pengukuran sifat mekanik pada nanopaper
konsentrasi 0,3% berat yang memiliki transparansi yang cukup baik. Analisis
secara mekanik ini didapatkan hasil pada uji kuat tarik paling maksimum yaitu
CNP 80 pada 0,3% berat dengan nilai sebesar 3,60 ± 0,4 MPa dan mempunyai
modulus elastisitas sebesar 331,97 ± 70,39 MPa. Pada CNP 70 0,3% berat juga
memiliki nilai kuat tarik yang tinggi yaitu sebesar 3,18 ± 0,2 MPa dan modulus
elastisitas sebesar 270,62 ± 9,4 MPa. Nilai elastis berbanding lurus dengan nilai
kuat tarik dan berbanding terbalik dengan elongsi. Semakin besar nilai elastisitas
nanopaper maka semakin kecil regang elastis yang dapat dihasilkan atau semakin
tidak elastis nanopaper tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa nanopaper yang
46
tersusun dari nanofiber (CNF) bersifat fleksibel dan memiliki kuat tarik yang lebih
baik. Adapun hasil peningkatannya bisa dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai Kuat Tarik, Modulus Elastisitas dan Peningkatan
Konsentrasi Kode
sampel
Kuat Tarik
(MPa)
%
peningkatan
Modulus
Elastisitas (MPa)
%
peningkatan
0,3% berat
CNP 50 1,61 ± 0,1 21,0 156,84 ± 22,0 43,6
CNP 70 3,18 ± 0,2 139,1 270,62 ± 9,4 147,8
CNP 80 3,60 ± 0,4 170,7 331,97 ± 70,39 204,0
Kertas
Whatman 1,33 ± 0,1 - 109,2 ± 12,5 -
Kondisi konsentrasi optimum yang dipilih adalah 0,3% berat, karena
peningkatan kuat tarik yang signifikan. Berdasarkan hasil pengujian dapat dilihat
pada Tabel 2 bahwa saat komponen penyusun kertas terdiri dari selulosa pada
skala nano, maka akan terjadi peningkatan kuat tarik yang sangat signifikan.
Terlihat bahwa setidaknya minimum peningkatan sebesar 21% lebih baik kuat
tariknya dan bahkan mencapai 204% lebih elastis dibandingkan kontrol kertas
whatman. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya bahwa nanoselulosa
memiliki sifat jauh sangat baik dibandingkan mikroselulosa. Penelitian Mautner et
al., (2016) menunjukkan kuat tarik dengan nilai sebesar 51,4 MPa dan modulus
elastisitas dengan nilai sebesar 8700 MPa. Sehaqui et al., (2011) melakukan, yang
menunjukkan kuat tarik sebesar 84 MPa dan modulus elastisitas sebesar 1400
MPa. Oleh karena itu, pada penelitian ini hasil kuat tarik dan modulus elastisitas
nanopaper jauh berbeda dengan hasil kuat tarik dan modulus elastisitas nanopaper
penelitian lain. Akan tetapi, dari data yang diatas menunjukkan bahwa CNP 80
dengan konstentrasi 0,3% kuat tarik dan modulus elastisitas lebih tinggi
dibandingkan dengan kertas whatman.
47
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian ini adalah:
1. Hasil analisis komponen tandan kelapa sawit hasil tahapan pra-
perlakuan menunjukkan peningkatan kemurnian kandungan selulosa
dari 29,18 ± 0,5% pada TKS menjadi 88,45 ± 0,7%.
2. Hidrolisis selulosa pada suhu 80 oC (CNF 80) adalah kondisi paling
optimum menghasilkan nanoselulosa dengan diameter 17 ± 8 nm dan
panjang dalam ukuran mikron.
3. Karakteristik Cellulose Nanofiber (CNF) 80oC (CNP 80) pada
konsentrasi nanoselulosa 0,3% berat memiliki kuat tarik 3,60 ± 0,4
MPa dan mempunyai modulus elastisitas sebesar 331,97 ± 70,39 MPa
dengan tetap mempertahankan transparansinya yaitu 10,79%.
