BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian konversi lignoselulosa tandan pisang menjadi 5-hidroksimetil-2-furfural (HMF) untuk optimasi ZnCl2 dan CrCl3 serta eksplorasi metode
pemisahan ini dilakukan di Laboratorium Riset Kimia Material-Hayati dan Laboratorium Instrumen Kimia Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia (FPMIPA UPI) dan pengujian AAS dilakukan di Laboratorium Pengujian Prodi Kimia ITB. Penelitian ini dilakukan selama 8 bulan terhitung sejak bulan Februari hingga Oktober 2015.
3.2 Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah limbah tandan pisang yang diperoleh dari limbah perkebunan pisang dan limbah yang dihasilkan pedagang pisang. Padatan ZnCl2 (Merck) digunakan untuk membuat campuran ZnCl2-H2O
yang berperan sebagai pelarut pada proses konversi selulosa menjadi HMF. Katalis yang digunakan pada proses konversi adalah CrCl3.6H2O (Merck).
Mikrokristalin selulosa (Sigma Aldrich) digunakan sebagai standar untuk mengkonfirmasi keberhasilan memperoleh selulosa dari hasil delignifikasi. HMF (Sigma Aldrich) dengan kemurnian 99,99% digunakan sebagai standar untuk mengkonfirmasi keberhasilan dalam memeroleh HMF dari hasil konversi. Etanol 96% (Merck) digunakan sebagai pelarut HMF. Semua bahan yang telah disebutkan dipesan melalui CV. Agung Menara. Untuk proses delignifikasi dan pencucian selulosa tandan pisang digunakan NaOH 25% dan H2O2 5%. Aquades
digunakan untuk melarutkan ZnCl2. Bahan-bahan tersebut tersedia di Lab Riset
Kimia Material-Hayati FPMIPA UPI. Proses pemisahan HMF dari ZnCl2
dilakuakan dengan menggunakan resin penukar kation jenis Dowex 50WX8-200 sebagai fasa diam dan aquades sebagai fasa geraknya.
Alat yang digunakan untuk menghaluskan tandan pisang adalah pisau dan blender dan dikeringkan menggunkan oven. Alat yang digunakan pada proses
delignifikasi adalah neraca analitik, gelas kimia, mantel pemanas, set alat refluks dengan labu leher tiga, statif, klem, kaca arloji, termometer 100oC, labu Erlenmeyer berpenghisap, corong vakum, indikator pH, kertas saring, batang pengaduk, oven dan spatula. Alat yang digunakan pada proses konversi adalah set alat refluks dengan labu leher tiga, pemanas listrik, termometer 300oC, pengaduk magnetik, corong, labu Erlenmeyer berpenghisap, gelas kimia, botol timbang, neraca analitik, corong leher pendek, spatula, batang pengaduk, pipet tetes, pipet mikro, labu ukur, pipet seukuran, kertas saring, serta alat dan tabung sentrifuge. Alat yang digunakan pada proses pemisahan adalah kolom, corong, gelas ukur, pipet dan batang pengaduk. Analisis gugus fungsi hasil delignifikasi dilakukan menggunakan instrumen FTIR-8400 SHIMADZU. Adapun hasil konversi HMF dianalisis menggunakan instrumen HPLC-D700 HITACHI dan hasil pemisahan dianalisis menggunakan instrumen AAS.
3.3 Prosedur Penelitian
Penelitian konversi lignoselulosa tandan pisang menjadi HMF dilakukan dengan melalui tiga tahap, yaitu proses delignifikasi tandan pisang, konversi selulosa hasil delignifikasi menjadi HMF dan pemisahan HMF hasil reaksi dari pelarutnya. Hasil delignifikasi dianalisis menggunakan instrumen FTIR. Hasil konversi dianalisis menggunakan instrumen HPLC. Hasil pemisahan dianalisis menggunakan instrumen AAS. Tahapan umum penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.1
Delignifikasi Tandan Pisang Analisis FTIR
Konversi Selulosa menjadi
Penjelasan yang lebih lengkap untuk tiap tahapan penelitian tersebut diljelaskan pada uraian-uraian berikut.
3.3.1 Proses Delignifikasi Tandan Pisang
Proses delignifikasi tandan pisang diawali dengan pengumpulan limbah tandan pisang. Tandan pisang dibersihkan kemudian dikeringkan di bawah sinar matahari selama seminggu, setelah itu, tandan pisang juga melalui pengeringan di dalam oven selama 24 jam pada suhu 60oC. Sampel yang sudah kering kemudian dihaluskan dengan cara diblender. Tandan pisang halus kemudian ditimbang sebanyak 10 gram dan dimasukkan ke dalam gelas kimia yang kemudian diisi air 100 mL yang kemudian dipanaskan selama satu jam pada suhu 100oC. Residu yang diperoleh dari proses hidrolisis tersebut kemudian diambil dan ditambahkan NaOH 25% sebanyak 100 mL (1:10) dan direfluks selama dua jam pada suhu 92oC. Hasil refluks disaring menggunakan vakum. Residu yang diperoleh kemudian dicuci menggunakan aquades hingga pH aquades yang digunakan untuk pencucian menjadi netral. Setelah itu, residu dikeringkan di dalam oven pada suhu 60oC selama 24 jam.
