Perancangan proses pembuatan selulosa asetat dari selulosa mikrobial untuk membran ultrafiltrasi

Abstract

Selulosa asetat merupakan salah satu jenis polimer yang banyak digunakan untuk industri, salah satunya sebagai polimer pada pembuatan membran ultrafiltrasi. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas dua jenis yaitu selulosa triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat (selulosa asetat sekunder). Selulosa asetat primer dibuat melalui reaksi esterifikasi (asetilasi) selulosa dengan pereaksi anhidrida asetat, sedangkan selulosa asetat sekunder dibuat dengan cara menghidrolisis selulosa asetat primer. Secara komersial selulosa asetat dibuat dengan menggunakan bahan baku pulp kayu berkualitas tinggi. Salah satu masalah dalam produksi selulosa asetat dari pulp kayu adalah rendahnya kualitas dan kemurnian selulosa kayu karena pulp kayu masih mengandung hemiselulosa dan lignin. Selulosa mikrobial adalah jenis selulosa yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Selulosa mikrobial bersifat renewable (dapat diperbarui), mempunyai karakteristik yang unik dan relatif lebih murni dibandingkan dengan selulosa kayu. Selulosa mikrobial merupakan salah satu alternatif sebagai sumber selulosa pada pembuatan selulosa asetat. Membran ultrafiltrasi (UF) selulosa asetat merupakan salah satu jenis membran yang banyak digunakan pada proses pemisahan makromolekul. Membran UF mempunyai ukuran pori berkisar 0,1 – 0,001mm. Membran UF selulosa asetat umumnya dibuat dengan metoda inversi fasa menggunakan pelarut yang sesuai dengan jenis selulosa asetat yang digunakan Penelitian ini bertujuan untuk (1) mendapatkan kondisi proses (konsentrasi asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat (2) mendapatkan kondisi proses (rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat kadar asetil 37-42 % dan (3) mendapatkan karakteristik (MWCO) membran ultrafiltrasi yang dihasilkan. Penelitian ini dilakukan secara bertahap yang terdiri atas 3 tahap yaitu (1) optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (2) optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dan (3) pembuatan dan karakterisasi membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial. Penentuan kondisi optimum proses asetilasi dan hidrolisis dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat (Response Surface Methodology-Central Composite Design. Pembuatan membran UF dilakukan dengan dengan metode inversi fasa–presipitasi immersi, dengan pelarut dimetilformamida dan non pelarut berupa air. Selulosa diasetat mikrobial yang digunakan mempunyai kadar asetil berkisar 37% – 40 %, konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12-20% dan suhu air koagulasi berkisar 2-26 oC. Karakteristik membran UF yang diamati meliputi fluks dan rejeksi membran dengan menggunakan umpan Bovin Serum Albumin bobot molekul 67 kDa dan dekstran bobot molekul 37 kDa dan MWCO membran. Hasil optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial menunjukkan kondisi optimum proses asetilasi terjadi pada konsentrasi asam sulfat 1,5% (v/b), rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial 3,35, suhu 50 oC, dan waktu asetilasi 323 menit dengan hasil perolehan maksimum selulosa triasetat sebesar 1,79 (b/b) dan kadar asetil selulosa triasetat sebesar 45,78 %. Perlakuan rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial dan waktu asetilasi berpengaruh nyata terhadap terhadap perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan sedangkan konsentrasi asam sulfat dan suhu asetilasi tidak berpengaruh nyata. Pengaruh rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial (X1) dan waktu asetilasi (X2) terhadap perolehan (Yper STA) dan kadar asetil selulosa triasetat (Ykasetil STA) pada proses asetilasi selulosa mikrobial dapat dinyatakan seperti persamaan berikut: Y per STA =1,7425 + 0,1659 X1 + 0,0773X2 – 0,1230 X1 2 – 0,0200 X1X2 – 0,1205 X2 2 Y kasetil STA = 45,7950 + 0,2321X1 + 0,2147X2 – 0,2777X1 2 –0,0508X1X2 – 0,3528 X2 2 Hasil optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat menunjukkan kondisi optimum hidrolisis terjadi pada konsentrasi asam sulfat 1% (v/b), rasio air terhadap selulosa mikrobial 1,066 dan suhu 50 oC. Perlakuan rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu hidrolisis berpengaruh nyata terhadap kadar asetil selulosa diasetat. Pengaruh faktor rasio air terhadap selulosa mikrobial (X1), waktu (X2), konsentrasi asam sulfat (X3) dan suhu (X4) terhadap kadar asetil selulosa diasetat (Yka SDA) yang dihasilkan pada proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dapat dinyatakan seperti persamaan berikut: Yka SDA = 41,5200- 0,2198X 1 - 1,5915X 2 - 0,6582X3 - 1,6582X4 - 0,6255X1 2 -0,1330X3 2 -0,2940X2X3 - 0,2040X1X4 - 0,7028X2X4 - 0,1760X 3X4 Selulosa diasetat mikrobial yang dihasilkan (kadar asetil 37-42%) dapat digunakan sebagai polimer pada pembuatan membran. Membran ultrafiltrasi yang dibuat dari selulosa diasetat kadar asetil 37,21% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 14%, 16%, 18%, 20%) dan membran yang dibuat dari selulosa diasetat kadar asetil 38,11% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 12% dan 14%) merupakan membran ultrafiltrasi dengan MWCO sebesar 67 kDa. Membran yang dibuat dari selulosa diasetat kadar asetil 38,11% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 18%, 20%) dan membran yang dibuat dari SDA kadar asetil 39,19% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 12%, 14%, 16%,18%) serta membran yang dibuat dari selulosa diasetat kadar asetil 40,22% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 12%, 14%) merupakan membran ultrafiltrasi dengan MWCO sebesar 60 kDa