5.2 Saran
Perlu dilakukan penelitian untuk mencari alternatif pengganti senyawa
NaClO2 yang lebih ramah lingkungan dan dilakukan penelitian lanjutan untuk
limbah hasil delignifikasi.
48
DAFTAR PUSTAKA
Abdul Khalil, H. P. S., Marliana, M. M., & Alshammari, T. (2011). Material
properties of epoxy-reinforced biocomposites with lignin from empty fruit
bunch as curing agent. BioResources, 6(4), 5206–5223.
https://doi.org/10.15376/biores.6.4.5206-5223
Abraham, E., Deepa, B., Pothan, L. A., Jacob, M., Thomas, S., Cvelbar, U., &
Anandjiwala, R. (2011). Extraction of nanocellulose fibrils from
lignocellulosic fibres: A novel approach. Carbohydrate Polymers, 86(4),
1468–1475. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.06.034
Alemdar, A., & Sain, M. (2008). Isolation and characterization of nanofibers from
agricultural residues - Wheat straw and soy hulls. Bioresource Technology,
99(6), 1664–1671. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.04.029
Bhattacharya, D., Germinario, L. T., & Winter, W. T. (2008). Isolation,
preparation and characterization of cellulose microfibers obtained from
bagasse. Carbohydrate Polymers, 73(3), 371–377.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.12.005
Bintarti. (2011). TEM.
Bismark A, Mishra S, and T. L. (2005). Plant Fibers as Reinforcement for Green
Composites (Mohanty AK). Taylor & Francis Groups.
Bonawitz, N. D., & Chapple, C. (2010). The genetics of lignin biosynthesis:
Connecting genotype to phenotype. Annual Review of Genetics, 44, 337–363.
https://doi.org/10.1146/annurev-genet-102209-163508
Cherian, B. M., Leão, A. L., de Souza, S. F., Thomas, S., Pothan, L. A., &
Kottaisamy, M. (2010). Isolation of nanocellulose from pineapple leaf fibres
by steam explosion. Carbohydrate Polymers, 81(3), 720–725.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.03.046
Cherian, B. M., Pothan, L. A., Nguyen-Chung, T., Mennig, G., Kottaisamy, M., &
Thomas, S. (2008). A novel method for the synthesis of cellulose nanofibril
whiskers from banana fibers and characterization. Journal of Agricultural
and Food Chemistry, 56(14), 5617–5627. https://doi.org/10.1021/jf8003674
Chieng, B. W., Lee, S. H., Ibrahim, N. A., Then, Y. Y., & Loo, Y. Y. (2017).
Isolation and characterization of cellulose nanocrystals from oil palm
mesocarp fiber. Polymers, 9(8), 1–11. https://doi.org/10.3390/polym9080355
D, H. (2007). Quantitative Chemical Analysis (7th ed.). Freeman.
Direktorat Jenderal Perkebunan. (2020). Palm Oil Area by Province in Indonesia ,
2016-2020. 2020.
https://www.pertanian.go.id/home/index.php?show=repo&fileNum=229
Effendy. (2004). Kromatografi Cair Kinerja Tinggi dalam Bidang Farmasi. USU.
49
Elwin, Lutfi, M., & Hendrawan, Y. (2014). Analisis Pengaruh Waktu
Pretreatment dan Konsentrasi NaOH terhadap Kandungan Selulosa, Lignin
dan Hemiselulosa Eceng Gondok Pada Proses Pretreatment Pembuatan
Bioetanol. J. Keteknikan Pertanian Tropis Dan Biosistem, 2(2), 110–116.
Fengel, D., & Wegener, G. (1995). Kayu : kimia, ultrastruktur, reaksi-reaksi /
oleh Dietrich Fengel, Gerd Wegener; penerjemah Hardjono
Sastrohamidjojo. 1995.
Frost, B. A., & Johan Foster, E. (2013). Isolation of thermally stable cellulose
nanocrystals from spent coffee grounds via phosphoric acid hydrolysis.
Journal of Renewable Materials, 8(2), 187–203.
https://doi.org/10.32604/jrm.2020.07940
G.W, E. (2013). Instrumental Methods of Chemical Analysis (5th ed.). McGraw-
Hill.
