STUDI DAYA SERAP FILM KITOSAN-MIKROKRISTAL SELULOSA KULIT DURIAN (Durio Zibethinus Murr) SEBAGAI
ADSORBEN ION TIMBAL (Pb2+)
SKRIPSI
WILDI RAUZA 110802025
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
STUDI DAYA SERAP FILM KITOSAN-MIKROKRISTAL SELULOSA KULIT DURIAN (Durio Zibethinus Murr) SEBAGAI
ADSORBEN ION TIMBAL (Pb2+)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
WILDI RAUZA
110802025
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
PERSETUJUAN
Judul : Studi Daya Serap Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa Kulit Durian (Durio Zibethinus Murr) Sebagai Adsorben Ion Timbal (Pb2+)
Kategori : Skripsi
Nama : Wildi Rauza
Nomor Induk Mahasiswa : 110802025
Program Studi : Sarjana (S1) Kimia
Departemen : Kimia
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di:
Medan, Maret 2017
Komisi Pembimbing:
Pembimbing 2, Pembimbing 1
Dr. DarwinYunus Nasution,MS Dr. Marpongahtun,M.Sc NIP. 195508101981031001 NIP. 196111151988032002
Diketahui/Disetujui oleh:
Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,
Dr. Cut Fatimah Zuhra, M.Si.
NIP. 197405051999032001
PERNYATAAN
STUDI DAYA SERAP FILM KITOSAN-MIKROKRISTAL SELULOSA KULIT DURIAN (Durio Zibethinus Murr) SEBAGAI
ADSORBEN ION TIMBAL (Pb2+)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya
Medan, Maret 2017
Wildi Rauza 110802025
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi sebaik mungkin sebagai salah satu persyaratan untuk meraih gelar Sarjana Sains jurusan kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Dalam Kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada Ayahanda Bustamam Abdullah dan Ibunda Meutia Wardani atas segala doa,semangat dan kasih sayangnya sehingga saya dapat menyelesaikan studi saya sampai sekarang ini. Serta adik saya Raudhatul Jannis yang mana memberikan dorongan dan dukungan moral
Dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada : Dr. Marpongahtun, M.Sc selaku dosen pembimbing 1 dan Dr.
Darwin Yunus Nasution, MS selaku dosen pembimbing 2 yang telah banyak memberikan pengarahan, masukan, bimbingan, dan saran hingga skripsi ini terselesaikan.Dr. Cut Fatimah Zuhra, M.Si dan Dr. Sovia Lenny, M.Si selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU, seluruh staff pegawai Departemen Kimia. Bapak dan Ibu dosen yang telah memberikan ilmunya selama masa studi penulis di FMIPA USU. Dan tak lupa penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada rekan-rekan kimia stambuk 2011 terkhususnya Martha, Sahat, Dendi, Riswandi, Nia, Firdha, yang memberikan dukungan dan memotivasi penulis serta keluarga Kimia dan kawan-kawan yang menyemangati dan memberikan masukan kepada penulis sehinggan skripsi ini terselesaikan.
Penulis
STUDI DAYA SERAP FILM KITOSAN-MIKROKRISTAL SELULOSA KULIT DURIAN (Durio Zibethinus Murr) SEBAGAI
ADSORBEN ION TIMBAL (Pb2+)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pemanfaatan mikrokristal selulosa dari kulit durian (Durio Zibethinus Murr) sebagai bahan pengisi (filler) dalam film kitosan untuk menurunkan kadar logam timbal (Pb) menggunakan metode filtrasi. Mikrokristal selulosa (MCC) yang ditambahkan ke dalam larutan Film kitosan dengan variasi berat 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g. Penelitian ini terbagi menjadi dua tahap yaitu tahap pertama adalah pembuatan MCC dari batang kulit durian yang dilarutkan dengan NaOH 17,5 % menghasilkan α-selulosa kemudian dihidrolisis dengan HCl 2,5 N untuk menghasilkan MCC. Ukuran partikel selulosa yang diperoleh dengan analisis PSA adalah 109,710 µm. Tahap kedua adalah pembuatan film kitosan- MCC. Pengujian pada penambahan 0,3 g MCC mempunyai sifat mekanik terbaik dengan ketebalan film sebesar 0,176 mm dan nilai kekuatan tarik sebesar 42,4773 MPa, EB 2,846 %, dan MoE sebesar 14,925 MPa. Hasil analisis sampel film sebagai adsorben logam timbal menunjukkan bahwa film kitosan dengan penambahan 0,1 g MCC menghasilkan peningkatan daya serap logam timbal paling tinggi yaitu sebesar 99,46 % dibandingkan film kitosan tanpa penambahan MCC yaitu sebesar 89,978 %. Hasil ini didukung oleh hasil analisis SEM yang menunjukkan bahwa adanya MCC yang tersebar merata pada permukaan film.
Kata Kunci: Mikrokristal selulosa, kulit durian, film kitosan, penurunan kadar logam timbal
STUDY ON ADSORPTION FILM CHITOSAN-MICROCRYSTALLINE CELLULOSE DURIAN SKIN ( Durio Zibethinus Murr) AS
ADSORBENT LEAD ION
ABSTRACT
The research about durian skin (Durio Zibethinis Murr) had been done as filler in chitosan film to reduce concentration of metal lead (Pb) by using filtration method. Microcrystalline cellulose (MCC) is added to chitosan film fluid with mass variation of 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g. This study is divided into two steps; the first is manufacture of microcrystalline cellulose (MCC) of durian skin were solubilize with 17,5% NaOH which produce α-cellulose then hydrolyzed with 2,5 N HCl produces microcrystalline cellulose (MCC). Microcrystalline cellulose is being analyze with PSA and the result is 109,710 µm. The second is the manufacture of chitosan film and MCC. The best mechanical properties testing occurred on chitosan films with addition of 0,3 g of microcrystalline cellulose (MCC) with a film thickness of 0,176 mm and a tensile strength test value of 11,466 MPa, EB 2,846 %, and MoE value 14,925 MPa. The analysis result of the film sample lead metal adsorbent showed that chitosan film with addition of 0,1 g of microcrystalline cellulose (MCC) result the increasing adsorption rate of lead at 99,46 % compared to chitosan film without the addition of MCC which is only 89,978 %. This result is supported by the results of SEM analysis showed that microcrystalline cellulose (MCC) is spread evenly.
Keywords: Microcrystalline cellulose, durian skin, chitosan films, decreased levels of lead metal.