Residu hasil pengeringan ditimbang kemudian direfluks kembali menggunakan larutan H2O2 5% sebanyak 100 mL selama dua jam pada suhu 60oC. Hasil refluks
ini juga kemudian disaring menggunakan vakum dan dicuci hingga netral dan selanjutnya dikeringkan dalam oven selama 24 jam pada suhu 60oC. Hasil delignifikasi ini, baik setelah refluks dengan NaOH maupun setelah refluks dengan H2O2, dikarakterisasi dengan FTIR untuk dibandingkan dengan hasil
Gambar 3.2 Bagan Alir Proses Delignifikasi
3.3.2 Konversi Selulosa Tandan Pisang menjadi HMF
Proses konversi selulosa tandan pisang menjadi HMF dilakukan dengan mencampurkan satu gram selulosa ke dalam campuran 30 gram larutan ZnCl2
67% dan katalis CrCl 3 dengan variasi massa katalis 0,0125 g; 0,025 g; 0,05 g; 0,1
g; dan 0,2 g yang sebelumnya telah dipanaskan hingga 120oC. Larutan kemudian derefluks pada suhu 120o C selama 45 menit disertai dengan pengadukan. Hasil konversi dianalisis menggunakan HPLC. Setelah dibandingkan dengan hasil pengujian HPLC HMF standar, dua variasi massa katalis dengan perolehan terbaik
- Dinetralkan - Dikeringkan
Tandan Pisang
- Dibersihkan - Dikeringkan
Tandan Pisang Kering
- Dihaluskan
Tandan Pisang Halus
- Ditimbang 10 gram - Ditambah aquades 100 mL - Dipanaskan 100oC selama 1 jam
Residu
Residu
Residu
Filtrat
- Ditambah NaOH 25 % (1:10)
- Direfluks selama 2 jam pada suhu 92o C
- Disaring
Filtrat
Filtrat
Residu Kering
Residu Kering
Analisis FTIR
Analisis FTIR
- Dinetralkan - Dikeringkan
- Ditambah 100 mL H2O2 5 %
- Direfluks selama 2 jam pada 60oC
sama dengan proses konversi sebelumnya dan hasilnya dianalisis dengan HPLC. Proses konversi selulosa tandan pisang menjadi HMF ditampilkan di Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Bagan Alir Konversi Selulosa Tandan Pisang Menjadi HMF
Preparasi analisis menggunakan HPLC dilakukan dengan melarutkan 1 mL hasil konversi dalam 9 mL etanol 96%. Campuran kemudian disentrigugasi selama 10 menit dengan kecepatan 1200 rpm. Supernatan hasil sentrifugasi diambil secukupnya untuk diuji HPLC. Analisis kualitatif dilakukan dengan membandingkan data waktu retensi yang diperoleh dengan waktu retensi HMF standar. Sedangkan untuk analisis kuantitatif, dilakukan uji kalibrasi dengan menggunakan deret standar larutan HMF dalam etanol. Standar yang digunakan memiliki konsentrasi 100, 150, 200, 300, 450 dan 500 ppm. Parameter dari HPLC pada proses uji ini adalah:
Instrumentasi : HPLC-D700 HITACHI Detektor : UV 280 nm
Laju alir : 1 mL/menit
Fasa Gerak : Asetonitril:aquabides (10:90) Suhu kolom : 30oC
Larutan ZnCl2
- Ditimbang 30 gram - Ditambah CrCl3
- Dipanaskan sampai 100o C
- Ditambah 1 g selulosa tandan pisang
Campuran Selulosa Tanda Pisang, Larutan ZnCl2 dan CrCl3
- Direfluks 40 menit disertai pengadukan
3.3.3 Eksplorasi Metode Pemisahan
Proses pemisahan dilakukan terlebih dahulu terhadap sampel model. Sampel model adalah larutan ZnCl2 66,67 %. Sebelum proses pemisahan dilakukan, resin
penukar ion disiapkan terlebih dahulu dengan dimasukkan ke dalam kolom dengan diameter 2 cm dengan tinggi 5 cm. Sebelum ditambahkan sampel, kolom dialiri terlebih dahulu fasa geraknya yaitu aquades. Model dipisahkan dari Zn dengan cara menambahkan 2,7 mL sampel ke dalam kolom yang sudah berisi resin dan aquades. Sampel kemudian dielusikan dengan aquades bervolume total 25 mL. Laju alir dihitung dengan satuan mL per menit, untuk pemisahan model dan hasil konversi ini, laju alir yang digunakan adalah 1,6 mL/menit. Hasil konversi juga dipisahkan dengan cara yang sama. Hasil-hasil pemisahan ditampung untuk kemudian diuji dengan instrumen AAS. Bagan alir proses pemisahan dapat dilihat pada Gambar 3.4. Pengamatan terhadap pengaruh laju alir terhadap hasil pemisahan juga dilakukan dengan cara memisahkan sampel model dengan laju alir yang divariasikan, yaitu selain 1,6 mL/menit yang sebelumnya sudah dilakukan, ditambah juga variasi laju alir 0,8 mL/menit, 0,4 mL/menit dan 0,27 mL/menit.
Gambar 3.4 Bagan Alir Pemisahan HMF
Hasil pemisahan dianalisis dengan AAS untuk mengetahui konsentrasi Zn2+ setelah sampel melewati proses pemisahan. Konsentrasi Zn2+ ditentukan dengan memasukkan nilai absorbansi sampel pada persamaan garis yang diperoleh dari
Hasil Reaksi / Model
- Ditakar sebanyak 2,7 mL - Dimasukkan ke dalam kolom berisi resin Dowex
- Dielusi aquades 25 mL
