iii
STUDI PENYEDIAAN NANOKRISTAL SELULOSA DARI TANDAN KOSONG SAWIT (TKS)
SKRIPSI
FENNY AULIA 080802020
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
iv
STUDI PENYEDIAAN NANOKRISTAL SELULOSA DARI TANDAN KOSONG SAWIT (TKS)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
FENNY AULIA 080802020
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2012
v
Judul : Studi Penyediaan Nanokristal dari Tandan Kosong Sawit (TKS)
Kategori : SKRIPSI
Nama : Fenny Aulia
Nomor Induk Mahasiswa : 080802020 Program Studi : Sarjana (S1)
Departemen : Kimia
Fakultas : Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, November 2012
Komisi Pembimbing:
Pembimbing 2 Pembimbing 1
Saharman Gea, Ph.D Dr. Marpongahtun, M.Sc
NIP.196811101999031001 NIP.1961111519880320002
Menyetujui
Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,
vi
PERNYATAAN
STUDI PENYEDIAAN NANOKRISTAL SELULOSA DARI TANDAN KOSONG SAWIT (TKS)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, November 2012
vii
PENGHARGAAN
Bismillahirrohmaanirrohim..
Alhamdulillah, segala Puji dan Syukur Penulis ucapkan atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan Rahmat dan karunia-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Dalam hal ini penulis ucapkan terima kasih dan penghargaan kepada kedua orangtua tercinta, Alm. Budi Harto dan Ibunda Rabiatul Hadawiyah yang dengan doa, semangat dan dukungannya yang sangat besar serta selalu mendampingi penulis demi terselesaikannya skripsi ini. Dan juga terima kasih kepada abang dan adik saya tercinta, M. Zovi, S.Kom dan M. Rizky Zulkarnain yang telah memberikan semangat serta membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Terima kasih kepada Ibu Dr. Marpongahtun, M.Sc selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Saharman Gea, Ph.D selaku Dosen pembimbing II, yang telah dengan sabar membantu, mengarahkan dan membimbing Penulis dalam mengerjakan penelitian dan menyelesaikan skripsi ini. Terima kasih kepada Ketua Departemen dan Sekretaris Departemen Kimia S-1, Ibu Dr. Rumondang Bulan Nst, MS dan Bapak Drs. Albert Pasaribu, M.Sc dan Ibu Dr. Rumondang Bulan Nst selaku dosen wali Penulis dan seluruh staf Dosen pengajar Departemen Kimia FMIPA USU yang telah banyak memberikan ilmu yang bermanfaat bagi penulis.
Terima kasih kepada yang spesial Erwandi Sembiring, sahabat-sahabat penulis Indah Amalia, Rudnin Habibah, Rinna Ayu Gustira, Emi Amalia, Rizqi Aisyah Amaturahim, Rizki Amalia Nasution, Siti Aminah Nasution, Elisa Putri, Soraya Masitha Lubis serta seluruh rekan-rekan stambuk 2008 atas bantuan dan motivasi yang diberikan dan atas kebersamaannya selama ini. Dan terima kepada seluruh stambuk yang tak bisa disebutkan satu persatu yang banyak membantu penulis selama penelitian dan penyusunan skripsi. Dan juga terima kasih kepada kak Ayu, seluruh staff asisten kimia fisika dan polimer yang banyak membantu penulis selama penelitian dan penyusunan skripsi. Dan juga terima kasih kepada semua pihak yang tak bisa disebutkan satu -persatu disini yang telah banyak membantu, mendoakan dan menyemangati penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Akhirnya Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu Penulis mengharapkan saran dan masukan yang bersifat membangun dari semua pihak demi terciptanya kesempurnaan dari skripsi ini, dan semoga Allah SWT membalas semua kebaikan kita dan memberikan kebahagian bagi kita semua. Amin.