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak iv
Abstract v
Daftar Isi vi
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar vii
Daftar Lampiran xi
Bab 1. Pendahuluan 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Perumusan Masalah 3
1.3. Pembatasan Masalah 3
1.4. Tujuan Penelitian 4
1.5. Manfaat Penelitian 4
1.6. Lokasi Penelitian 4
1.7. Metodologi Penelitian 4
Bab 2. Tinjauan Pustaka 6
2.1. Logam Berat 6
2.2. Adsorpsi 7
2.2.1. Jenis-Jenis Adsoprsi 7
2.2.2. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Adsorpsi 8
2.3. Tanaman Kulit Durian 8
2.4. Selulosa 9
2.4.1. Struktur Selulosa 9
2.4.2. Sumber Selulosa 10
2.4.3. Sifat Selulosa 10
2.4.4. Kemampuan Selulosa Sebagai Adsorben Penyerap Ion Logam 12
2.5. Mikrokristal Selulosa 12
2.6. Kitosan 13
2.6.1. Pengertian Kitosan 13
2.6.2. Pemilihan Kitosan 13
2.6.3. Kemampuan Kitosan Menyerap Logam 14
2.7. Beberapa Metode Analisis dan Karakterisasi Film 14
2.7.1. Fourier Transform Infrared (FT-IR) 14
2.7.2. Particle Size Analyzer (PSA) 16
2.7.3. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) 16
Bab 3. Metode Penelitian 17
3.1. Alat-Alat Penelitian 17
3.2. Bahan-Bahan Penelitian 18
` 3.3. Prosedur Penelitian 18
3.3.1 Pembuatan Pereaksi 18
3.3.2 Preparasi Serbuk Kulit Durian 20
3.3.3 Isolasi α-selulosa dari Serbuk Kulit Durian 20
3.3.4 Pembuatan Mikrokristal Selulosa 21
3.3.5 Pembuatan Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa (MCC) 21
3.3.6 Karakterisai Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa (MCC) 21
3.3.6.1 Analisis Gugus Fungsi FT-IR 21
3.3.6.2 Analisis Permukaan Spesimen dengan SEM 22
3.3.6.3 Uji Kuat Tarik 22
3.3.7 Perlakuan dan Analisa Penyerapan Logam Pb (II) 22
3.4. Bagan Penelitian 23
3.4.1 Penyiapan Serbuk Kulit Durian 23
3.4.2 Isolasi α-Selulosa dari Serbuk Kulit Durian 24
3.4.3 Pembuatan Mikrokristal Selulosa dari α-Selulosa Kulit Durian 25
3.4.4 Pembuatan Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa (MCC) 26
3.4.5 Penggunaan Film Kitosan-MCC Sebagai Adsorben Logam Timbal (Pb) Dengan Metode Filtrasi 27
Bab 4 Hasil Dan Pembahasan 28
4.1. Hasil Penelitian 28
4.1.1 Isolasi α-Selulosa Kulit Durian 28
4.1.2 Pembuatan Mikrokristal Selulosa (MCC) dari Kulit Durian 29
4.1.3 Pembuatan Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa 30
4.2 Pembahasan 32
4.2.1 Isolasi α-Selulosa dari Kulit Durian 32
4.2.1.1 Analisa Gugus Fungsi dengan FT-IR 32
4.2.2 Pembuatan Mikrokristal Selulosa dari α-Selulosa Kulit Durian 34
4.2.2.1 Analisis Ukuran Partikel dengan PSA 35
4.2.3 Karakteristik Film 35
4.2.3.1 Analisis Gugus Fungsi dengan FT-IR 35
4.2.3.2 Analisis Adsorpsi Sampel 37
4.2.3.3 Analisis Morfologi Film Menggunakan SEM 41
4.2.3.4 Pengujian Sifat Mekanik dan Fisik 43
Bab 5 Kesimpulan Dan Saran 45
5.1 Kesimpulan 45
5.2 Saran 45
Daftar Pustaka 46
Lampiran 51
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
4.1 Data Analisis FT-IR α-selulosa 33
4.2 Data Analisis FT-IR Film Kitosan-MCC 36 4.3 Data Adsorbansi Larutan Seri Standar Ion Timbal (Pb2+) 38 4.4 Hasil Penurunan Ion Pb2+ Seteleah Diserap Dengan Film
Kitosan-MCC 39
4.5 Data Ketebelan Film 43
4.6 Data Uji Tarik Film 44
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Struktur Molekul α-selulosa 11
2.2 Struktur Molekul Kitosan 13
2.3 Komponen Dasar FT-IR 15
4.1 α-selulosa Kulit Durian 28
4.2 Mikrokristal Selulosa Kulit Durian 29
4.3 Film Kitosan Tanpa Penambahan MCC 30
4.4 Film Dengan Penambahan 0,1 g MCC 30
4.5 Film Dengan Penambahan 0,2 g MCC 31
4.6 Film Dengan Penambahan 0,3 g MCC 31
4.7 Spektrum FT-IR α-selulosa 33
4.8 Reaksi Hidrolisis α-Selulosa 34
4.9 Spektrum FT-IR dari Film 37
4.10 Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar Pb2+ 38
4.11 Kurva Daya Serap Terhadap Ion Logam Pb2+ dengan Film Kitosan-MCC 39
4.12 Ikatan Kovalen antara Kitosan dan Mikrokristal Selulosa Dalam Film Terhadap Ion Logam Timbal 40
4.13 SEM Film Kitosan-MCC (A) Perbesaran 100x 41
4.14 SEM Film Kitosan-MCC (B) Perbesaran 500x 42
4.15 SEM Film Kitosan-MCC (C) Perbesaran 1000x 42
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
1. Tahapan Pembuatan Mikrokristal Selulosa (MCC) 52
2. Perhintungan Mikrokristal Selulosa yang Dihasilkan 53
3. Pembuatan Film Kitosan-MCC 54
4. Spektrum FT-IR Hasil Analisis Gugus Fungsi α-selulosa 55
5. Spektrum FT-IR Hasil Analisis Gugus Fungsi α-selulosa Standar 56
6. Hasil Analisis Ukuran Partikel Mikrokristal Selulosa Menggunakan PSA 57
7. Spektrum FT-IR Hasil Analisis Gugus Fungsi Film Kitosan 58
8. Spektrum FT-IR Hasil Analisis Gugus Fungsi Film Kitosan-MCC 59
9. Daya Serap (%) Terhadap Ion Logam Pb2+ dengan Film Kitosan-MCC 60
10. Tabel Data Kurva Kalibrasi 61
11. Tabel dan Perhitungan Kekuatan Tarik,EB serta MoE dari Film Kitosan-MCC 62
12. Skema Peralatan penyerapan Pb2+ dengan menggunakan film kitosan dan-MCC 64
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kitosan mempunyai berbagai fungsi yang telah dipublikasikan, fungsi ini termasuk biodegradabilitas dalam tubuh binatang, aktivitas antimikroba, flokulan, adsorbsi logam berat dan pada pelepasan obat (Kaban, 2009).
Kitosan tidak larut dalam air, pelarut-pelarut organik, juga tidak larut dalam alkali dan asam-asam mineral pada pH di atas 6,5. Hal ini dikarenakan kitosan memiliki unsur N pada gugus amina yang mengakibatkan kitosan bersifat basa (Inoue et al, 1994).
Logam dapat membahayakan bagi kehidupan manusia jika konsentrasi melebihi batas ambang yang diizinkan, apabila konsentrasinya belum melebihi batas ambang, keberadaan logam bersifat akumulatif dalam sistem biologis (Quek, 1998). Berbagai metoda telah dikembangkan untuk memisahkan logam berat dari air limbah. Antara lain meliputi metode pengendapan kimia,filtrasi mekanik , penukar ion, elektrodeposisi, oksidasi reduksi, sistem membran, dan absorpsi fisik (Herwanto, 2006)
Hoffman (2002) mengemukakan bahwa kitosan adalah polisakarida kationik yang terkenal karena kemampuannya membentuk film yang bagus.
Diperoleh dari hasil samping kitin, yang mana diperoleh dari sumber dapat diperbarui. Gugus amina yang terikat pada strukturnya membuatnya bermuatan positif pada media keasaman. Sehingga, kitosan ini dapat berperan sebagai biomaterial untuk pH-responsive aplikasi hidrogel. Kitosan membentuk film yang baik dan sudah digunakan pada pembungkusan terutama pembungkus makanan.
Hal ini dikarenakan perlindungan terhadap oksigen dan karbon dioksida serta antimikroba (Cholwasa et al, 2006).
Selain itu kitosan merupakan biopolimer yang efektif digunakan sebagai adsorben logam berat karena sifatnya yang tidak beracun, memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, biokompatibilitas, biodegradabilitas dan biofungsionalitas (Kousalya et al, 2010)
Penggunaan adsorben konvensional memerlukan biaya operasional dan regenerasi yang relatif lebih mahal. Adsorben konvensional yang sering digunakan dalam proses adsorpsi adalah alumina, karbon aktif, silika gel, dan zeolit. Adsorben tersebut mempunyai kemampuan adsorpsi yang baik tetapi tidak ekonomis. Dewasa ini sedang digalakkan penelitian mengenai penggunaan adsorben alternatif yang berasal dari alam, karena selain memiliki kemampuan adsorpsi yang baik, adsorben tersebut juga bersifat lebih ekonomis (Nurhasni, 2012).
Menurut riset dari Badan Pusat Statstik pada tahun 2011, Indonesia mampu memproduuksi buah durian mencapai 1.818 ton. Sehingga setiap tahunnya, terdapat limbah kulit durian hingga jutaan kilogram. Hal ini mengakibatkan perlunya mencari solusi untuk pemanfaatan kulit durian.
Telah diketahui kitosan dapat digunakan untuk mengadsorpsi beberapa logam yaitu Cu (II), Pb (II), U (VI), Cr (III), Cr (VI), Ni (II), Cd (II), Zn (II), Co (II), Fe (II), Mn (II), Pt (IV), Pd (II), V (V) dan V (VI) (Santoso, 2012). Hal ini senada dengan hasil penelitian Kusumawati (2009) yang menunjukkan keberadaan gugus amina dalam kitosan yang mampu mengikat logam berat seperti Cd, Cu, Pb, Fe, Mn dan lainnya.
Herwanto (2006) meneliti tentang adsorbsi ion logam Pb (II) menggunakan membran selulosa-kitosan dimana hasil penyerapan logam Pb (II) pH mencapai hasil optimum dikarenakan banyaknya konsentrasi Pb (II) yang terserap dibandingkan dengan adsorbsi membran kitosan tanpa penambahan selulosa.
