BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tandan Kosong Sawit (TKS)
Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada saat proses pengolahan kelapa sawit. Limbah jenis ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu limbah padat, limbah cair, dan limbah gas. Salah satu jenis limbah padat industri kelapa sawit adalah TKS. Tempurung kelapa sawit termasuk juga limbah padat hasil pengolahan kelapa sawit. Limbah padat mempunyai ciri khas pada dekomposisinya. Komponen terbesar dalam limbah padat tersebut adalah selulosa, disamping komponen lain meskipun lebih kecil seperti abu, hemiselulosa, dan lignin (Fauzi,2003).
Tempurung kelapa sawit merupakan salah satu limbah pengolahan minyak kelapa sawit yang cukup besar, yaitu mencapai 60% dari produksi minyak. Tempurung buah kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai arang aktif. Arang aktif dimanfaatkan oleh berbagai industri, antar lain industri minyak, karet, gula, dan farmasi. Selama ini tempurung kelapa sawit digunakan hanya sebagai bahan bakar pembangkit tenaga uap dan bahan pengeras jalan (Darnoko, 1995).
Gambar 2.1 Tandan Kosong Sawit
basah. Jika tidak dikelola dengan baik maka jumlah yang berlimpah ini akan menjadi sumber pencemaran lingkungan (Nuryanto,2000).
2.2Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel tumbuhan (Holtzapple, 2003).
Berdasarkan struktur kimia, selulosa termasuk polimer-polimer alam paling sederhana dalam artian bahwa selulosa terdiri dari unit ulang tunggal D-glukosa yang terikat melalui karbon 1 dan 4 oleh ikatan-ikatan β. Selulosa banyak ditemukan di alam yang merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuh-tumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam kayu (Stevens,2007).
Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam jaringan tumbuhan dalam bentuk campuran polimer homolog dan biasanya disertai polisakarida lain seperti lignin dalam jumlah yang beragam. Lignin dapat dihilangkan dengan cara delignifikasi. Ada faktor yang mempengaruhi delignifikasi yaitu :
a. Jenis bahan delignifikasi
Bahan-bahan yang dapat digunakan dalam proses delignifikasi yaitu asam phosfat, asam klorida (HCl), asam sulfat, dan yang basa seperti NaOH, natrium sulfit, dan natrium sulfat.
b. Waktu delignifikasi
Pada proses delignifikasi waktu berpengaruh pada hasil delignifikasi, biasanya digunakan waktu 1-3 jam (Widodo, 2012).
1. α-selulosa, adalah selulosa berantai panjang yang tahan dan tidak larut dalam NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) 600-15000. α-selulosa digunakan sebagai penduga tingkat kemurnian selulosa. Selulosa dengan derajat kemurnian α di atas 92 % memenuhi syarat untuk bahan baku pembuatan bahan peledak. Semakin tinggi kadar α-selulosa, maka akan semakin baik mutu bahannya.
2. β-selulosa , adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH 17,5 % atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) berkisar antara 15-90.β-selulosadapat mengendap jika ekstrak dinetralkan.
3. γ-selulosa, adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH 17,5 % atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) kurang dari 15. α-selulosa sangat menentukan sifat tahanan kertas, semakin banyak kadar α-selulosanya menunjukkan semakin tahan lama kertas tersebut. Sifat hidrofilik yang dimiliki γ dan β lebih besar daripada α-selulosanya (Wibisono dan Solechuddin, 2002).
Berbeda dengan hemiselulosa, selulosa dapat bersifat kristalin maupun amorf, sukar larut dalam alkali, dan menghasilkan D-glukosa jika dihidrolisis. Sementara hemiselulosa yang terdiri dari berbagai unit gula bersifat amorf, bukan merupakan serat panjang, mudah larut dalam alkalitapi sukar larut dalam asam dan menghasilkan D-xilosis jika dihidrolisis (Sitorus, 2010).
Selulosa dapat diisolasi dari tanaman, untuk mengoptimalkan pengambilan serat selulosa dari beberapa tahapan metode pengisolasian dapat diaplikasikan seperti metode mekanis sederhana, campuran metode kimiawi dan mekanik, serta pendekatan metode enzim. Proses isolasi selulosa dari TKS menggunakan metode kimiawi meliputi tahap prehidrolisis, delignifikasi, pemutihan, dan pengeringan. Tahap prehidrolisis bertujuan untuk mempercepat penghilangan hemiselulosa dalam bahan baku pada waktu pemasakan (cooking) menggunakan air lunak (soft water) atau larutan asam encer (Tarmansyah, 2007).
