PEMBUATAN BAHAN SEMIKONDUKTOR DARI SELULOSA MIKROBIAL MENGGUNAKAN MEDIA PRODUKSI LIMBAH TAHU NURUL ASNI

(1)

PEMBUATAN BAHAN SEMIKONDUKTOR DARI SELULOSA

MIKROBIAL MENGGUNAKAN MEDIA PRODUKSI LIMBAH

TAHU

NURUL ASNI

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

(2)

PEMBUATAN BAHAN SEMIKONDUKTOR DARI SELULOSA

MIKROBIAL MENGGUNAKAN MEDIA PRODUKSI LIMBAH

TAHU

NURUL ASNI

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

(3)

Judul Tesis : Pembuatan Bahan Semikonduktor Dari Selulosa Mikrobial Menggunakan Media Produksi Limbah Tahu

Nama : Nurul Asni NIM : F351030031

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Khaswar Syamsu, M.Sc Ketua

Dr. Budhy Kurniawan Dr. Ir. Suprihatin,Dipl-Ing Anggota Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Teknologi Dekan Sekolah Pascasarjana Industri Pertanian

Dr. Ir. Irawadi Jamaran Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, M.Sc

(4)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 19 Januari 1965 dari pasangan suami istri Bapak Drs. Abdullah Murod (almarhum) dan Ibu Anisah serta merupakan anak ke empat dari tujuh bersaudara. Pendidikan formal penulis lalui di kota kelahiraan yaitu di Palembang, dimulai dari SD Negeri No. 4 Kebon Duku pada tahun 1972. Pada tahun 1978, penulis melanjutkan pendidikan SMP Negeri 1 Bukit Kecil, tamat tahun 1981. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di SMA Negeri 1 Bukit Besar, tamat tahun 1984. Selanjutnya pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa pada jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya.

Pada tahun 1990 penulis diterima bekerja sebagai staf QC di pabrik cat Shinto paint Jakarta Utara dan pada tahun 1992 penulis diterima sebagai staf pengajar di Akademi Kimia Analisis Caraka Nusantara, Cimanggis Depok. Pada bulan Nopember 1993 penulis menikah dengan Drs. Djonaedi Saleh,Msi dan telah di karuniai seorang putri .

Pada tahun 2003 penulis diterima di Program Studi Teknologi Industri Pertanian IPB. Beasiswa pendidikan Pascasarjana diperoleh dari BPPs-DIKTI sampai tahun 2004, di bawah bimbingan Dr. Ir. Khaswar Syamsu,M.Sc, Dr. Ir. Suprihatin, Dipl-Eng dan Dr. Budhy Kurniawan. Pada saat mengikuti Program Pascasarjana IPB, penulis telah mengikuti beberapa seminar nasional dan internasional.

(5)

ABSTRAK

NURUL ASNI. Pembuatan Bahan Semikonduktor Dari Selulosa Mikrobial Menggunakan Media Produksi Limbah Tahu. Dibimbing KHASWAR SYAMSU, SUPRIHATIN dan BUDHY KURNIAWAN

Selulosa mikrobial hasil fermentasi limbah tahu cair (whey) merupakan selulosa murni yang mempunyai struktur kristal triklinat dan merupakan selulosa 1 α dengan derajat kristalinitas antara 27,95% sampai dengan 45,00%. Selulosa mikrobial ini mempunyai kuat tarik berkisar antara 281,57 kgf/cm2 sampai dengan 487,60 kgf/cm2 dan resistivitas listrik antara 6,28 ohm-m sampai dengan 20,47 ohm-m. Setelah mengalami doping iodium nilai resistivitas meningkat menjadi 601,45 ohm-m sampai 1273,28 ohm-m dan menjadikan selulosa mikrobial tersebut suatu material semikoduktor type- p.

ABSTRACT

NURUL ASNI. Semiconductor Material From Microbial Cellulose Using Tofu Whey as Production Media. Supervised by KHASWAR SYAMSU, SUPRIHATIN and BUDHY KURNIAWAN.

Microbial Cellulose which is produced from liquid tofu waste is pure cellulose which have the structure of crystal triklinat and the cellulose 1 α with cristalinity degree between 27,95 % up to 45,00 % . This Microbial Cellulose have the tensile strength between 281,57 kgf/cm2_{up to 487,60 kgf /cm}2_{and electric resistivity between 6,28} ohm-m up to 20,47 ohm-m. After doping with iodium, the resistivity increase to 601,45 ohm-m up to 1273,28 ohm-m and the Microbial Cellulose has characteristics of material p-type semiconductor.