Hartika (2016) meneliti daya serap film kitosan-MCC alang-alang sebagai adsorben logam cadmium menggunakan metode adsoprsi-filtrasi kolom dimana penambahan MCC meningkatkan hasil serapan sebesar 79,519% dibandingkan film kitosan tanpa penambahan MCC.
Berdasarkan hal-hal yang telah diuraikan dalam latar belakang, maka penelitian ini dilakukan untuk melihat bagaimana peningkatan kinerja film kitosan dengan MCC kulit durian sebagai adsorben ion logam Pb (II) dalam larutan standar.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana peningkatan daya adsorpsi film kitosan setelah ditambahkan MCC?
2. Bagaimana formulasi film kitosan-MCC yang optimum pada pengaplikasian penyerapan logam Pb (II)?
1.3 Pembatasan Masalah
Penelitian ini mengambil batasan-batasan sebagai berikut:
1) Kitosan yang digunakan adalah kitosan yang diperoleh secara komersil 2) α-selulosa yang digunakan diperoleh dari isolasi kulit durian pada bagian
kulit dalam berwarna putih
3) Jenis kulit durian yang digunakan adalah Durio Zibethinus Murr
4) Isolasi MCC dari α-selulosa dilakukan melalui hidrolisis asam menggunakan HCL 2,5 N
5) Ion logam Pb(II) yang digunakan adalah larutan standar Pb(NO3)2
6) Kulit durian yang diambil berasal dari Ucok Durian Jalan K.H Wahid Hasyim Sei Wampu No. 30-32 Medan
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
1. Untuk megujji peningkatan daya adsorpsi film kitosan setelah ditambahkan MCC dari kulit durian
2. Untuk menentukan kemampuan film kitosan-MCC kulit durian sebagai adsorben ion logam Pb(II)
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan untuk memberikan nilai tambah bagi kulit durian yang selama ini hanya sebagai limbah dan tidak dimanfaatkan yang dapat digunakan untuk menghasilkan MCC dan berperan sebagai bahan pengisi pada pembuatan film kitosan sebagai adsorben ion logam Pb (II).
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar LIDA USU, Laboratoium Kimia Polimer FMIPA USU, Laboratorium Kimia Fisika FMIPA USU, Laboratorium Teknik Kimia Fakultas Teknik USU, Laboratorium Kimia Organik UGM, Labortorium Analis Balai Besar Perbenihan dan Proteksi Tanaman Perkebunan (BBPPTP) Medan, dan Laboratorium Forensik (PUSLABFOR) MABES POLRI Jakarta
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium yang dilakukan dalam 3 tahap:
1) Tahap pertama yaitu, proses penyiapan serbuk kulit durian yang kemudian diisolasi untuk mendapatkan α-selulosa. Karakterisasi yang digunakan yaitu analisa menggunakan FT-IR.
Variabel-variabel yang digunakan adalah : - Variabel tetap:
Suhu (0C) Waktu (menit)
Berat serbuk kulit durian (g)
2) Tahap kedua yaitu, proses hidrolisis dengan hidrolisis asam yaitu menggunakan HCL 2,5 N yang akan menghasilkan mikrokristal selulosa.
- Karakterisasi menggunakan PSA dengan variabel-variabel sebagai berikut:
- Variabel tetap:
Suhu (0C) Waktu (menit)
3) Tahap ketiga yaitu pembuatan film dari kitosan dengan MCC sebagai bahan pengisi. Campuran perbandingan massa kitosan dan MCC yaitu (2:0), (1,9:0,1), (1,8:0,2), (1,7:0,3) (dalam 2 g). Kitosan dilarutkan dengan asam asetat 1% kemudian ditambahkan MCC. Campuran diaduk hingga homogen.
Dituangkan pada pencetak film dan dikeringkan. Film yang dihasilkan dikarakterisasi dengan uji analisis FT-IR,analisis SEM, dan uji tarik
Variabel-variabel yang digunakan terdiri dari:
-Variabel tetap:
Suhu (0C) Waktu (menit) - Variabel bebas:
Berat kitosan dan MCC (g) - Variabel terikat:
Mengidentifikasi gugus fungsi dengan menggunakan FT-IR
Mengidentifikasi permukaan spesimen dengan menggunakan SEM 4) Tahap keempat yaitu menguji daya serap film kitosan-MCC pada logam Pb2+
dalam larutan standar. Alat yang digunakan analisis Atomic Abosrption Spectroscopy (AAS)
Variabel-variabel yang digunakan adalah : - Variabel tetap:
Konsentrasi larutan standar - Variabel bebas:
Komposisi campuran adsorben (g) - Variable terikat:
Mengidentifikasi kadar logam Pb(II) yang terserap dengan menggunakan AAS
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Logam Berat
Logam berat adalah unsur logam yang mempunyai densitas <5 g/cm3 dalam air laut, logam berat terdapat dalam bentuk terlarut dan tersuspensi. Dalam kondisi alam ini, logam berat dibutuhkan oleh organisme untuk pertumbuhan dan perkembangan hidupnya (Effendi, 2000).
Toksisitas logam berat bisa dikelompokkan menjadi 3, yaitu bersifat toksik tinggi yang terdiri dari unsur-unsur Hg. Cd, Pb, Cu dan Zn; bersifat toksik sedang yang terdiri dari unsur-unsur Cr, Ni dan Co; dan bersifat toksik rendah yang terdiri atas unsur Mn dan Fe. Tingkat toksisitas logam berat terhadap hewan air, mulai dari yang paling toksik, adalah Hg, Cd, Pb, Cr, Ni dan Co. tingkat toksisitas terhadap manusia dari yang paling toksik adalah Hg, Cd, Ag, Ni, Pb, As, Cr, Sn, dan Zn (Widowati, dkk., 2008)
Logam timbal Pb adalah jenis logam lunak berwarna coklat kehitaman dan mudah dimurnikan. Logam Pb lebih tersebar luas dibanding kebanyakan logam toksik lainnya dan secara alamiah terdapat pada batu-batuan serta lapisan kerak bumi. Dalam pertambangan, logam ini berbentuk sulfida logam (PbS) yang sering disebut galena (Darmono, 1995).
Logam Pb banyak digunakan sebagai bahan pengemas, saluran air, alat- alat rumah tangga dan hiasan. Dalam bentuk oksida timbal digunakan sebagai pigmen/zat warna dalam industri kosmetik dan glace serta indusri keramik yang sebagian diantaranya digunakan dalam peralatan rumah tangga. Dalam bentuk aerosol anorganik dapat masuk ke dalam tubuh melalui udara yang dihirup atau makanan seperti sayuran dan buah-buahan. Logam Pb tersebut dalam jangka waktu panjang dapat terakumulasi dalam tubuh karena proses eliminasinya yang lambat (Librawati, 2005).
2.2 Adsorpsi
Adsoprsi merupakan suatu proses penterapan oleh padatan tertentu terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam. Proses adsorpsi terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini padatan cenderung menarik moleku-molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fase gas atau larutan ke dalam larutannya. Akibatnya konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fase gas zat terlarut dalam larutan. Pada adsorpsi interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben (Tandy, dkk.,2012).
2.2.1 Jenis-Jenis Adsorpsi
Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorpsi dibagi menjadi 2 yaitu:
a. Adsoprsi Fisika
Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya Van der Waals. Pada adsorpsi fisika, gaya tarik menarik antara molekul fluida dengan molekul pada permukaan padatan lebih kecil pada gaya tarik menarik antar molekul fluida tersebut sehingga gaya tarik menarik antara adsorbat dengan permukaan adsorben relatif lemah pada adsorpsi fisika, adsorbat tidak terikat kuat dengan permukaan adsorben sehingga adsorbat dapat bergerak dari suatu bagian permukaan ke permukaan lainnya dan pada permukaan yang ditinggalkan oleh adsorbat tersebut dapat digantikan dengan adsorbat lainnya
b. Adsropsi Kimia
Adsorpsi kimia terjadi karena adanya ikatan kimia yang terbentuk antara molekul adsorbat dengan permukaan adsorben. Ikatan kimia dapat berupa ikatan kovalen/ion. Ikatan yang terbentuk kuat sehingga spesi aslinya tidak dapat ditentukan. Karena kuatnya ikatan kimia yang terbentuk maka adsorbat tidak mudah terdesopsi (Shofa, 2012)
2.2.2 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Adsorpsi Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi yaitu:
1. Jenis Adsorbat
a. Ukuran Molekul Adsorbat
Molekul-molekul yang diameternya lebih kecil atau sama dengan diameter pori adsorben maka akan lebih cepat teradsorpsi.
b. Kepolaran Zat
Adsorpsi lebih kuat terjadi pada molekul polar dibandingkan dengan molekul dengan non polar pada kondisi diameter yang sama.
