METODOLOGI PENELITIAN
4.3. ISOLASI SELULOSA DARI TKKS
Kandungan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebagian besar adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin (Darnoko, dkk., 1995). Di samping mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin, TKKS juga mengandung senyawa-senyawa yang bukan penyusunnya yang dikelompokkan sebagai zat ekstraktif. Dalam arti sempit zat ekstraktif merupakan senyawa-senyawa yang larut dalam pelarut organik. Ekstraksi dilakukan untuk menghilangkan senyawa-senyawa ekstraktif yang tercampur pada TKKS. Pelarut dari campuran etanol dan sikloheksana (1:1) yang digunakan untuk ekstraksi mula-mula jernih, setelah 3 jam kemudian berubah menjadi larutan kekuningan, yang mengindikasikan pelarut campuran etanol-sikloheksana sudah mengekstraksi senyawa- senyawa lain yang terdapat dalam TKKS selain lignin, selulosa atau hemiselulosa. Selain warna ekstrak yang berubah, warna sampel juga mengalami perubahan, yang semula berwarna coklat kelam menjadi warna coklat lebih cerah. Hasil ekstraksi TKKS menggunakan pelarut campuran etanol-sikloheksana (1:1) dapat dilihat pada Tabel 4.7. di bawah ini.
Dari Tabel 4.7. menunjukkan bahwa senyawa-senyawa ekstraktif yang dapat larut di dalam pelarut etanol-sikloheksana (1:1) adalah sebanyak 1,89 gr.
Umumnya senyawa-senyawa ekstraktif ini adalah senyawa terpenoid.
Tabel 4.7. Hasil Ekstraksi TKKS
Massa TKKS Massa Hasil Ekstraksi Rendemen
40,0 gram 38,11 gram 95,25%
Isolasi selulosa dari TKKS dilakukan dengan cara melarutkan lignin dengan basa kuat, sehingga selulosa terpisah sebagai residu atau padatan. Mekanisme sederhana dari reaksi degradasi lignin dengan NaOH ditunjukkan pada Gambar 4.9. di bawah ini.
H+
-Gambar. 4.9. Mekanisme Reaksi Lignin dengan NaOH
Reaksi degradasi lignin diawali oleh penyerangan atom H yang terikat pada gugus OH fenolik oleh ion hidroksi (OH) dari NaOH. Atom H pada bagian tersebut bersifat asam karena terikat pada atom O yang memiliki- keelektronegatifan besar. Atom O yang lebih elektronegatif akan menarik elektron pada atom H, sehingga atom H akan bermuatan parsial positif (∂+) dan mudah lepas menjadi ion H+. Keasaman juga dipengaruhi oleh efek resonansi dari gugus alkil pada posisi para, sehingga atom H pada gugus fenolik akan bersifat lebih asam. Reaksi berlanjut dengan terjadinya pemutusan ikatan aril-eter dan karbon-karbon menghasilkan fragmen yang larut dalam NaOH.
Pada penelitian ini ditambahkan natrium kabonat (Na2CO3) yang berperan sebagai katalis dalam reaksi antara NaOH dengan lignin sehingga lignin mudah larut. Larutnya lignin pada pemisahan ini ditandai dengan adanya larutan yang berwarna hitam pekat (black liquor). Hasil isolasi selulosa dapat dilihat pada Tabel 4.8. di bawah ini.
Tabel 4.8. Massa Hasil Isolasi Selulosa Massa TKKS
Pada Tabel 4.8. di atas menunjukkan bahwa selulosa yang dapat diisoslasi dari 40 g TKKS adalah sebanyak 35,14 g atau 87,85 %. Selulosa yang diperoleh ini
O
dalam bentuk padatan, sedangkan lignin sudah bereaksi dengan NaOH yang berada dalam bentuk larutan. Selulosa yang diperoleh masih berwarna coklat, sehingga perlu dilakukan pemutihan untuk memperoleh selulosa yang berwarna putih.
Penggunaan basa kuat di dalam isolasi selulosa dari TKKS sangat menguntungkan karena selulosa dapat dengan mudah terpisahkan dari lignin dalam waktu yang cepat. Namun demikian penggunaan basa kuat ini memungkinkan terjadinya reaksi antara basa kuat dengan selulosa tersebut. Basa kuat akan mengubah monosakarida maupun gugus-gugus ujung dalam polisakarida menjadi berbagai asam karboksilat. Polisakarida dengan ikatan 1,4 glikosida dan hemiselulosa akan terdegradasi dengan mekanisme pemutusan ikatan dari ujung ke ujung. Bagian rantai selulosa yang tersisa dari proses ini adalah senyawa yang disebut α selulosa (pulp). Mekanisme reaksi yang terjadi pada polimer selulosa adalah seperti ditunjukkan oleh Gambar. 4.10 dan Gambar. 4.11. di bawah ini.
