dc.description.abstract | Frond sagu merupakan pucuk batang pohon sagu dengan panjang sekitar 10-
20% dari batang sagu yang dibuang sebagai limbah lignoselulosa dari proses
produksi pati sagu. Indonesia merupakan penghasil sagu terbesar di dunia, sehingga
frond sagu ketersediaan sangat berlimpah, namun tidak termanfaatkan. Disisi lain,
limbah dari berbagai jenis pewarna sintetik juga dihasilkan dalam jumlah berlimpah
dari kegiatan industri tekstil, karet, plastik, kertas, farmasi, kosmetik, percetakan
dan makanan. Limbah-limbah ini perlu penanganan dan pengelolaan agar tidak
mencemari lingkungan. Penelitian ini mempunyai 3 tujuan utama yaitu: (1) isolasi
dan modifikasi selulosa dan NCC, (2) sintesis bead komposit pati, alginat/kitosan
dengan penguat NCC, dan (3) pengujian kinerja adsorpsi-desorpsi adsorben bead
komposit pada larutan pewarna kationik dan anionik.
Serat frond sagu mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin masingmasing
23.70%, 26.14% dan 29.70% dengan derajat kristalinitas 30.90%. Serat ini
berpotensi digunakan sebagai bahan selulosa. Proses isolasi selulosa dilakukan
dalam dua tahap yaitu proses delignifikasi dan bleaching. Proses delignifikasi
sebaiknya menggunakan konsentrasi NaOH 10% (b/v) selama 2 jam, pada suhu
100oC dan dilanjutkan dengan proses bleaching menggunakan agen alkali hidrogen
peroksida selama 2 jam pada suhu 90oC, sehingga dihasilkan selulosa frond sagu.
Proses delignifikasi dan bleaching mampu meningkatkan kemurnian selulosa yang
ditandai dengan peningkatan derajat kristalinitas serat frond sagu dari 30.9%
menjadi 60.30%, kadar selulosa dari 23.70% menjadi 68.42%, sedangkan kadar
lignin menurun dari 29.70% menjadi 3.84% dan hemiselulosa dari 26.14% menjadi
2.81%. Karakteristik ini berpotensi digunakan sebagai bahan NCC.
Isolasi NCC dari selulosa frond sagu dilakukan dengan optimasi hidrolisis
asam sulfat pada berbagai variasi konsentrasi asam sulfat, suhu dan waktu proses
menggunakan pemodelan dengan metode Respone Surface Methodology. Kondisi
optimum proses isolasi NCC diperoleh pada konsentrasi asam sulfat 56.46%, suhu
60.51oC dan waktu proses 48.57 menit dengan nilai prediksi derajat kristalinitas
dari model yaitu sekitar 74.01%. Isolasi NCC dengan asam sulfat mampu
meningkatkan derajat kristalinitas dari 60.30% (selulosa) menjadi 70.63% (NCC)
dengan ukuran diameter serat yaitu berkisar antara 6.89 nm sampai 22.91 nm.
Modifikasi selulosa dan NCC telah berhasil dilakukan yang ditandai oleh
perubahan muatan permukaan selulosa dan NCC dari bermuatan negatif menjadi
positif. Proses modifikasi dengan agen kationik cetyltrimethylammonium bromide
(CTAB) dan 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride (CHPTAC)
menyebabkan derajat kristalinitas selulosa termodifikasi menurun sekitar 30%
terhadap selulosa dan NCC termodifikasi menurun 15% terhadap NCC. Stabilitas
termal selulosa dan NCC termodifikasi juga menurun masing-masing sekitar 5%
pada selulosa dan 10% pada NCC terhadap derajat kristalinitas serat sebelum
dimodifikasi. Meskipun karakteristik selulosa dan NCC termodifikasi mengalami
penurunan, namun perubahan muatan dari anionik menjadi kationik menunjukkan
modifikasi kationik telah berhasil dilakukan. Selanjutnya, selulosa dan NCC
termodifikasi berpotensi diaplikasikan dalam bidang yang lebih luas, terutama pada
senyawa-senyawa polimer non-polar maupun hidrofobik. Sementara itu, NCC
mempunyai nilai aspek rasio panjang terhadap diameter serat (L/d) tinggi, derajat
kristalinitas dan stabilitas cukup tinggi, sehingga berpotensi diaplikasikan sebagai
bahan penguat komposit.