2. Suhu
Pada saat molekul-molekul adsorbat menempel pada permukaan adsorben terjadi pembebasan sejumlah energi sehingga adsorpsi digolongkan bersifat eksoterm oleh karena itu adsorpsi akan berkurang pada suhu tinggi.
3. Kelarutan adsorbat
Jika sebuah molekul harus dipisahkan dari pelarut dan menjadi terikat pada permukaan karbon. Senyawa yang dapat larut mempunyai ikatan yang kuat terhadap pelarutnya sehingga lebih sulit teradsorpsi dari pada senyawa-senyawa yang tidak dapat larut (Lestari, 2009).
2.3. Tanaman Kulit Durian
Durian (Durio Zibethinus Murr) merupakan salah satu tanaman asli Asia Tenggara yang beriklim tropis basah seperti Indonesia, Thailand, dan Malaysia (Ashari, 1995). Pada durian, kulit dan biji buah hanya dibuang begitu saja tanpa dimanfaatkan menjadi lebih berguna. Jika dilihat, persentase bagian dagingnya termasuk rendah yaitu 20-35% sedangkan kulit (60-75%) dan biji (5-15%) belum termanfaatkan secara maksimal (Harris, 1994). Selain itu, durian mempunyai banyak manfaat untuk kesehatan, salah satunya fitosterol yang mana berperan untuk mengurangi kadar kolesterol di dalam tubuh (Cantrill, 2008).
Rukmana, 1996 mengklarifikasikan sistematika (taksonomi) tumbuhan, tanaman durian sebagai berikut :
Kingdom : Plantae Sub kingdom : Tracheobionta Divisi : Spermatophyta Sub Divisi : Magnoliophyta Kelas : Magnoliopsida Sub Kelas : Dilleniidae Ordo : Malvales Famili : Bombaceaea Genus : Durio Spesies : Durian
Kusmoro, dkk., (2007) melakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah kulit durian dalam ransum terbatas. Contohnya penggunaan limbah durian pada campuran kulit buah dan biji durian sebagai bahan pakan ternak.
Kulit durian mengandung unsur selulosa yang tinggi (50-60%) dan kandungan lignin (5%) serta kandungan pati yang rendah (5%) sehingga dapat diindikasikan sebagai campuran bahan baku pangan, olahan, serta produk lainnya yang dapat dimanfaatkan (Panggabean, 1975).
2.4. Selulosa
2.4.1 Struktur Selulosa
Selulosa ialah polimer tak bercabang dari sejumlah glukosa yang bergabung lewat ikatan 1,4-β-glikosidik. Pemeriksaan selulosa dengan sinar X menunjukkan bahwa selulosa terdiri atas rantai linear dari unit selulosa, yang oksigen cincinnya berselang-seling dengan posisi “ke depan” dan “ke belakang” (Hart, 2003).
Selulosa merupakan komponen utama kayu dan serat tanaman, selulosa tidak larut dalam air, dan bukan karbohidrat pereduksi. Selulosa merupakan senyawa organik yang melimpah di bumi. Diperkirakan terdapat sekitar 100 milliar ton selulosa dibiosintesis tiap tahun dan selulosa mencakup 50% dari karbon tak bebas di bumi. Rumus empirik selulosa adalah (C6H10O5)n dengan n > 1500 dan berat molekul > 250.000 (Fessenden, 1986).
2.4.2 Sumber selulosa
Selulosa disintesis dari berbagai macam jenis makhluk hidup. Kenyataannya, biasa kita menghubungkan selulosa dari kayu atau tanaman kapas dan memang seperti itulah kenyataannya, karena itu merupakan sumber utama pada produksi industri. Tetapi selain itu, selulosa dapat dihasilkan dari bakteria ataupun prokariotes (sebagai contoh Acetobacter, Rhizobium, dan Agrobacterium). Bahkan beberapa bakteria patogen telah ditemukan ternyata mensintesis selulosa (Malcolm, 2003).
2.4.3 Sifat Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama kayu dan serat tanaman, sedangkan katun yang berasal dari kapas merupakan selulosa murni. Selulosa mempunyai ikatan β pada unit-unit monosakaridanya. Selulosa umumnya terdiri dari sekitar 300.000 satuan monomer dan mempunyai berat molekul berkisar dari 250.000 sampai lebih dari 1.000.000 g/mol, dengan rumus molekul (C5H10O5)n (Riswiyanto, 2009).
Lignin yang terdapat pada tumbuhan berfungsi sebagai pengikat sel-sel lain, hal ini tidak menguntungkan pada proses adsorpsi karena selulosa yang terikat pada lignin tidak bisa menyerap logam. Lignin dapat dihilangkan dengan cara delignifikasi.
Faktor-faktor yang mempengaruhi delignifikasi terdiri dari:
a. Jenis bahan delignifikasi
Bahan yang dapat digunakan dalam proses delignifikassi yaitu asam phosfat, asam klorida, asam sulfat, dan yang basa seperti NaOH, natrium silfit dan natrium sulfat.
b. Waktu delignifikasi
Pada proses delignifikasi waktu berpengaruh pada hasil delignifikasi, biasanya digunakan waktu 1-3 jam.
c. Temperatur delignifikasi
Temperatur operasi mempengaruhi kualitas dari produk delignifikasi yang dihasilkan (Tandy, 2012).
Wibisono (2002) mengemukakan berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida (NaOH) 17,5 % selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
1. Selulosa α (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi 600-1500.
Selulosa α dipakai sebagai penentu tingkat kemurnian selulosa. Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi(murni). Apabila selulosa α lebih besar dari 92% maka akan memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama propelan atau peledak, sedangkan selulosa dengan kualitas dibawah 92% dapat digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri sandang. Semakin tinggi kadar α-selulosa maka semakin bagus mutunya. Struktur molekul selulosa ditunjukkan pada Gambar 2.1
H O
OH
H
H
OH H
OH CH2 HO
O
O H
H
OH H
OH CH2 HO
OH
Gambar 2.1 Struktur molekul selulosa (Hart, 2003)
2. Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15-90, dapat mengendap bila dinetralkan.
3. Selulosa γ (Gamma Cellulose) sama seperti selulosa β hanya saja derajat polimerisasinya kurang dari 15
2.4.4 Kemampuan Selulosa sebagai Adsorben Penyerap Ion Logam
Penelitian tentang adsorpsi menggunakan selulosa sebagai bahan adsoeben telah banyak d lakukan. Sebagai contoh Fatoni (2010) menggunakan selulosa dari daun nanas sebagai adsorben logam Cd mencapai 70% lalu Igwe (2006) meneliti batang jagung sebagai adsorben logam Pb (II), Zn (II) dan logam As (III).
2.5. Mikrokristal Selulosa
Mikrokristal selulosa (MCC) pertama kali ditemukan pada tahun 1955 oleh Battista dan Smith dan pertama di komersialkan dengan nama Avicel® (FMC, 2013).Pada tahun 1964 perusahaan FMC memperkenalkan Avicel® PH untuk industri perobatan sebagai bahan untuk penekanan tablet secara langsung (Albers, 2006)
MCC adalah senyawa murni, yang telah mengalami depolimerisasi sebagian dengan mereaksikan senyawa α-selulosa(tipe Iβ) yang diperoleh dalam bentuk bubur dari serat tanaman, dengan mineral asam. Selulosa merupakan senyawa polimer alam yang paling banyak di bumi dengan total produksi 50 milliar ton tiap tahunnya. Selulosa terdiri dari rantai linear β-1,4-D anhidroglukopiranosil (Carlin, 2008).
Sumber MCC yang biasa digunakan untuk perobatan adalah kayu, dimana rantai selulosa di padatkan pada satu lapisan yang dijaga kestabilannya dengan polimer ikat silang (lignin) dan ikatan hidrogen yang kuat. Kapas juga merupakan sumber selulosa yang memungkinkan untuk MCC (Shlieout et al, 2002)
2.6 Kitosan
2.6.1 Pengertian Kitosan
Kitosan adalah suatu polisakarida yang diperoleh melalui deasetilasi kitin.