Harmita. (2006). Buku Ajar Analisis Fisikokimia Departemen Farmasi FMIPA.
Universitas Indonesia.
Harun, N. A. F., Baharuddin, A. S., Zainudin, M. H. M., Bahrin, E. K., Naim, M.
N., & Zakaria, R. (2013). Cellulase production from treated oil palm empty
fruit bunch degradation by locally isolated Thermobifida fusca.
BioResources, 8(1), 676–687. https://doi.org/10.15376/biores.8.1.676-687
Henriksson, M., Berglund, L. A., Isaksson, P., Lindström, T., & Nishino, T.
(2008). Cellulose nanopaper structures of high toughness.
Biomacromolecules, 9(6), 1579–1585. https://doi.org/10.1021/bm800038n
Hsieh, M. C., Koga, H., Suganuma, K., & Nogi, M. (2017). Hazy Transparent
Cellulose Nanopaper. Scientific Reports, 7, 1–7.
https://doi.org/10.1038/srep41590
Inc, P. S. (2009). Physical Stability if Disperse System. Technical Brief Vol 1.
Ioelovich, M. (2012). Optimal Conditions for Isolation of Nanocrystalline
Cellulose Particles. Nanoscience and Nanotechnology, 2(2), 9–13.
https://doi.org/10.5923/j.nn.20120202.03
J, K. (1990). Polymer Characterization and Analysis. John Wiley and Sons, Inc.
Johar, N., Ahmad, I., & Dufresne, A. (2012). Extraction, preparation and
characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk.
Industrial Crops and Products, 37(1), 93–99.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.12.016
Jonoobi, M., Oladi, R., Davoudpour, Y., & Oksman, K. (2015). Different
preparation methods and properties of nanostructured cellulose from various
natural resources and residues : a review Different preparation methods and
properties of nanostructured cellulose from various natural resources and
residues : a review. February. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0551-0
50
Kamal, N. (2014). 126.317,54 ton/tahun (Mandiri, 2012) ,. 61–68.
Kaushik, A., & Singh, M. (2011). Isolation and characterization of cellulose
nanofibrils from wheat straw using steam explosion coupled with high shear
homogenization. Carbohydrate Research, 346(1), 76–85.
https://doi.org/10.1016/j.carres.2010.10.020
Kishor, W. (2008). Suspension-introduction of suspension.
www.wasanlab.com/pharm/introsus.html.
Kokol, V., Božič, M., Vogrinčič, R., & Mathew, A. P. (2015). Characterisation
and properties of homo- and heterogenously phosphorylated nanocellulose.
Carbohydrate Polymers, 125, 301–313.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.02.056
Lani, N. S., Ngadi, N., Johari, A., & Jusoh, M. (2014). Isolation, characterization,
and application of nanocellulose from oil palm empty fruit bunch fiber as
nanocomposites. Journal of Nanomaterials, 2014.
https://doi.org/10.1155/2014/702538
Mautner, A., Kobkeatthawin, H. A. M. T., Karim, V. K. Z., & Phosphorylation, I.
Á. (2016). Phosphorylated nanocellulose papers for copper adsorption from
aqueous solutions. 1861–1872. https://doi.org/10.1007/s13762-016-1026-z
Moon, R. J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J., & Youngblood, J. (2011).
Cellulose nanomaterials review: Structure, properties and nanocomposites. In
Chemical Society Reviews (Vol. 40, Issue 7).
https://doi.org/10.1039/c0cs00108b
Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., & Yano, H. (2009). Optically
Transparent Nanofiber Paper. Advanced Materials, 21(16), 1595–1598.
https://doi.org/10.1002/adma.200803174
O.J, L. L. . and R. (2009). . The Nanoscience and Technology of Renewable
Biomaterials. Blackwell Publishing Ltd.
Pakki, D. R. A. E., & Si, M. (2007). Sediaan bentuk suspensi. November.