(6)

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pembuatan Bahan Semikonduktor Dari Selulosa Mikrobial Menggunakan Limbah Tahu Sebagai Media Produksi, merupakan gagasan atau hasil penelitian tesis saya sendiri, dengan bimbingan komisi pembimbing, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan oleh sumbernya.

Tesis ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar pada program sejenis di Perguruan Tinggi lain. Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan diperiksa kebenarannya.

Penulis Nurul Asni

(7)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat, inayah dan ridho-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis ini.Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Magister Sains, di Institut Pertanian Bogor.

Pada kesempatan ini dan dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Khaswar Syamsu MSc selaku ketua komisi pembimbing, Bapak Dr.Ir. Suprihatin Dipl-Eng dan Bapak Budhy Kurniawan sebagai anggota komisi pembimbing yang dengan sabar membimbing, memberi saran hingga tersusunnya tesis ini. Penulis juga berterima kasih kepada Bapak Dr. Irawadi Djamaran dan Ibu Dr. Ani Suryani selaku ketua dan sekretaris Program Studi Teknologi Industri Pertanian serta Bapak dan Ibu Staf administrasi dan staf Perpustakaan Teknologi Industri Pertanian yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaikan tesis ini. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Hikam selaku ketua Laboratorium Bersama Universitas Indonesia yang telah berkenan meminjamkan fasilitas Laboratorium selama penulis melakukan penelitian serta Bapak Dr. Bambang Sugiono, Bapak Mabe Siahaan,Msi dan seluruh staf laboratorium Pasca Ilmu Material Departemen Fisika Salemba UI. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada Bapak Pamulih Prasetyo,Ssi, sebagai staf laboratorium Spektrometer Departemen Fisika UI yang telah banyak membantu penulis dalam menganalisa sampel dan juga Bapak Untung, Muhammad Nur, Haerudin, Abdul hamid dan Agus sebagai staf laboratorium bersama UPP-IPD UI. Kepada Bapak Soeprapto Hadiatmodjo Dipl-Eng, selaku Direktur Akademi Kimia Analisis Caraka Nusantara yang telah mengijinkan dan mendorong penulis untuk mengikuti pendidikan di Institut Pertanian Bogor. Selanjutnya penulis menyampaikan terima kasih kepada Fuad, Nida, Rency, Jumriah, Iphov, Yongki, Dodik dan seluruh rekan angkatan 2003 atas persahabatan, kritikan , semangat dan bantuannya.

(8)

Terakhir, terima kasih yang tak terhingga untuk suami dan anakku serta kedua orang tua tercinta atas segala pengertian, pengorbanan, memberi doa yang tulus dan kasih sayang serta semangat selama ini. Semoga Allah SWT meridhoi segala pengorbanannya dan memberkahi hamba-hamba-Nya yang beriman. Amin Ya robbal’alamin.

Penulis

Nurul Asni

(9)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

PENDAHULUAN ... 1

Latar belakang ... 1

Tujuan Penelitian ... 3

Ruang Lingkup Penelitian ... 3

Hipotesis ... 4

Manfaat Penelitian ... . ... 4

TINJAUAN PUSTAKA ... 5

Kedelai,Tahu dan Whey ... 5

Kedelai ... 5 Tahu ... 8 Whey ... 8 Iodin ... 9 Selulosa Mikrobial ... 10 Semikonduktor ... 12 Kegunaan Semikonduktor ... 19 Dioda ... 19 LED ... 21 Transistor ... 22 METODOLOGI PENELITIAN ... 26

Bahan dan Alat ... 26

Waktu dan Tempat Penelitian ... 26

Metoda Penelitian ... 27

Pembuatan Selulosa Mikrobial ... 27

Pemurnian Selulosa Mikrobial ... 27

Doping dengan Iodium (I2) ... 27

Metoda Pengujian dan Analisa ... 28

Pengujian Kekuatan Tarik ... 28

Pengujian Resistivitas Listrik Selulosa Mikrobial ... 29

Karakteristik Struktur Selulosa Mikrobial ... 31

Fourier Transform Infra Red (FTIR) Spektroscopy ... 31

X-Ray Difraktometer (XRD) ……… 32

Scanning Electron Microscope (SEM) ……… 33

Rancangan Percobaan ……….. 34

(10)