Perbedaan di antara kitin dan kitosan terdapat dalam derajat deasetilasinya.
Kitosan mempunyai derajat deasetilasi 80-90% akan tetapi kebanyakan publikasi menggunakan istilah kitosan apabila derajat deasetilasinya lebih besar dari 70%
(Kaban, 2009). Termogel kitosan dibentuk dengan viskos larutan kitosan garam yang rendah, yang mana pada fase transisi sol-gel terjadi pada temperatur tubuh, yang mana penting pada aplikasi tisu pada bidang operasi. Subtansi aktif lain dapat ditambahkan pada larutan garam. Ketika pengikatsilangan kitosan, pada temperatur di atas 35oC mereka menjadi struktur yang susah tergerak. Pelepasan kinetik tergantung pada pH lingkungan termogel (Chaput et al. 2000). Struktur kitosan dapat dilihat pada Gambar 2.2
Gambar 2.2. Struktur Molekul Kitosan (Hart, 2003) 2.6.2 Pemilihan Kitosan
Kitosan merupakan bahan yang terpilih karena sifatnya yang tidak beracun, stabil, biodegradable, dan dapat di sterilisasi. Ini dikarenakan biokompatibilitas, toksisitas yang rendah, dan kemampuannya yang dapat terdegradasi oleh enzim.
Diantara polimer ini, polisakarida tidak memliliki kekurangan seperti bahan alami lainnya, contohnya kemungkinan membawa sifat patogen hewan (Muzzarelli, 1985).
2.6.3 Kemampuan Kitosan Menyerap Logam
Redjeki (2012), memaparkan bahwa kitosan dapat mengikat ion-ion logam karena memiliki pasangan elektron bebas pada gugus amina primer yang bersifat nukleofilik sebagai akseptor proton sehingga amina ini terprotonasi. Gugus amina bebas –NH2 kitosan dapat mengadsorpsi ion logam seperti Zn, Cd, Cu, Pb, Mg dan Fe) dengan membentuk senyawa kompleks (khelat) (Knoor, 1984). Reaksi pembentukan kompleks (khelat) merupakan reaksi asam-basa Lewis. Pada pembentukan kompleks kitosan-ion logam, ligan –NH2 bertindak sebagai basa Lewis yang menyumbangkan sepasang elektron membentuk ikatan kovalen.
Selulosa dipilih sebagai bahan pendukung karena termasuk bahan biopolimer dengan struktur kimiawi yang mirip dengan kitosan, dimana kemiripan struktur kimiawi kitosan dan selulosa akan menjadikan kedua biopolimer bersifat kompatibel dan mempunyai gaya adhesi yang baik
2.7 Beberapa Metode Analisis dan Karakterisasi Film 2.7.1 Fourier Transform Infrared (FT-IR)
Spektroskopi inframerah merupakan salah satu teknik analisa yang paling penting yang tersedia untuk para ilmuwan saat ini. Salah satu keuntungan besar dari spektroskopi inframerah adalah bahwa hamper semua sampel dapat dipelajari.
Cairan, larutan, pasta, bubuk, film, serat, gas, dan permukaan semuanya dapat dianalisis. Pengukuran pada spectrum inframerah dilakukan pada daerah cahaya inframerah tengah (mid-infrared) yaitu pada panjang 2,5-50 µm atau bilangan gelombang 4000-200 cm-1 (Stuart, 2013). Spektroskopi FT-IR telah meningkatkan kualitas spektrum inframerah dan meminimalkan waktu yang didasarkan pada getaran dari atom molekul. FT-IR telah membawa tingkat keserbagunaan yang lebih besar ke penelitian-penelitian struktur polimer. Karena spektrum-spektrum bisa discan, disimpan, dan ditransformasikan dalam hitungan detik, teknik ini memudahkan penelitian reaksi-reaksi polimer seperti degradasi atau ikat silang.
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 bagian molekul sampel
Komponen dasar peralatan FT-IR ditunjukkan pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Komponen dasar FT-IR
Spektrofotometer FT-IR terdiri lima bagian utama yaitu : sumber cahaya, daerah cuplikan, fotometer, monokromator, dan detektor
1) Sumber Cahaya
Pancaran inframerah dihasilkan oleh sebuah sumber yang dipanaskan dengan lsitrik pada suhu 1000-18000C. sumber cahaya yang digunakan adalah lampu tungsten, nernst glowers atau globar. Lampu Nernst dibuat dari sebuah pengikat dan oksida-oksidazirkonium, torium dan serium. Sedangkan lampu globar dibuat dari batang kecil silikon karbida
2) Daerah Cuplikan
Berkas acuan dan berkas cuplikan masuk ke dalam daerah cuplikan dan masing-masing menembus sel cuplikan dan sel acuan
3) Monokromator
Monokromator berfungsi untuk menyeleksi panjang gelombang
4) Detektor
Detektor akan mendeteksi frekuensi yang dilewatkan pada sampel yang tidak diserap oleh senyawa. Banyaknya frekuensi yang melewati senyawa (yang tidak diserap) akan diukur sebagai persen transmitan (Silverstein,dkk., 1999)
2.7.2 Particle Size Analyzer (PSA)
Particle Size Analyzer adalah suatu pengidentifikasian ukuran senyawa dengan menggunakan prinsip dynamic light scattering. PSA mengukur sifat fundamental dari endapan suatu partikel yang dapat memberikan informasi tentang partikel tersebut. Selain itu PSA juga dapat menentukan ukuran partikel dari suatu suspense,emulsi dan serbuk. Pengukuran partikel PSA biasanya menggunakan metode basah. Metode basah menggunakan media pendispersi untuk mendispersikan material uji (Horiba, 2014)
2.7.3 Atomic Absorption Spectroscopy (AAS)
Atomic Absorption Spectroscopy merupakan teknik analisa yang pertama kali diperkenalkan oleh Welsh pada tahun 1955. Teknik analisis AAS berdasarkan pada penguraian molekul menjadi atom (atomisasi) dengan energi dari api atau arus listrik. Pada analisa ini sebagian besar atom akan berada pada ground state, dan sebagian kecil (tergantung suhu) yang tereksitasi akan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang khas untuk atom tersebut ketika kembali ke ground state (Shield, 1968).
Suatu larutan yang mengandung garam-garam logam (atau senyawa- senyawa logam lain) jika dibakar dengan asetilen atau yang sejenis akan terbentuk uap yang mengandung atom-atom logam. Uap atom-atom logam ini dapt memancarkan atau menyerap energi denga mengalami transisi elektronik ( melepas atau menangkap elektron). Besarnya energi yang diserap atau dipancarkan sangat tertentu dan karakteristik pada masing-masing atom suatu unsur (Skoog, 1985).
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Alat-Alat Penelitian
Adapun alat-alat penelitian yang digunakan dalam penelitian terdiri dari:
Nama Alat Merck
Spektrofotometer Serapan Atom Grafite Furnace Perkin Elmer
Seperangkat Alat FT-IR Shimadzu
Seperangkat alat SEM JSM-35 C Shumandju
Neraca Analitis Ohaus
Termometer Fisher
Hot Plate Cimarec
Oven Carbolite
Magnetic Stirrer -
Krus Porselen -
Batang Pengaduk -
Indikator pH Universal Sartorius
Plat Akrilik -
Jangka Sorong -
3.2 Bahan-Bahan Penelitian
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari :
Nama Bahan Merck
Kitosan -
Kulit Durian -
Pb(NO3)2.3H2O Merck
NaOH pellet Merck
H2O2(p) Merck
HCl(p) Merck
CH3COOH glasial Merck
HNO3(p) Merck
Na2SO3 Merck
NaOCl Merck
3.3 Prosedur Penelitian 3.3.1 Pembuatan Pereaksi 3.3.1.1 Larutan HNO3 3,5%
Sebanyak 54,6 mL HNO3 65% lalu diencerkan dengan aquadest dalam labu takar 1000 mL hingga garis batas, dihomogenkan.