1983). Proses pemutihan bertujuan untuk melarutkan sisa senyawa lignin yang dapat menyebakan perubahan warna, dengan cara mendegradasi rantai lignin yang pendek, maka lignin dapat larut pada saat pencucian dalam air atau alkali. NaOCl digunakan untuk memutihkan warna dari suatu zat (Fengel and Wegner, 1995) 2.2.1 Sifat-sifat Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama dalam pembuatan kertas. Selulosa adalah senyawa organik penyusun utama dinding sel dari tumbuhan. Adapun sifat dari selulosa adalah berbentuk senyawa berserat, mempunyai tegangan tarik yang tinggi, tidak larut dalam air dan pelarut organik . Bahan berbasis selulosa sering digunakan karena memiliki sifat mekanik yang baik seperti kekuatan dan modulus regang yang tinggi, kemurnian tinggi, kapasitas mengikat air tinggi, dan struktur jaringan yang sangat baik (Gea, et al 2011).
2.2.2 Sumber Selulosa
Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan bahan alam yang paling penting yang dibuat oleh organisme hidup. Selulosa terdapat pada semua tanaman dari pohon bertingkat tinggi hingga organisme primitif seperti rumput laut, flagelata dan bakteria. Kadar selulosa yang tinggi terdapat dalam rambut biji (kapas,kapok) dan serabut kulit (rami, flax, hehep), lumut, ekor kuda dan bakteria yang mengandung selulosa (Wegner, 1985).
2.2.3. Kegunaan Selulosa
Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh, namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buah-buahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik ditingkatkan dan dengan demikian memperlancar proses pencernaan. Tentu saja jumlah serat yang terdapat dalam bahan makanan tidak boleh terlalu banyak (Poedjiaji, 2006). Jutaan ton selulosa digunakan setiap tahun untuk membuat perabot kayu, tekstil, dan kertas (Cowd, 1991).
2.3Tetramethyl Piperidine 1 oxyl (TEMPO) 2.3.1Pengertian TEMPO
TEMPO adalah senyawa yang larut dalam air dan kandungan senyawa radikal pada nitroxyl stabil. Tempo dapat digunakan untuk oksidasi katalis dan oksidasi relative pada golongan hidroksil primer terhadap hidroksil sekunder. Pertama terbukti oleh Semelheck, mekanisme yang diusulkan pada penggunaan tempo menunjukkan bahwa gugus hidroksil primer teroksidasi menjadi kelompok aldehida oleh ion nitrosonium yang dihasilkan dari tempo oleh oksidan primer (Barriga, 2001).
Senyawa TEMPO ditemukan oleh Lebedev dan Kazanowski pada tahun 1960. Dimana pada awalnya adalah pemanfaatan tetrametilpiperidina. Senyawa TEMPO banyak digunakan sebagai penanda radikal, sebagai struktural untuk sistem biologis berkaitan dengan spin elektron pada resonansi spektroskopi dan dapat digunakan sebagai reagen dalam sintesis organik. Serta sebagai mediator dalam polimerisasi radikal (Ciriminna and Pagliaro, 2010).
2.3.2Fungsi TEMPO
TEMPO dalam sintesis organik sebagai katalis untuk oksidasi alkohol primer ke aldehida. Oksidan yang sebenarnya adalah garam N-oxoamonium yakni pada siklus katalis dengan Natrium Hipoklorit sebagai oksidan dalam stoikiometri. Asam Hipoklorit tersebut menghasilkan N-oxoamonium dari Tetramethyl piperidinerdikal 1 oxyl (TEMPO). Salah satu contoh reaksi yang khas adalah oksidasi metil butanol. Metoksipenetyhl alcohol dioksidasi menjadi asam karboksilat yang sesuai dalam sistem TEMPO dan Natrium Hipoklorit serta jumlah kesetimbangan Natrium Hipoklorit. Oksidator TEMPO juga menunjukkan kimia selektif menjadi pengaruh terhadap alkohol sekunder, tetapi reagen akan mengubah aldehida menjadi asam karboksilat (Anelli et al, 1990).