Petreus, T., Stoica, B. A., Petreus, O., Goriuc, A., Cotrutz, C. E., Antoniac, I. V.,
& Barbu-Tudoran, L. (2014). Preparation and cytocompatibility evaluation
for hydrosoluble phosphorous acid-derivatized cellulose as tissue engineering
scaffold material. Journal of Materials Science: Materials in Medicine,
25(4), 1115–1127. https://doi.org/10.1007/s10856-014-5146-z
Putera, R. D. H. (2012). Ekstraksi Serat Selulosa Dari Tanaman Eceng Gondok (
Eichornia Crassipes ) Dengan Variasi Pelarut. Skripsi, 1–70.
R.D.H, P. (2012). Ekstraksi Serat Selulosa dari Tanaman Eceng Gondok
(Eichornia Crassipes) dengan Variasi Pelarut. Fakultas Teknik UI.
R.F.H, D. (1985). Biodegradation of the hemicelluloses In: Higuchi T (ed)
Biosynthesis and biodegradation of wood components. Academic Press.
51
S, K. (1990). Konsep Dasar Kimia Analitik. UI Press.
Sajab, M. S., Chia, C. H., Zakaria, S., & Khiew, P. S. (2013). Cationic and anionic
modifications of oil palm empty fruit bunch fibers for the removal of dyes
from aqueous solutions. Bioresource Technology, 128, 571–577.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.11.010
Sastrohamidjojo H. (1992). Spektroskopi Inframerah. Liberty.
Satyamurthy, P., Jain, P., Balasubramanya, R. H., & Vigneshwaran, N. (2011).
Preparation and characterization of cellulose nanowhiskers from cotton fibres
by controlled microbial hydrolysis. Carbohydrate Polymers, 83(1), 122–129.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.07.029
Satyanarayana, K. G., Ravikumar, K. K., Sukumaran, K., Mukherjee, P. S., Pillai,
S. G. K., & Kulkarni, A. G. (1986). Structure and properties of some
vegetable fibres - Part 3 Talipot and palmyrah fibres. Journal of Materials
Science, 21(1), 57–63. https://doi.org/10.1007/BF01144699
Sehaqui, H., Zhou, Q., Ikkala, O., & Berglund, L. A. (2011). Strong and Tough
Cellulose Nanopaper with High Specific Surface Area and Porosity.
Selviza Safaria, Nora Idiawati, T. A. Z. (2013). EFEKTIVITAS CAMPURAN
ENZIM SELULASE DARI Aspergillus niger DAN Trichoderma reesei
DALAM MENGHIDROLISIS SUBSTRAT SABUT KELAPA Selviza. 2(1).
Septevani, Athanasia A., Evans, D. A. C., Annamalai, P. K., & Martin, D. J.
(2017). The use of cellulose nanocrystals to enhance the thermal insulation
properties and sustainability of rigid polyurethane foam. Industrial Crops
and Products, 107(December 2016), 114–121.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.05.039
Septevani, Athanasia A, & Burhani, D. (2018). PENGARUH PROSES
PEMUTIHAN MULTI TAHAP SERAT SELULOSA DARI LIMBAH TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT. 40(2), 71–78.
Septevani, Athanasia Amanda, Burhani, D., Sampora, Y., Devy, Y. A., & Novi,
G. (2019). The Effect of Acid Hydrolysis Treatment on the Production of
Nanocellulose Based on Oil Palm Empty Fruit Bunches. 21(June), 31–37.
Sinaga, M. . (2008). Pengaruh Penambahan Hidrogen Peroksida pada Stage
Ekstraksi terhadap Brightness Pulp. Universitas Sumatra Utara.
Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., &
Crocker, D. (2011). Determination of Structural Carbohydrates and Lignin
in Biomass: Laboratory Analytical Procedure (LAP); Issue Date: April
2008; Revision Date: July 2011 (Version 07-08-2011). 2011(April 2008).
Stuart, B. (2004). Infrared spectroscopy: fundamentals and applications.
Hoboken. NJ: J. Wiley.
52
Sujatno A, Salam R, Badriyana, and D. A. (2015). Studi Scanning Electron
Microscopy (SEM) Untuk Karakterisasi Proses Oxidasi Paduan Zirkonium.
Jurnal Forum Nuklir (JFN), 9(2), 44–50.