3.3.1.2 Larutan NaOH 2%
Sebanyak 10 g NaOH dilarutkan dengan aquadest dalam labu takar 500 mL hingga garis batas, dihomogenkan
3.3.1.3 Larutan NaSO3 2%
Sebanyak 10 g NaSO3 dilarutkan dengan aquadest dalam labu takar 500 mL hingga garis batas, dihomogenkan
3.3.1.4 Larutan NaOH 17,5%
Sebanyak 87,5 g NaOH dilarutkan dengan aquadest dalam labu takar 500 mL hingga garis batas, dihomogenkan
3.3.1.5 Larutan NaOCl 1,75%
Sebanyak 73 mL NaOCl 12% diencerkan dengan aquadest dalam labu takar 500 mL hingga garis batas, dihomogenkan
3.3.1.6 Larutan H2O2 10%
Sebanyak 167 mL H2O2 30% dilarutkan dengan aquadest dalam labu takar 500 mL hingga garis batas, dihomogenkan
3.3.1.7 Larutan HCl 2,5 N
Dipipet 208,33 mL HCL(p) 37% diencerkan dengan aquadest dalam labu takar 1000mL hingga garis batas, dihomogenkan
3.3.1.8 Larutan CH3COOH 1%
Dipipet 10 mL CH3COOH glasial kemudian diencerkan dengan aquadest dalam labu takar 1000 mL hingga garis batas, dihomogenkan
3.3.1.9 Pembuata Larutan Standar Pb (II)
3.3.1.9.1Pembuatan Larutan Standar Pb (II) 1000 mg/L
Sebanyak 0,588 g Pb(NO3)2.3H2O dimasukkan kedalam beaker gelas 250 mL yang berisi aquadest, diaduk hingga seluruh kristal larut, dimasukkan ke dalam labu takar 1000 mL, ditambahkan aquadest hingga garis batas dan dihomogenkan.
3.3.1.9.2 Pembuatan Larutan Standar Pb (II) 100 mg/L
Dipipet sebanyak 10 mL larutan induk Pb (II) 1000mg/L dan dimasukan ke dalam labu takar 100 mL, kemudian ditambahkan aquadest hingga garis batas dan dihomogenkan
3.3.1.9.3 Pembuatan Larutan Standar Pb (II) 5 mg/L
Dipipet 12,5 mL larutan induk Cu (II) 100 mg/L dan dimasukkan ke dalam labu takar 50 mL, kemudian ditambahkan aquadest hingga garis batas dan dihomogenkan.
3.3.2 Preparasi Serbuk Kulit Durian
Kulit durian dibersihkan dan dicuci dengan air bersih. Dikeringkan di bawah sinar matahari sampai kering. Kulit durian yang sudah kering dipotong-potong dan dihaluskan dengan blender hingga berbentuk serbuk
3.3.3 Isolasi α-selulosa dari Serbuk Kulit Durian
Sebanyak 75 gr serbuk kulit durian yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam beaker glass 2000 mL, kemudian ditambahkan 1 L campuran HNO3 3,5% dan 10 mg NaNO2, dipanaskan di atas hot plate pada suhu 90 0C selama 2 jam sambil di aduk. Setelah itu disaring dan ampas dicuci hingga filtrat netral. Selanjutnya direndam dengan 750 mL larutan yang mengandung NaOH 2% dan Na2SO3 2%
pada suhu 500 C selama 1 jam sambil diaduk. Kemudian disaring dan ampas dicuci sampai netral. Selanjutnya dilakukan pemutihan dengan 250 mL larutan NaOCl 1,75% pada suhu 70 0C selama 30 menit. Kemudian disaring dan dicuci ampas sampai pH filtrat netral. Setelah itu dilakukan pemurnian α-selulosa dari sampel dengan 500 mL larutan NaOH 17,5%, pada suhu 800C selama 30 menit sambil diaduk di atas hotplate, disaring lalu ampas dicuci hingga pH netral.
Selanjutnya dibleaching dengan H2O2 10% pada suhu 600C selama 15 menit dan dikeringkan di dalam oven pada suuhu 600C kemudian disimpan dalam desikator, lalu dibiarkan selama 1 malam. (Ohwoavworhua,2005) . Selanjutnya α-selulosa dikarakterisasi dengan analisa FT-IR
3.3.4 Pembuatan Mikrokristal Selulosa
Sebanyak 2 g α-selulosa serbuk kulit durian dihidrolisis deangan 40 mL HCL 2,5 N pada 105 ± 20C selama 15 menit. Kemudian dilakukan pencucian denga aquadest sampai netral, dikeringkan dalam oven vakum pada 400C dan tekanan 30 cmHg, dihaluskan dan disimpan untuk penelitian selanjutnya (Ohwoavworhua, 2005). Selanjutnya mikrokristal selulosa yang diperoleh dikarakteristik ukuran partikelnya dengan menggunakan PSA.
3.3.5 Pembuatan Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa (MCC)
Pembuatan campuran kitosan dan mikrokristal selulosa dengan pelarut asam asetat (1%) menurut prosedur dalam literatur (Patrulea et al. 2013). Sebanyak 1,9 g kitosan dilarutkan dalam 100 mL asam asetat 1%. Kemudian ditambahkan 0,1 g mikrokristal selulosa ke dalam larutan. Selama proses pelarutan, campuran diaduk hingga dihasilkan larutan homogen. Campuran kitosan kemudian dituangkan ke plat akrilik. Dikeringkan dalam oven pada suhu kamar selama 2 hari.
Selanjutnya film kitosan dikarakterisasi dengan uji permukaan SEM, analisa FT-IR serta dilakukan uji tarik, perlakuan yang sama dilakukan untuk kitosan dan mikrokristal selulosa (MCC) dalam 2 g dengan perbandingan 2 g kitosan dan 0 g MCC ; 1,8 g kitosan dan 0,2 g MCC ; 1,7 g kitosan dan 0,3 g MCC.
3.3.6 Karakterisasi Film
3.3.6.1 Analisis Gugus Fungsi FT-IR
Film diuji dengan dijepit pada tempat sampel kemudian diletakkan pada alat FT- IR ke arah sinar infra merah. Hasilnya akan direkam berupa aliran kurva bilangan gelombang terhadap intensitas.
3.3.6.2 Analisis Permukaan Spesimen dengan SEM
Analisis SEM dilakukan untuk mempelajari sifat morfologi dan pori-pori dari film yang dihasilkan. Hasil analisis SEM dapat kita lihat rongga-rongga hasil pencampuran kitosan-mikrokristal selulosa. Informasi dari analisis ini merupakan pendukung secara fisik seberapa baik bahan-bahan tersebut tercampur
3.3.6.3 Uji Kuat Tarik
Dalam penelitian ini digunakan standar ASTM (American Standard Testing Method) 5336 sebagai acuan. Sebelum diukur uji tariknya, film terlebih dahulu diukur ketebalannya menggunakan mikrometer sekrup dengan ketelitian 0,01 mm.
Pada pengukuran diuji dengan alat tensile strength sesuai dengan ASTM, dimana film akan diuji dengan masing-masing ujung film dikaitkan pada alat uji dan beban penarik dipasang pada satuan beban dalam kilo Newton. Film ditarik hingga putus, besar beban penarik dan perubahan panjang pada saat putus dicatat.
3.3.7. Perlakuan dan Analisa Penyerapan Logam Pb (II)
Pertama dirangkai alat vakum sesuai Lampiran 12. Kemudian film kitosan-MCC diletakkan pada corong pemisah yang telah terhubung dengan alat vakum.
Kemudian larutan standar dituangkan ke corong yang berisi film kitosan-MCC.
Filtrat hasil saringan kemudian diukur absorbansinya dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom pada λspesifik 283,3 nm. Dilakukan perlakuan yang sama pada film kitosan-MCC pada variasi 2,0 g kitosan; 1,8 g kitosan dan 0,2 g MCC; 1,7 g kitosan dan 0,3 g MCC.