Gambar. 4.10. Mekanisme Reaksi Selulosa dengan NaOH pada gugus –OH primer
O
-Gambar. 4.11. Mekanisme Reaksi Selulosa dengan NaOH pada gugus –OH sekunder
Selulosa yang diperoleh kemudian di-bleaching untuk mendapatkan selulosa yang putih dan untuk menghilangkan sisa lignin yang terdapat di dalam pulp.
Pemutihan dilakukan dengan menggunakan larutan hipoklorit (kaporit) sebagai pemutih. Proses bleaching menggunakan kaporit berjalan lambat, namun dengan penambahan NaOH akan mempercepat proses bleaching. Hal ini dikarenakan penambahan NaOH akan meningkatkan pH dan proses bleaching dengan kaporit berlangsung optimum pada pH sekitar 7. Di samping itu, adanya NaOH akan melarutkan sisa lignin yang masih terdapat di dalam pulp sehingga mudah untuk dipisahkan. Pada tahap pemutihan ini molekul-molekul penyerap warna (mengandung kromofor) akan dioksidasi sehingga menjadi polar dan mudah larut dalam air.
Hasil bleaching selulosa TKKS dengan kaporit memberikan selulosa dengan warna yang putih. Berat selulosa selulosa setelah proses bleaching disajikan pada Tabel 4.9. di bawah ini.
C:\Program Files\OPUS_65\PPKS\Cellulosa\TKS 38.1 TKS 38 Instrument type and / or accessory
C:\Program Files\OPUS_65\PPKS\Cellulosa\Alpa Cellulosa Sigma pa standard ulangan.0 Alpa Cellulosa Sigma pa standard ulangan Ins 04/05/2010 05/04/2010
3385.37 3385.17 2915.61 2901.09 2131.89 1639.79 1637.21 1430.86 1430.34 1374.04 1373.58 1318.80 1318.77 1164.24 1163.01 1112.51 1059.84 1059.00 897.25 897.15 814.16 669.27 668.83 618.02 617.80
1000
Tabel. 4.9. Massa Hasil Bleaching Selulosa TKKS Massa
Pada Tabel 4.9. di atas terlihat bahwa selulosa yang diperoleh setelah proses bleaching sebanyak 25,26 g atau 65,15 % dari TKKS. Untuk melihat kemurnian dari selulosa yang diperoleh maka dilakukan uji Bilangan Kappa. Bilangan Kappa ini menunjukkan kandungan lignin di dalam selulosa, semakin tinggi Bilangan Kappa maka semakin tinggi kandungan lignin di dalam selulosa tersebut. Artinya selulosa yang diperoleh masih mengandung pengotor lignin. Hasil analisis Bilangan Kappa terhadap sampel selulosa setelah di-bleaching adalah 1,59 %.
Dengan demikian selulosa hasil isolasi dari TKKS masih mengandung lignin walaupun dengan jumlah yang sedikit.
Untuk mempertegas selulosa yang diperoleh dari TKKS, maka dilakukan analisis gugus fungsi dengan FTIR. Pada Gambar 4.12. disajikan spktrum FTIR dari selulosa yang berasal dari TKKS yang ditumpang tindihkan dengan spktrum FTIR dari selulosa standar yang berasal dari Sigma.
Gambar 4.12. Spektrum FTIR selulosa yang berasal dari TKKS (merah) dan selulosa standar (biru).
Pada Gambar 4.12. di atas terlihat bahwa pita-pita serapan yang muncul dari selulosa yang berasal dari TKKS dan selulosa standar dari Sigma sangat mirip.
Pita-pita serapan yang muncul adalah pada 3385, 2915, 1639, 1430 – 1318, 1164 – 1069, 897 – 814, dan 669 – 617 cm-1. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa selulosa yang berasal dari TKKS mempunyai gugus-gugus fungsi yang sama dengan selulosa standar dari Sigma.
Untuk melihat permukaan selulosa yang dihasilkan telah dilakukan analisis menggunakan alat Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil analisis menggunakan alat SEM terhadap selulosa TKKS pada perbesaran 150, 500, dan 5.000 kali disajikan pada Gambar 4.13. di bawah ini.
a b
c
Gambar 4.13. Hasil analisis selulosa TKKS dengan alat SEM pada perbesaran a. 150 x, b. 500 x, dan c. 5.000 x
Pada Gambar 4.13. terlihat penampakan permukaan selulosa TKKS pada beberapa perbesaran. Pada perbesaran 150 x terlihat struktur permukaan selulosa TKKS masih sangat jarang atau tidak rapat.
C
6H3C COOH Asetat anhidrida H2SO4