Sutarno, R. J., Zahara, T. A., & Idiawati, N. (2013). Hidrolisis Enzimatik Dari
Ampas Sagu Menggunakan Campuran Selulase Dari Trichoderma reesei dan
Aspergillus niger. Jkk, 2(1), 52–57.
Tipler, P. (1991). Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid I. Erlangga.
Toya T, Jotaki R, K. A. (1986). Specimen Preparation in EPMA and SEM. JEOL
Training Center EP Section.
Wang, H., Li, D., & Zhang, R. (2013). Preparation of ultralong cellulose
nanofibers and optically transparent nanopapers derived from waste
corrugated paper pulp. BioResources, 8(1), 1374–1384.
https://doi.org/10.15376/biores.8.1.1374-1384
Wertz, J. . and O. B. (2013). Lignocellulosic Biorefineries. EPFL Press.
Xu, X., Zhou, J., Jiang, L., Lubineau, G., & Ng, T. (2016). Highly transparent,
low-haze, hybrid cellulose nanopaper as electrodes for flexible electronics.
Nanoscale, 8, 12294–12306. https://doi.org/10.1039/c6nr02245f
Yang, W., Jiao, L., Min, D., & Dai, H. (2017). RSC Advances E ff ects of
preparation approaches on optical properties of self-assembled cellulose
nanopapers. 10463–10468. https://doi.org/10.1039/c6ra27529j
Yu, H., Qin, Z., Liang, B., Liu, N., Zhou, Z., & Chen, L. (2013). Facile extraction
of thermally stable cellulose nanocrystals with a high yield of 93% through
hydrochloric acid hydrolysis under hydrothermal conditions. Journal of
Materials Chemistry A, 1(12), 3938–3944.
https://doi.org/10.1039/c3ta01150j
53
LAMPIRAN
Lampiran 1. Hasil optimasi proses analisis komponen TKS
NO Proses Bentuk Fisik Analisis Komponen
Selulosa Hemiselulosa Lignin
1. TKKS Raw
29,18 ± 0,5 11,44 ± 0,4 30,87 ± 2,1
2.
TKKS
Delignifikasi
NaOH
58,15 ± 3,9 16,32 ± 0,5 9,32 ± 0,3
3. Bleaching 1x
82,18 ± 0,6 14,13 ± 0,0 6,57 ± 2,6
4. Bleaching 2x
84,44 ± 0,1 13,55 ± 0,2 3,31 ± 0,1
5. Bleaching 3x
88,45 ± 0,7 13,37 ± 0,3 3,25 ± 0,0
6. Selulosa
Standar
84,22 17,31 2,71
54
Kode Sampel TK 1 TK 2 TK 3
Biomass
weight [g] 0.3003 0.3001
0.3008
Moisture [%] 8.11 8.11 8.11
Biomass weight
(except moisture) [g] 0.2759 0.2758 0.2764
Filter paper [g] 0.0884 0.0894 0.0886
Filter paper + biomass
after dry [g] 0.1710 0.1636 0.1757
biomass
after dry [g] 0.0826 0.0742 0.0871
Crucible [g] 67.2202 67.9626 67.8018
Crucible + biomass
after dry [g] 67.216 67.959 67.797
Ash [g] 0.0041 0.0037 0.0053
Ash [%] 1.49 1.34 1.92
Acid insoluble
lignin [%] 28.4476 25.5655 29.5942
OD rata-rata 0.5376 0.5194 0.5116
Dilution rate 10 10 10
ASL (g/L) 0.10 0.09 0.09
ASL [%] 3.08 2.98 2.93
Total lignin [%] 31.53 28.54 32.52
Average
total Lignin [%] 30.87
Ash [%] = 𝐴𝑠ℎ
𝐵𝑊× 100 =
0,0041
0,2759× 100 = 1,49%
Acid inosuble lignin [%] = (𝐵𝐴𝐷−𝐴𝑠ℎ)
𝐵𝑊× 100 =
(0,0826−0,0041)
0,2759× 100 = 28,4476%
ASL [g/L] = (𝑂𝐷×𝐷𝑅)
110 =
(0,5376×10)
110 = 0,10 g/L
ASL [%] = (
𝐴𝑆𝐿 × 87
1000)
𝐵𝑊 × 100 =
(0,10× 87
1000)
0,2759 × 100 = 3,08%
Contoh perhitungan:
BW (except moisture) [g]
= BW−(BW×M)
100 =
0,3003−(0,3003×8,11)
100
= 0,2759 g.