3.4 Bagan Penelitian
3.4.1 Penyiapan Serbuk Kulit Durian Kulit Durian
Dibersihkan dan dicuci dengan air
Dikeringkan di bawah terik matahari sampai berat tetap Dipotong kecil-kecil
Dihaluskan dengan blender
Serbuk Kulit Durian
3.4.2 Isolasi α-selulosa dari Serbuk Kulit Durian (Ohwoavworhua, 2005)
75 g serbuk kulit durian
Dimasukkan ke dalam beaker glass
Ditambahkan 1 L campuran HNO3 3,5% dan 10 mg NaNO2 Dipanaskan diatas hot plate sambil diaduk pada suhu 900C selama 2 jam
Disaring dan ampas dicuci hingga filtrat netral
Residu Filtrat
Direndam dengan 750 mL larutan yang mengandung NaOH 2% dan NaSO3 pada suhu 500C selama 1 jam sambil diaduk
Disaring dan dicuci hingga filtrat netral
Residu Filtrat
Diputihkan dengan 250 mL larutan NaOCl 1,75% pada suhu 700C selama 30 menit sambil diaduk
Disaring dan dicuci hingga filtrat netral Residu
Ditambahkan 500 mL NaOH 17,5% dan dipanaskan pada suhu 800C Disaring dan dicuci hingga filtrat netral
Alpha selulosa basah
Diputihkandengan H2O2 10% pada suhu 600C selama 15 menit Disaring dan dicuci dengan aquadest
Alpha selulosa basah
Filtrat Filtrat
Dikeringkan pada suhu 600C dalam oven Disimpan dalam desikator
Alpha selulosa kering
FT-IR
Filtrat Filtrat
Dikarakterisasi
3.4.3 Pembuatan Mikrokristal Selulosa dari α-selulosa Kulit Durian (Ohwoavworhua, 2005)
2 g alpha selulosa kering
Dihidrolisis dengan 40 mL HCl 2,5 N pada suhu 103-107oC selama 15 menit
Dicuci dengan aquadest sampai netral lalu disaring
Residu Filtrat
Dikeringkan dalam oven pada suhu 400C
Dibiarkan mengering lalu diayak dengan ayakan 100 mesh Ditimbang
Selulosa Mikrokristal
Dikarakterisasi dengan PSA Ukuran MCC
3.4.4. Pembuatan Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa (MCC)
1,9 g Kitosan
Dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 mL Dilarutkan dengan 100 mL asam asetat 1%
Ditambahkan 0,1 g MCC
Campuran
Diaduk hingga homogen Dituangkan ke atas plat akrilik
Dikeringkan dalam oven pada suhu 35-400C selama 72 jam Film Kitosan-MCC
Dikarakterisasi dengan
FT-IR
Diaduk secara konstan lalu selama 2 hingga homogen
SEM Uji Kuat Tarik
Catatan : Dilakukan prosedur yang sama dengan penambahan MCC 0,2 dan 0,3 g
3.4.5 Penggunaan Film Kitosan-MCC Sebagai Penurun Konsentrasi Ion Logam Timbal (Pb) Dengan Metode Filtrasi
50 mL Larutan Standar
Difiltrasi dengan menggunakan film kitosan
Larutan Hasil Penyerapan
Diukur Adsorbansi dengan SSA
Nilai Absorbansi
Catatan : Dilakukan prosedur yang sama menggunakan film kitosan-MCC dengan variasi berat MCC 0,1, 0,2, dan 0,3 g
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
4.1.1. Isolasi α-selulosa Kulit Durian
Melalui serangkaian tahap yaitu delignifikasi, swelling, bleaching, dan pemisahan dengan menggunakan NaOH 17,5% dihasilkan α-selulosa berwarna putih. Pada tahap isolasi α-selulosa digunakan 75 gram serbuk kulit durian dan pada akhir proses dihasilkan α-selulosa murni sekitar 9,8 gram (sebanyak 13.07 % dari berat awal serbuk kulit durian). α-selulosa yang diperoleh dari hasil percobaan ditunjukkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. α-selulosa yang diisolasi dari kulit durian
4.1.2 Pembuatan Mikrokristal Selulosa (MCC) dari Kulit Durian
Pada pembuatan mikrokristal selulosa kulit durian,dari 2 gram sampel serbuk α- selulosa kulit durian dihasilkan mikrokristal selulosa (MCC) sebanyak 0,9 gram, yang berarti MCC dihasilkan sebanyak 45% dari berat sampel. Serangkaian proses pembuatan mikrokristal selulosa (MCC) dapat dilihat pada Lampiran 1 dan perhitungan persentasi dapat dilihat pada Lampiran 2. Mikrokristal selulosa dari kulit durian hasil penelitian ini berwarna putih seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2
Gambar 4.2. Mikrokristal Selulosa Kulit Durian
4.1.3. Pembuatan Film Kitosan-Mikrokristal Selulosa
Pembuatan film kitosan dimulai dari film kitosan tanpa penambahan MCC dan hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 4.3:
Gambar 4.3. Film Kitosan Tanpa Penambahan MCC
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa film kitosan yang terbentuk tanpa penambahan MCC berwarna putih. Kemudian Film kitosan-MCC dengan (variasi berat MCC ; 0,1 g ;0,2 g dan 0,3 g) mmbentuk film yang asing-masing dapat dilihat pada Gambar 4.4 , 4.5 , 4.6.
Gambar 4.4. Film Kitosan dengan penambahan 0,1 g MCC
Gambar 4.5. Film Kitosan dengan penambahan 0,2 g MC
Gambar 4.6. Film Kitosan dengan penambahan 0,3 g MCC
Pada Gambar-gambar di atas tampak film kitosan dengan penambahan MCC 0,1 g dan 0,2 g berwarna bening kekuningan dengan permukaan film berkerut (seperti pada Gambar 4.4 dan 4.5). Film kitosan dengan penambahan MCC sebanyak 0,3 g didapatkan berwarna bening dan secara fisik mempunyai permukaan rata sempurna tidak terlihat lipatan sperti pada Gambar 4.6.
4.2 Pembahasan
4.2.1 Isolasi α-Selulosa dari Kulit Durian
Sebelum proses isolasi α-selulosa dilakukan, kulit durian dipotong kecil-kecil terlebih dahulu lalu dicuci supaya kotoran yang menempel hilang. Setelah itu dikeringkan dan dihaluskan dengan menggunakan blender untuk mempermudah proses isolasi
Tahapan pertama pada isolasi α-selulosa adalah proses dilignifikasi dimana digunakan HNO3 3,5% dan NaNO2 yang bertujuan untuk menghilangkan lignin yang terkandung pada kulit durian. Selanjutnya dilakukan proses swelling dengan menggunakan NaOH 2% dan Na2SO3 2%. Proses ini bertujuan untuk membuka pori-pori selulosa sehingga zat pengotor yang tidak diinginkan keluar.
Pulp yang dihasilkan dari proses ini berwarna kuning kecoklatan. Lalu dilakukan proses pemutihan dengan NaOCl 1,75% supaya pulp tersebut berwarna putih.
Αlpha selulosa yang dihasilkan pada proses ini belum murni karena masih terdapat β-selulosa dan γ-selulosa di dalamnya, oleh karena itu dilakukan pemisahan α-selulosa dengan menggunakan NaOH 17,5% supaya α-selulosa mengendap dan β-selulosa γ-selulosanya larut. Alpha selulosa dihasilkan akan berwarna putih kecoklatan sehingga dilakukakan lagi pemutihan dengan menggunakan H2O2 10%. Alpha yang dihasilkan berbentuk pulp berwarna putih lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 600C.
4.2.1.1 Analisa Gugus Fungsi Dengan FT-IR
Analisis gugus fungsi dengan menggunakan FT-IR dengan menggunakan alat Shimadzu IR Prestige-21. Dimana sampel analisis adalah α-selulosa yang dihasilkan dari isolasi kulit durian. FT-IR membantu untuk mengkarakterisasi struktur kimia dengan cara mengidentifikasi gugus fungsi yang terdapat pada setiap sampel. Hasil FT-IR α-selulosa dapat dilihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Spektrum FT-IR α-selulosa
Spektrum hasil anlisis FT-IR dari serbuk selulosa memperlihatkan puncak-puncak serapan dengan bilangan gelombang yang dapat dilihat pada Tabel 4.1:
Tabel 4.1. Data Analisis FT-IR α-selulosa
No Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-1)
Hasil Penelitian Pustaka(Pavia, 1979)
1 O-H 3448,72 3571-3448
2 C-H 2900,94 2840-3000
3 C-O alkohol 1373,32; 1319,31 1300-1000
4 C-O-C 1064,71; 1026,13 1150-890
Hasil analisis gugus fungsi dengan FT-IR menunjukkan bahwa α-selulosa mengandung gugus fungsi OH pada gelombang 3448,72 cm-1 dan terdapat gugus fungsi C-H pada bilangan gelombang 2900,94 cm-1. Kemudian terdapat vibrasi regangan C-O alkohol pada bilangan gelombang 1373,32 cm-1 dan vibrasi regangan C-O-C pada bilangan gelombang 1064,71 cm-1 dari α-selulosa yang diuji.