viii
ABSTRAK
ix
STUDY THE PROVIDING OF NANOCRYSTAL CELLULOSE FROM EMPTY FRUIT BUNCHES PALM
ABSTRACT
x
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN iii
PERNYATAAN iv
PENGHARGAAN v
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR SINGKATAN xi
DAFTAR LAMPIRAN xii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Permasalahan 3
1.3. Pembatasan Masalah 3
1.4. Tujuan Penelitian 3
1.5. Manfaat Penelitian 3
1.6. Lokasi Penelitian 4
1.7. Metodologi Penelitian 4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tandan Kosong Sawit (TKS) 5
2.2. Selulosa 6
2.2.1. Pengertian Selulosa 6
2.2.2.Sumber Selulosa 7
2.2.3. Jenis-jenis Selulosa 10
2.2.4.Sifat Kimia Selulosa 13
2.3. Nanokristal Selulosa 16
2.4. Ultrasonifikasi 17
2.5. Membran Dialisis 18
2.6. Scanning Electron Microscopy (SEM) 19
2.7. Thermogravimety Analysis (TGA) 20
BAB III. BAHAN DAN METODE PENELITIAN
3.1.Alat-Alat Penelitian 22
3.2.Bahan-BahanPenelitian 22
3.3.Prosedur Penelitian 23
3.3.1. Pembuatan Larutan HNO3 3,5% 23
3.3.2. Pembuatan Larutan NaOH 2% 23
3.3.3. Pembuatan Larutan Na2SO3 2% 23
3.3.4.Pembuatan Larutan NaOCl 1,75% 23
3.3.5. Pembuatan Larutan H2O2 23
3.3.6. Pembuatan Larutan H2SO4 45% 24
3.3.2. Preparasi Serbuk Tandan Kosong Sawit (TKS) 24
xi
3.3.4. Isolasi nanokristal selulosa dari α-Selulosa 24 3.3.5. Analisa Permukaan dengan SEM ( Scanning Elecron Microscopy ) 25 3.3.6. AnalisaTermal dengan TGA ( Termogravimetric
Differential Thermal Analysis ) 25
3.4. Skema Pengambilan Data 26
3.4.1. Bagan Preparasi Serbuk Tandan Kosong Sawit (TKS) 26 3.4.2. Bagan Isolasi -selulosa dari Tandan Kosong Sawit (TKS) 27 3.4.3. Isolasi nanokristal selulosa dari α-Selulosa 28 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil 29
4.1.1. Isolasi-selulosa 29
4.1.2.Isolasi nanokristal selulosa dari α-Selulosa 30 4.2. Pembahasan 32 4.2.1. Analisa Permukaan dengan SEM (Scanning Electron Microscopy ) 32 4.2.2. Analisa Termal Nanokristal Selulosa dengan TGA
( Termogravimetric Differential Thermal Analysis ) 34 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 35
5.2. Saran 35
DAFTAR PUSTAKA 36
LAMPIRAN 39
xii
DAFTAR TABEL
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Selulosa 7
Gambar 2.2 SelulosaSelSatuan 12
Gambar 2.3 Model Struktur Kristal Selulosa 1(a) dan 1β (B) rantai
satu-triklinikdan Kristal monoklinikrantai 2 12
Gambar 2.4 Struktuk Kimia Hemiselulosa 15
Gambar 2.5 Struktur Kimia Lignin 15
Gambar 4.1 α-Selulosa 30
Gambar 4.2 Reaksi hidrolisis asam 31
Gambar 4.2.1 Struktur permukaan Nanokristal Selulosa 33
Gambar 4.2.2 Grafik Degradasi Termal Nanokristal Selulosa 35
Lampiran 1 Tandan Kosong Sawit (TKS) 41
Lampiran 2 Nanokristal Selulosa 42
Lampiran 3 TGA Nanokristal Selulosa 43
xiv
DAFTAR SINGKATAN
TKS = Tandan Kosong Sawit
CPO = Crude Palm Oil
SEM = Scanning Electron Microscopy
SII = Standar Industri Indonesia
Rpm = radian per meter
TGA = Thermogravimetric Analysis
TEM = Transmission Electron Microscopy
DTA = Differensial Thermal Analysis
DSC = Differensial Scanning Calorimetri
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tandan Kosong Sawit (TKS) 41
Lampiran 2. Nanokristal Selulosa 42
Lampiran 3. Termogram dari Nanokristal Selulosa 43
Lampiran 4. Membran Dialisis 44
xvi
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guinensis Jack) berasal dari Nigeria, Afrika Barat.Meskipun demikian, ada yang menyatakan bahwa kelapa sawit berasal dari Amerika Selatan yaitu Brasil karena lebih banyak ditemukan spesies kelapa sawit di hutan Brazil dibandingkan dengan Afrika.Pada kenyatannya tanaman kelapa sawit hidup subur di luar daerah asalnya, seperti Malaysia, Indonesia, Thailand, dan Papua Nugini.Bahkan mampu memberikan hasil produksi per hektar yang lebih tinggi.Bagi Indonesia, tanaman kelapa sawit memiliki arti penting bagi pembangunan perkebunan nasional. Selain mampu menciptakan kesempatan kerja yang mengarah pada kesejahteraan masyarakat, juga sebagai sumber perolehan devisa Negara. Indonesia merupakan produsen utama minyak sawit (Fauzi,2003).