Biomass after dry [g]
= (FP+BAD) – FP
= 0,1710 – 0,0884 = 0,0826 g
55
Total lignin [%] = AIL + ASL = 28,4476 + 3,08 = 31,53%
Kode HPLC TK 1 TK 2 TK 3 Rata-rata
Glucose
(Cellulose)
Heigt 14831 15245 14773 -
Conc. [%] 0.0955 0.0981 0.0951 -
Biomass [%] 30.1013 30.9569 29.9344 -
Adjust [%] 32.18 33.09 32.00 -
Xylose
(Hemicellul
ose)
Height 5485 5583 5215 -
Conc. [%] 0.0391 0.0398 0.0372 -
Biomass [%] 12.3209 12.5495 11.6948 -
Adjust [%] 13.15 13.39 12.48 -
Summary
Cellulose [%] 28.9604 29.7836 28.7999 29.18
Hemicellulose [%] 11.5689 11.7835 10.9809 19.12
Lignin [%] 31.53 28.54 32.52 30.87
Contoh perhitungan:
Conc. [%] = 𝐻−92,5785
156309,044 =
14831−92,5785
156309,044 = 0,0955%
Biomass [%] = 𝐶𝑜𝑛𝑐.
(𝐵𝑊×100
87)
× 100 = 0,0955
(0,2759×100
87)
× 100 = 30,1013%
Adjust [%] = Biomass × 1,069 = 32,18%
Conc. [%] = 𝐻−1,7683
140309,947 =
5485−1,7683
140309,947 = 0,0391%
Biomass [%] = 𝐶𝑜𝑛𝑐.
(𝐵𝑊×100
87)
× 100 = 0,0391
(0,2759×100
87)
× 100 = 12.3209%
Adjust [%] = Biomass × 1,067 = 13,15%
Glucose
Xylose
56
6.2
13
Glu
kosa -
8.9
80
Xylo
sa -
9.6
06
MV
0.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
6.2
10
Glu
kosa -
8.9
79
Xylo
sa -
9.6
06
MV
0.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
Cellulose = Adjust × 0,9 = 32,18 × 0,9 = 28.9604%
Hemicellulose = Adjust × 0,88 = 13,15 × 0,88 = 11.5689%
Lignin = AIL + ASL = 28,4476 + 3,08 = 31,53%
Lampiran 2. Hasil Analisis Komponen
1. TBC3 1
2. TBC3 2
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Units Peak
Type
Peak
Codes
1 6.213 205045 26.80 18572 BB Unknown
2 Glukosa 8.980 526691 68.83 34029 BV Found Q20
3 Xylosa 9.606 33462 4.37 2239 VB Found Q20
Summary
57
6.2
06
Glu
kosa -
8.9
77
Xylo
sa -
9.6
04
MV
0.00
10.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
6.2
13
Glu
kosa -
8.9
79
Xylo
sa -
9.6
05
MV
0.00
10.00
20.00
30.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
3. TBC3 3
4. TBC2 1
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Unit
s
Peak Type Peak
Codes
1 6.210 159163 21.65 14349 BB Unknown
2 Glukosa 8.979 539502 73.37 34774 BV Found Q20
3 Xylosa 9.606 36668 4.99 2446 VB Found Q20
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Un
its
Peak Type Peak
Codes
1 6.213 196811 28.27 17913 BB Unknown
2 Glukosa 8.979 469467 67.42 30309 BV Found Q20
3 Xylosa 9.605 30017 4.31 2016 VB Found Q20
58
6.2
10
Glu
kosa -
8.9
79
Xylo
sa -
9.6
06
MV
0.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
6.2
13
Glu
kosa -
8.9
81
Xylo
sa -
9.6
09
MV
0.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
5. TBC2 2
6. TBC2 3
Name Retenti
on
Time
Area % Area Height Int
Typ
e
Amo
unt
Un
its
Peak Type Peak
Codes
1 6.206 130100 22.56 11746 BB Unknown
2 Glukosa 8.977 418210 72.51 26900 BV Found Q20
3 Xylosa 9.604 28488 4.94 1861 VB Found Q20
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Unit