4.2.2 Pembuatan Mikrokristal Selulosa dari α-Selulosa Kulit Durian
Pada proses pembuatan mikrokristal selulosa dari α-selulosa dilakukan melalui tahap hidrolisis α-selulosa dengan menggunakan HCl 2,5 N. Tujuan dari proses ini adalah untuk memecah keadaan amorf pada α-selulosa. Selanjutnya dilakukan proses penetralan dari suspensi yang terbentuk dengan akuades untuk menghilangkan sisa-sisa asam dan bagian amorf yang masih berikatan dengan bagian kristal pada proses hidrolisis selama proses hidrolisis sehingga diperoleh bagian kristal saja. Kemudian dilakukan proses pemanasan sehingga akan diperoleh mikrokristal selulosa yang berbentuk kristal jarum bening. Mekanisme reaksi hidrolisis α-selulosa dengan menggunakan HCl 2,5 N seperti ditunjukkan pada Gambar 4.8:
HCl H+ + Cl-
O HOH2C
OH HO
O
O
O R2 OH
HOH2C HO R1
H
O HOH2C
OH HO
O
O
O R2 OH
HOH2C HO
R1
Slow
O HOH2C
OH HO
R1 OH HO
O O
R2 OH
HOH2C HO
H H2O
H
Gambar 4.8 Mekanisme reaksi Hidrolisis α-Selulosa dengan HCl 2,5 N (Braun, dkk., 2009)
4.2.2.1 Analisis Ukuran Partikel dengan PSA
Analisis ukuran partikel mikrokristal selulosa (MCC) dari kulit durian dengan particle size analyzer (PSA) menggunakan Laser Scattering Particle Size Distribution Analyzer HORIBA LA-951. Alat ini mampu mengukur partikel dengan ukuran 0,011 µm – 3000 µm. MCC yang akan dianalisis terlebih dahulu digerus dan diayak mengguakan ayakan 100 mesh. Hasil analisis menunjukkakn distribusi rata-rata partikel 109,710 µm, lebih kecil dibandingkan dengan α- selulosa yaitu 195,4 µm. Nazzal (2002) menyatakan ukuran partikel MCC komersil yaitu 20 µm – 180 µm.
Particle Size Analyzer (PSA) dapat menganalisis partikel suatu sampel yang bertujuan menentukan ukuran partikel dan distribusinya dari suatu sampel yang representatif. Distribusi ukuran partikel dapat diketahui melalui gambar yang dihasilkan. Ukuran tersebut dinyatakan dalam jari-jari untuk partikel yang berbentuk bola. Penentuan ukuran dan distribusi partikel menggunakan PSA dapat dilakukan dengan (1) difraksi sinar laser untuk partikel dari ukuran submikron sampai dengan milimeter, (2) counter principle untuk mengukur dan menghitung partikel yang berukuran mikron sampai milimeter, dan (3) penghamburan sinar untuk mengukur mikron sampai dengan nanometer (Etzler, 2004). Adapun hasil analisis ukuran partikel mikrokristal selulosa (MCC) kulit durian dengan PSA dapat dilihat pada lampiran 5.
4.2.3 Karakteristik Film
Film yang telah dianalisis dengan FT-IR, kemudian dilakukan pengujian absorpsi dengan larutan standar, filtrat hasil adsorpsi dianalisis dengan SSA. Film yang mempunyai adsorpsi paling tinggi dilakukan analisis morfologi dan permukaan dengan SEM.
4.2.3.1 Analisis Gugus Fungsi dengan FT-IR
Hasil analisi spektroskopi FT-IR dari film kitosan dan film kitosan-MCC memberikan spektrum dengan puncak serapan yang dapat dilihat sesuai Tabel 4.2:
Tabel 4.2. Data Analisis FT-IR Film Kitosan-MCC
NO Sampel Gugus Fungsi
Bilangan Gelombang(cm-1)
Hasil Penelitian
Pustaka(Pavia, 1979)
1 Film
Kitosan
O-H (regangan) 3464,15 3200-3550 C-H (regangan) 2924,09; 2854,65 2840-3000
N-H 1635,64 1515-1650
C-O alkohol 1373,32; 1342,46 1300-1000
C-O-C 948,98 1150-890
2
Film Kitosan
+MCC
O-H (regangan) 3448,72 3200-3550 C-H (regangan) 2931,80 2840-3000
N-H 1635,64 1515-1650
C-O alkohol 1381,03; 1319,31 1300-1000
C-O-C 902,69 1150-890
Spektrum hasil analisi gugus fungsi dengan FT-IR dapat dillihat pada Gambar 4.9. Berdasarkan hasil analisis spektrum FT-IR dari film kitosan (tanpa penambahan MCC) menunjukkan adanya vibrasi N-H pada daerah serapan 1635,64 cm-1. Vibrasi O-H(regangan) dapat dilihat pada daerah serapan 3464,15 cm-1. Puncak vibrasi juga dapat terlihat pada daerah serapan 2924,09 cm-1 menunjukkan adanya virbrasi regangan dari rantai alkana C-H. Selain itu, puncak vibrasi terlihat pada daerah 1373,32 cm-1 menunjukkan adanya regangan vibrasi C-O alkohol dan pada daerah serapan 948,98 cm-1 menunjukkan vibrasi gugus C- O-C.
Hasil Analisis spektrum FT-IR dari film kitosan-mikrokristal selulosa dapat dilihat puncak-puncak daerah serapan antara lain yang menunjukkan adanya regangan 3448,72 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi regangan O-H (regangan), pada daerah serapan 2931,80 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi C-H (regangan) dari rantai alkana, pada daerah serapan 1635,4 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi regangan N-H, pada daerah serapan 1381,03 cm-1 menunjukkan
adanya vibrasi regangan C-O alkohol dan pada daerah serapan 902,69 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi C-O-C
Berdasarkan data panjang gelombang film kitosan dan film kitosan- mikrokristal selulosa (MCC) tidak mengalami perubahan yang signifikan pada gugus fungsinya. Hal ini dikarenakan film yang dihasilkan merupakan proses blending secara fisika sehingga tidak ditemukan gugus fungsi baru. Spektrum FT- IR film kitosan dan film kitosan-MCC dapat dlihat pada Gambar 4.9:
Gambar 4.9 Spektrum FT-IR dari film kitosan dan film kitosan-MCC 4.2.3.2 Analisis Adsorpsi Sampel
Di dalam penelitian ini sebelum dilakukan analisis sampel dilakukan pengecekan terhadap alat spektrofotometer serapan atom (SSA) dengan hasil data kalibrasi pada Tabel 4.3:
Tabel 4.3 Data Absorbansi Larutan Seri Standar Ion Timbal (Pb2+) Konsentrasi (mg/L) Adsorbansi Rata-Rata (A)
0 0.0004
0.5 0.0095
1 0.0175
2 0.0388
4 0.0832
8 0.1585
12 0.2316
16 0.2975
Gambar 4.10 Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar Pb2+
Dari kurva yang dihasilkan diperoleh harga koefisien korelasi (R2) kurva kalibrasi diatas adalah sebesar 0,9985 yang menunjukkan ahwa alat yang digunakan mempunyai respon yang sangat baik. Setelah didapat kurva kalibrasi, selanjutnya dilakukan analisis terhadap sampel (larutan standar 5 mg/l) hasil analisis adsorpsi dengan AAS sehingga diperoleh hasil seperti Tabel 4.4:
y = 0,0189x + 0,0021 R² = 0,9985
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Adsorbansi
Konsentrasi Larutan Seri Standar Pb(mg/L)
Tabel 4.4 Hasil Penurunan Ion Pb2+ setelah diserap dengan Film Kitosan-MCC
No Kitosan (g) MCC (g) Konsentrasi (mg/L) % Ion Pb
Terserap
1 2 0 1,0441 89.978
2 1,9 0,1 0,4189 99.456
3 1,8 0,2 0,6821 99,29
4 1,7 0,3 0,6961 98,88
Berdasarkan data Tabel 4.4 menunjukkan bahwa penurunan kadar logam timbal (Pb) yang paling tinggi adalah pada Film kitosan-MCC dengan penambahan 0,1 g MCC yaitu 99,46 %, sedangkan penurunan kadar logam yang pembentukan Film kitosan tanpa penambahan MCC yaitu 89,978 %. Sedangkan pada pembentukan Film kitosan dengan variasi MCC 0,2 dan 0,3 sudah mengalami penurunan penyerapan logam. Kurva daya serap Film dapat dilihat pada Gambar 4.11:
Gambar 4.11 Kurva Daya Serap Terhadap Ion Logam Pb2+ dengan Film Kitosan MCC
Kitosan
Kit+0.1MCC Kit+0.2MCC Kit+0.3MCC; 98,88
88 90 92 94 96 98 100 102
0 1 2 3 4 5
Persen Adsorbansi
Variasi Film
Adsorbansi (%)
Adsorbansi (%)