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 35

Persiapan Bahan Baku ... 35

Pemurnian Selulosa Mikrobial ... 35

Analisa Kekuatan Tarik Sebelum Doping ... 36

Analisa Resistivitas Listrik Sebelum Doping ....... 38

Analisa Struktur Molekul Selulosa Mikrobial (FTIR) ... 39

Analisa Struktur Molekul Selulosa Mikrobial (XRD) ... 41

Analisa Morfologi Selulosa Mikrobial (SEM) ... 44

Persiapan Doping Iodium ... 45

Analisa Resistivitas Listrik ... 46

Analisa Struktur Molekul Selulosa Mikrobial (FTIR) ... 47

Analisa Struktur Molekul Selulosa Mikrobial (XRD) ... 48

Analisa Morfologi Selulosa Mikrobial (SEM) ... 50

Analisa Tipe Semikonduktor ... 52

KESIMPULAN DAN SARAN ... 53

DAFTAR PUSTAKA ... 55 LAMPIRAN ... 58 iv

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Komposisi kedelai per 100 gram bahan ... 6

2 Kandungan asam amino pada kedelai ... 7

3 Sifat-sifat iodine ... 9

4 Spektrum resistivitas dalam ohm meter (Ωm) ... 12

5 Sifat bahan pada susunan berkala ... 15

6 Tabulasi data spektrum difraksi sinar- X (selulosa mikrobial dan nata de coco) ... 42

7 Pengaruh konsentrasi iodium terhadap sudut difraksi dan kristalinitas dari selulosa mikrobial ... 51

DAFTAR GAMBAR

Halaman 1 Struktur pelikel selulosa ... 11

2 Struktur molekul selulosa ... 11

3 Teori pita energi dalam beberapa matrial ... 14

4 Jenis dan tipe semikonduktor ... 17

5 Teori pita energi semikonduktor ekstrinsik ... 18

6 Simbul dan struktur dioda ... 20

7 Dioda dengan bias maju ... 20

8 Simbul LED ... 21

9 Transistor N-P-N Junction dan P-N-P Junction ……… 22

10 Arus elektron transistor N-P-N Junction ……….. 24

11 Arus hole transistor P –N-P Junction ……… . 25

12 Rangkaian four point probe ……… 30

(12)

13 Two point probe ……….. 31

14 Difraksi sinar-X pada material ... 33

15 Selulosa mikrobial sebelum dikeringkan ... 35

16 Selulosa mikrobial setelah dikeringkan ... 36

17 Diagram kuat tarik selulosa mikrobial hasil fermentasi selama 5,7,10 dan 15 hari ... 37

18 Kurva pertumbuhan selulosa mikrobial nata de soya ... 38

19 Diagram nilai resistivitas listrik selulosa mikrobial hasil fermentasi selama5, 7, 10 dan 15 hari ... 39

20 Spektrum transmisi FTIR Selulosa Mikrobial hasil fermentasi selama 5,7, 10 dan 15 hari ... 40

21 Spektrum transmisi FTIR dari nata de coco ... 41

22 Pola difraksi sinar-X selulosa mikrobial hasil fermentasi selama 5, 7, 10 dan 15 hari ... 43

23 XRD nata de coco ... 43

24 Morfologi selulosa mikrobial fermentasi 10 hari , 750 X ... 44

25 Morfologi Bactrial Cellulose ……... 45

26 Selulosa mikrobial fermentasi 10 hari, didoping I2 1,25%w/w .. 45

27 Diagram resistivitas listrik sSelulosa mikrobial fermentasi 10 hari didoping I2 0,50 %w/w ; 0,75 %w/w ; 1,00%w/w dan 1,25%w/w ………. 47

28 Spektrum transmisi FTIR selulosa mikrobial didoping I2 0,00%w/w ; 0,50%w/w ; 0,75%w/w ; 1,00%w/w dan 1,255w/w ... 48

29 Pola difraksi sinar-X selulosa mikrobial yang didoping pada berbagai konsentrasi I2 ... 50

30 Fermentasi 10 hari yang didoping I2 1% w/w ... 51

31 Fermentasi 10 hari yang didoping I2 1,25% w/w ... 51

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Massa selulosa mikrobial dalam berbagai waktu fermentasi

dengan luas 660 cm2 ... 58 2 Nilai kuat tarik selulosa mikrobial metode ASTM 638-00 ... 58 3 Hasil resistivitas listrik selulosa mikrobial ... 59 4 Cara menentukan kristanilitas selulosa mikrobial dengan

menggunakan rumus Gaussian ... 62 5 Analisa sidik ragam ... 64 6 Skema proses pembuatan selulosa mikrobial ... 67 7 Skema proses pembuatan semikonduktor selulosa mikrobial .... 68