s
Peak Type Peak
Codes
1 6.210 173749 24.72 15731 BB Unknown
2 Glukosa 8.979 495194 70.45 31743 BV Found Q20
3 Xylosa 9.606 33981 4.83 2275 VB Found Q20
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Uni
ts
Peak Type Peak
Codes
1 6.213 188723 27.62 16970 BB Unknown
2 Glukosa 8.981 464491 67.97 29594 BV Found Q20
3 Xylosa 9.609 30191 4.42 2003 VB Found Q20
59
6.2
10
Glu
kosa -
8.9
80
Xylo
sa -
9.6
08
MV
0.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
6.2
13
Glu
kosa -
8.9
81
Xylo
sa -
9.6
09
MV
0.00
10.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
7. TBC1 1
8. TBC1 2
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Uni
ts
Peak Type Peak
Codes
1 6.213 182506 29.44 16207 BB Unknown
2 Glukosa 8.981 410085 66.16 25840 BV Found Q20
3 Xylosa 9.609 27280 4.40 1790 VB Found Q20
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Uni
ts
Peak Type Peak
Codes
1 6.210 185221 24.85 16600 BB Unknown
2 Glukosa 8.980 526148 70.58 33519 BV Found Q20
3 Xylosa 9.608 34075 4.57 2269 VB Found Q20
60
6.2
13
Glu
kosa -
8.9
81
Xylo
sa -
9.6
09
MV
0.00
20.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
6.2
06
Glu
kosa -
8.9
81
Xylo
sa -
9.5
59
MV
0.00
20.00
40.00
Minutes
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
9. TBC1 3
10. α Cell
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Uni
ts
Peak Type Peak
Codes
1 6.213 208279 25.35 18606 BB Unknown
2 Glukosa 8.981 571533 69.55 36178 BV Found Q20
3 Xylosa 9.609 41939 5.10 2645 VB Found Q20
Name Retention
Time
Area %
Area
Height Int
Type
Amo
unt
Uni
ts
Peak Type Peak
Codes
1 6.206 145631 19.03 13046 BB Unknown
2 Glukosa 8.981 600288 78.45 38013 BV Found Q20
3 Xylosa 9.559 19250 2.52 1271 VB Found Q20
61
62
BIODATA
Nama Lengkap : Nafa Fujiama Ragesta
NIM : 11140960000009
Tempat, Tanggal Lahir : Serang, 09 Maret 1996
Jenis Kelamin : Perempuan
Anak ke : 2 dari 2 bersaudara
Alamat Rumah : Kp. Ragas Awuran
No. Telp : 0895349109805
Alamat Email : [email protected]
Pendidikan Formal
Tingkat Pendidikan Nama Sekolah Tahun
Lulus
SD SDN Margasari 2008
SMP SMP Plus Assa’adah 2011
SMA SMA Plus Assa’adah 2014
Perguruan Tinggi UIN Syarif Hidayatullah 2020
Pengalaman Organisasi
No. Nama Organisasi Tahun Jabatan
1. Organisasi Santri Pondok
Modern Assa’adah Putri
2013 Bendahara
2. UKM Bahasa-FLAT 2016-2017 Staff of Skill Development
Ketua Lomba Debat Nasional
Bendahara Lomba Scrabble
Nasional (kolaborasi dengan ISF)
3. UKM Bahasa-FLAT 2017-2018 Secretary of Skill Development
Pengalaman Mengajar
No. Tahun Keterangan
1. 2010 Mengajar ngaji anak-anak SD
2. 2014 Mengajar anak paud
Mengajar Fisika kelas 1 SMA by languages
3. 2017 Mengajar les privat ngaji murid dewasa
4. 2017-2018 Mengajar Tari Tradisional di UKM Bahasa-FLAT
5. 2019 Mengajar Tari Tradisional di UMJ