Aplikasi NCC sebagai penguat komposit pati, alginat/kitosan (Pati-Alg/Chi)
menunjukkan bahwa konsentrasi NCC berpengaruh positif terhadap karakteristik
fisik mekanik bead komposit. Peningkatan konsentrasi NCC dari 0% sampai 0.2%
pada komposit Pati-Alg mampu meningkatkan kekerasan, kekuatan tekan, modulus
Young dan stabilitas termal masing-masing sekitar 80%, 45%, 120% dan 14%
terhadap bead komposit Pati-Alg tanpa NCC. Sementara itu, peningkatan
konsentrasi NCC mencapai 0.6% (b/b) pada bead komposit Pati-Chi mampu
meningkatkan kekerasan dan modulus Young sekitar 300%, tegangan tekan sekitar
60% dan stabilitas termal sekitar 2% terhadap bead komposit Pati-Chi tanpa NCC.
Aplikasi bead komposit Pati-Alg-NCC sebagai adsorben pewarna kationik
Methylene Blue (MB) dan Pati-Chi-NCC sebagai adsorben pewarna anionik Congo
Red (CR) terbukti dapat digunakan sebagai adsorben pewarna sintetis. Kapasitas
dan persentase adsorpsi pewarna MB dan CR oleh adsorben dipengaruhi oleh
konsentrasi awal pewarna, waktu kontak, dosis adsorben, pH dan suhu. Secara
umum, kapasitas maksimum adsorpsi pewarna MB dan CR diperoleh pada kondisi
konsentrasi awal pewarna dan suhu semakin tinggi, namun dosis adsorben semakin
rendah. Sementara, persentase adsorpsi tinggi diperoleh pada kondisi konsentrasi
pewarna awal rendah, namun dosis adsorben dan suhu semakin tinggi. Waktu
kontak semakin lama mengakibatkan kapasitas dan persentase adsorpsi pewarna
semakin tinggi. Namun, laju adsorpsi menurun dengan meningkatnya konsentrasi
awal pewarna. Adsorpsi pewarna MB dan CR merupakan adsorpsi monolayer
dengan sisi aktif terdistribusi secara homogen pada permukaan adsorben, proses
adsorpsi terjadi secara spontan dan didominasi oleh adanya interaksi kimia. Hal ini
ditunjukkan dari model isotermis Langmuir dan kinetika pseudo-second-order.
Sementara itu, model termodinamika adsorpsi menunjukkan bahwa interaksi antara
pewarna dengan adsorben terjadi melalui reaksi endotermis (ΔHo positif) dan
bersifat favorable dengan semakin meningkatnya suhu (ΔGo negatif). Adsorben
bead Pati-Alg-NCC mempunyai kapasitas adsorpsi maksimum pewarna MB
sebesar 21.10 mg/g, tidak jauh berbeda dengan selulosa sebesar 20.49 mg/g.
Sementara itu, adsorpsi pewarna CR dengan adsorben selulosa-CTAB dan
CHPTAC cenderung menghasilkan kapasitas pewarna CR lebih tinggi yaitu
masing-masing 23.20 mg/g dan 22.73 mg/g dibandingkan dengan selulosa dan bead
Pati-Chi-NCC yaitu masing-masing 16.56 mg/g dan 17.24 mg/g. Penambahan NCC
pada bead komposit tidak hanya berfungsi sebagai penguat, tetapi juga
meningkatkan kapasitas adsorpsi MB dengan bead Pati-Alg-NCC sekitar 7% dan
adsorpsi CR dengan bead Pati-Chi-NCC sekitar 3%. Kapasitas adsorpsi adsorben
setelah 4 kali siklus adsorpsi-desorpsi menggunakan etanol 70% (v/v) mengalami
penurunan sekitar 30% dari kapasitas awal adsorben, menunjukkan bahwa adsorben
dapat digunakan berulang-ulang. | id |