2.3.3Oksidasi Selulosa
Oksidasi selulosa adalah tidak larutnya turunan selulosa dalam air. Hal ini dapat diproduksi dari selulosa oleh aksi agen pengoksidasi. Seperti klorin, hydrogen pengoksida, nitrogen dioksida, asam hipoklorit dan berbagai logam katalis. Oksidasi selulosa mungkin mengandung asam karboksilat, aldehida atau kelompok keton. Selain kelompok hidroksilasli dari bahan awal, selulosa tergantung pada sifat oksidan dan reaksi (Collison and Simons, 2010).
2.3.4 Selulosa Teroksidasi TEMPO
Gambar 2.3 Skema Selulosa Teroksidasi TEMPO 2.4 Nanoteknologi
diantaranya nanofiber, nanorod, nanobelt, nanotube, nanowire, dan nano kristal dan lain lain (Xia,et.al., 2003).
2.4.1 Nanokristal
Nanokristal (nanocrystal) adalah material berukuran nanometer dengan dimensi tidak lebih dari seratus nanometer dan berbentuk kristalin. Pada umumnya, material dengan dimensi kurang dari satu mikrometer atau seribu nanometer biasa disebut nanopartikel. Sebagai contoh setiap partikel yang menunjukkan bagian kristalinitas bisa didefinisikan sebagai nanopartikel berdasarkan dimensinya (Keshk and Haija, 2011).
Nanokristal selulosa dapat dihasilkan sari sumber yang bervariasi, seperti kayu, kapas, serat, ataupun bakteri. Mikrokristal selulosa, rami, dan lain-lain. Dimensi geometri (panjang, L dan diameter, d) (Miller and Donald, 2003).
Mikroselulosa di temukan di dalam dinding sel tumbuhan dengan ukuran diameter 2-20 mikrometer dan 100 – 40000 nanometer panjangnya bergantung pada masing-masing sumber selulosa yang dihasilkan (Benziman, et. Al., 1980).
2.4.2 Nanoserat
Nanoserat (Nanofiber)merupakan salah satu material nano yang juga banyak diteliti oleh peneliti dan ilmuwan. Nanofiber atau berukuran nanometer merupakan salah satu material berbentuk serat yang berukuran nano yang memiliki diameter sekitar 40-2000 nm. Serat nano memiliki karakteristik kuat, mudah mengalirkan air dan rasio permukaan terhadap volume besar. nano teknologi merupakan salah satu teknologi yang memiliki banyak aplikasinya baik di masa sekarang maupun pada massa yang akan datang. Salah satu cara untuk fabrikasi serat nano adalah dengan metode electrospinning. Metode
electrospinning atau elektrospinning merupakan salah satu metode untuk
mensintesis bahan berstruktur nano yang merupakan teknik sederhana dan serbaguna untuk fabrikasi serat nano Bahan yang dapat digunakan dapat berasal dari berbagai macam jenis, umumnya polimer. (Andrady, 2008).
2.4.3 Sifat Nanoserat
Saat ini nanoserat adalah salah satu hasil temuan yang tengah mendapat perhatian khusus karena potensi pemanfaatan yang begitu luas pada berbagai bidang. Nanoserat adalah serat yang mempunyai diameter kurang dari 100 nanometer. Serat nano mempunyai sifat yang sangat khas yaitu sangat kuat rasio permukaan terhadap volume yang besar. Sifat-sifat tersebut membuat serat nano menjadi bahan yang sangat menjanjikan untuk dimanfaatkan pada bebagai bidang industri. Seperti industry komposit, otomotif, pulp dan kertas, elektronik tekstil, optik, pertanian, kosmetik, kesehatan kedokteran, farmasi dan lain-lain (Subiah, 2005). 2.4.4 Aplikasi Nanoserat
Nanoserat merupakan material dan teknologiyang sangat pentinguntuk menunjang perkembangan nanoteknologi pada berbagai bidang produk industri. Seperti di bidang elektronik, kedokteran, farmasi, industri makanan, tekstil dan lain-lain.