Limbah yang dihasilkan oleh tanaman kelapa sawit dapat memberikan manfaat yang besar bagi kehidupan, diantaranya sebagai pupuk organik dan sebagai arang aktif.Salah satu limbah padat industri kelapa sawit adalah tandan kosong sawit (TKS).Tempurung kelapa sawit termasuk juga limbah padat hasil pengolahan kelapa sawit.Limbah padat mempunyai cirri khas pada komposisinya. Komponen terbesar dalam limbah padat tersebut adalah selulosa, disamping komponen lain meskipun lebih kecil seperti abu, hemiselulosa, dan lignin, seperti dipaparkan pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Komposisi kimiawi Tandan Kosong Sawit
Komposisi Kadar (%)
Selulosa 40
Hemiselulosa 24
Lignin 21
Abu 15
xvii
jok mobil dan matras, polipot (pot kecil, papan ukuran kecil, dan bahan pengepak industri) (Fauzi,2003).
Menumpuknya limbah organik memerlukan penanganan agar tidak menimbuklkan pencemaran lingkungan seperti bau yang tidak sedap, yang menjadi sarang lalat, jalan pintas yang biasa digunakan adalah dengan membakarnya.Pembakaran limbah organik tersebut tidak memberikan manfaat malah memberikan polusi udara.Pengembalian bahan organik ke dalam tanah adalah hal yang mutlak dilakukan untuk mempertahankan lahan pertanian agar tetap produktif (Herawan,1999).
Selulosa merupakan biopolimer yang berlimpah di alam, yang bersifat sapat diperbaharui, mudah terurai, dan juga non toksik.Juga merupakan polimer karbohidrat
yang tersusun atas β-D Glukopiranosa dan terdiri dari tiga gugus hidroksi per anhidro glukosa menjadikan selulosa memiliki derajat fungsionalitas yang tinggi.Sebagai materi yang dapat diperbaharui, selulosa dan turunannya dapat dipelajari dengan baik.Bahan dasar selulosa telah digunakan lebih dari 150 tahun dalam berbagai macam aplikasi, seperti makanan, produksi kertas, biomaterial, dan dalam bidang kesehatan (Coffey et al, 1995).
Nanokristal sebagai bahan yang berperan dalam pembuatan obat – obatan yang selama ini diimpor di Indonesia sehingga harga obat relatif meningkat. Dengan adanya penelitian isolasi nano selulosa ini, dapat diketahui hasil selulosa yang didapat dari Tandan Kosong Sawit (TKS) dengan proses ligninfikasi, pemurnian alfa selulosa, serta hidrolisis dengan asam untuk mengendapkan nano selulosa. Setelah itu di karakterisasi dengan menggunakan Scanning Electronic Microscopy (SEM).Isolasi nano selulosa dari tandan kosong sawit di lakukan dengan pengendapan melalui hidrolisis asam dengan menggunakan asam sulfat pada suhu 45o C selama 30 menit (Bledzki, 1990).
1.2Perumusan Masalah
1. Bagaimana mengisolasi selulosa dari Tandan Kosong Sawit (TKS) 2. Bagaimana mengisolasi nanokristal selulosa dari α-Selulosa
xviii
1.3Pembatasan Masalah
Penelitian ini mengambil batasan – batasan sebagai berikut :
1. α-Selulosa yang digunakan diisolasi dari Tandan Kosong Sawit yang berasal dari limbah PTPN IV Kebun ADOLINA
2. Isolasi nanokristal selulosa dari α-Selulosa dilakukan melalui hidrolisis asam 3. Karakterisasi nanokristal selulosa yang diperoleh menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM) dan Thermogravimetry Analysis (TGA)
1.4Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui proses isolasi α-Selulosa dari Tandan Kosong Sawit (TKS) 2. Untuk mengetahui proses isolasi nanokristal selulosa dari α-Selulosadan juga
karakterisasinya
1.5Manfaat Penelitian
1. Pemanfaatan limbah Tandan Kosong Sawit (TKS) sebagai bahan baku pembuatan selulosa diharapkan mampu meningkatkan nilai tambah di dalam industri
2. Memberikan informasi tentang isolasi nanocrystal selulosa dari α-Selulosa yang diperoleh dari Tandan Kosong Sawit (TKS) sebagai salah satu bahan yang di gunakan dalam produksi obat – obatan
1.6. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar FMIPA USU Medan, Kimia di Politeknik Negeri Lhoksumawe, dan Beacukai Jakarta.
1.7Metodologi Penelitian
Penelitian ini berupa eksperimen laboratorium.Ada beberapa tahap penelitian.Tahap pertama adalah penyiapan tandan kosong sawit yang kemudian diisolasi untuk
xix
Tahap kedua adalah isolasi nanokristal selulosa melalui hidrolisis asam dan dengan menggunakan sentrifugasi untuk menghilangkan amorf, sehingga diperoleh bentuk kristalnya.
Tahap ketiga adalah karakterisasi nanocrystal selulosa dengan menggunakan Sca nning Electron Microscopy (SEM) dan Thermogravimetry Analysis (TGA).
Variabel yang digunakan adalah : - Variabel tetap
Suhu (oC) Waktu (menit) - Variabel terikat