Dibawah ini akan dijabarkan beberapa aplikasi nanoserat dalam berbagai bidang, yaitu :
Metode electrospinning mayoritas digunakan pada aplikasi tekstil, namun kain tenun yang diproduksi hanya sedikit. Mungkin karena kesulitan dalam penanganan dan seratnya nyaris tidak terlihat. Namun, electrospinning memiliki potensi untuk memproduksi pakaian non-woven mulus dengan mengintegrasikan manufaktur maju dengan electrospinning serat. Hal ini akan memperkenalkan multi-fungsi (api, kimia, perlindungan lingkungan) oleh serat menyatu dengan electrospinlaced (menggunakan electrospinning untuk menggabungkan serat yang
berbeda dan lapisan untuk membentuk tiga bentuk dimensi, seperti pakaian) lapisan dalam kombinasi dengan lapisan polimer.
2. Kedokteran
Nanoserat juga diaplikasikan dalam bidang kedokteran, termasuk drug and gene delivery, rekayasa jaringan, pengobatan luka, dan sebagainya. Contohnya Serat
karbon nanotube yang ukurannya lebih kecil dari sel darah merah mempunyai kegunaan untuk membawa obat menuju sel darah merah.
3. Pertanian
Dalam industry pertanian nanoserat dan nanoteknologi akan sangat bermanfaat untuk melakukan sensor dan pengontrolan pertanian seperti tanaman hidrofonik. Pengontrolan produk biosecurity memerlukan peralatan yang sangat peka. Sangat sering terjadi bahan makanan yang mengandung bakteri dan virus menimbulkan penyakit yang dapat berakibat fatal. Biosensor akan dapat mendeteksi perubahan sel dan molekul yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi adanya bahan berbahaya meskipun kandungannya sangat kecil (Maddu, 2008).
2.5Karakterisasi
2.5.1 Spektroskopi Infra Merah Fourier-Transform
didasarkan pada getaran ion atom molekul. Spektrum inframerah biasanya diperoleh dengan melewatkan radiasi inframerah melalui sampel dan menentukan bagian mana dari radiasi yang diserap pada energi tertentu. Energi yang muncul di setiap puncak dalam spektrum penyerapan dapat disamakan dengan frekuensi getaran dari bagian molekul sampel (Stuart,2004).
Dua variasi instrumental dari spektroskopi IR yaitu metode dispersive yang lebih tua, dimana prisma atau kisi dipakai untuk mendispersikan radiasi IR, dan metode Fourier Transform (FT) yang lebih akhir, yang menggunakan prinsip interferometry. Kelebihan-kelebihan dari FT-IR mencakup persyaratan ukuran sampel yang kecil, perkembangan spectrum yang tepat, dan karena intrumen ini memiliki computer yang terdedikasi-kemampuan untuk menyimpan dan memanipulasi spectrum. FT-IR telah membawa tingkat keserbagunaan yang lebih besar ke penelitian-penelitian struktur polimer. Karena spectrum-spektrum ini bisa di-scan, disimpan dan ditransformasikan dalam hitungan detik, teknik ini memudahkan penelitian reaksi-reaksi polimer seperti degradasi atau ikat silang (Stevens, 2001).
2.5.2 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Prinsip yang mendasari SEM adalah elektron. Dalam SEM, digunakan sinyal elektron BSES (Backsscettered Electrons) dan Ses (Secondary Electrons). Perbedaan spesimen dan topografi permukaan dipengaruhi terus-menerus, pengangkutan, dan tempat keluarnya sinyal elektron. Gambar dibentuk sebagai hasil SEM dan variasi-variasi intensitas sinyal elektron dikumpulkan berupa elektron beam dengan daerah scan (Stokes, 2008).
Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan alat yang dapat
elektron diarahkan dari satu titik ke titik lain pada permukaan specimen. Jika seberkas sinar elektron ditembakkan pada permukaan specimen maka sebagian elektron itu akan dipantulkan kembali dan sebagian lagi akan diteruskan. Jika permukaan specimen tidak rata, banyak lekukan, lipatan atau lubang-lubang maka tiap bagian permukaan itu akan memnatulkan elektron dengan jumlah dan arah yang berbeda dan jika ditangkap detektor akan diteruskan ke system layar dan akan diperoleh gambaran yang jelas dari permukaan spesimen dalam bentuk tiga dimensi (Gunawan, 2010).
Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan yang diperoleh merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang permukaan.
Gambar topografi diperoleh dari penangkapan electron sekunder yang dipancarkan oleh specimen. Sinyal electron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh detector dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas yang menggambarkan struktur permukaan specimen. Selanjutnya gambar dapat pula direkam kedalam suatu disket (Wirjosentono, 1996).
2.5.3 Transmission Electron Microscopy (TEM)
