BAB IPENDAHULUAN1.1. Judul Penelitian Pembuatan Cellulose Powder dari Ampas Tebu dengan Variasi Konsentrasi dan Volume Larutan H2SO4. 1.2. Latar BelakangNanocrystalline Cellulose (NCC) adalah material yang terbuat dari selulosa serta berukuran nano dengan bentuk molekulnya memanjang yakni 5-20 nm untuk lebar dan panjangnya 10 nm sampai beberapa mikrometer. Bersifat thixotropy, yang artinya viscous pada kondisi normal sedangkan akan menjadi lebih encer saat mengalami gangguan. Tensile strength NCC mencapai 500 MPa, mirip dengan aluminium, kekakuannya sekitat 140-220 GPa hampir menyaingi kevlar, dan strength ratio-nya 8 kali dari stainless steel.NCC dapat diperoleh dari serat tanaman dengan cara hidrolisis asam. Biasanya dibuat dari bubur kayu tapi tidak menutup kemungkinan dari bagian tanaman lainnya. NCC diproduksi memakai 64% asam sulfat untuk menghidrolisis daerah amorf dari polimer selulosa, meninggalkan kristal yang tidak terpengaruh asam sebagai produk. Untuk produksi secara massal sendiri telah dilakukan perusahaan Amerika dan India. Harga perkilo NCC berkisar hingga 25-40 juta rupiah.Aplikasi dari nano selulosa sendiri sangat luas. Nanocellulose dapat dibuat menjadi aerogel, penguat bahan pada komposit, pengganti karbohidrat rendah kalori pada makanan, absorben, pengemulsi minyak di air, coating agent, komponen elektronik dan lain sebagainya.Turunan lain dari selulosa adalah selulosa asetat. Zat ini digunakan pada dasaran film di fotografi, sebagai pita magnetik pada computer dan bahan satin karena sifatnya yang lembut, kering dan agak elastis. Selulosa asetat memiliki rumus molekul [C6H7O.(O2OCH3)3]x. Selulosa asetat mempunyai karakteristik termoplastik, hidrofilik, luas area besar dan larut di solven organik.Selulosa asetat dibuat dari bubuk selulosa yang direaksikan dengan asam asetat dan asetat anhidrat dalam suasana asam dibantu oleh asam sulfat. Setelah terbentu, selulosa asetat dilarutkan pada aseton untuk ekstruksi lewat spinneret. Saat filamen mulai keluar, solven diuapkan dengan udara hangat lewat dry spinning, sehingga terbentuk serat selulosa asetat.Nitroselulosa juga merupakan turunan dari selulosa. Rumus kimianya C6H7(NO2)3O5 . Disebut juga selulosa nitrat, bersifat sangat flammable diperoleh dari mereaksikan asam nitrat dengan selulosa dan dalam suasana asam dibantu oleh asam sulfat. Digunakan sebagai propelan juga dan disebut guncotton. Kelemahanya adalah sangat reaktif tapi untuk mengakalinya, selulosa direaksikan dengan asam dengan konsentrasi rendah.. Untuk selulosa yang dinitrasi sebagian, bisa digunakan untuk film plastik dan pelapis kayu. Carboxymethyl cellulose (CMC) atau cellulose gum adalah turunan selulosa dengan carboxymethyl grup dan berikatan dengan hydroxyl grup. Zat ini disintesis dengan reaksi bersuasana basa antara selulosa dengan asam kloroasetat. Aplikasi untuk CMC sangat luas. Pada bidang pangan digunakan untuk modifier dan menyetabilkan emulsi pada es krim. Hal tersebut karena sifatnya yang kental, tidak beracun dan tidak menimbulkan alergi. CMC dipakai pada produk makanan yang gluten free. Dipakai juga sebagai campuran pada es untuk menurunkan titik beku. Pada aplikasi di enzimologi, CMC dipakai untuk mengkarakteristik aktivitas enzim endoglukanase.Bermacam-macam zat di atas dibuat dengan bahan dasar selulosa. Selulosa yang telah diproses sendiri biasanya berbentuk bubuk yang tidak berbau. Merupakan polisakarida dengan formula (C6H10O5)n. Selulosa adalah komponen struktural pada dinding sel primer dari tanaman dan bersifat hidrofilik tetapi tidak larut di air. Kandungan selulosa pada kapas sekitar 90% sedangkan kayu 40-50%. Umumnya selulosa sendiri diproses untuk menjadi kertas dan katun, tapi tidak menutup kemungkinan sebagai bahan etanol. Pada industry kimia, dihasilkan berbagai zat seperti di atas yang selanjutnya bias diproses lebih lanjut dan nilai ekonomisnya meningkat tajam.Di Indonesia sendiri terkenal akan kekuatan agarisnya. Banyak hasil bumi yang tumbuh subur di Indonesia. Salah satu produk pertanian yang menjanjikan untuk dibudidayakan di Indonesia adalah tebu. Tebu sendiri diambil sarinya untuk dimanfaatkan sebagai gula ataupun vetsin. Produksi tebu nasional pada tahun 2013 diperkirakan mencapai 2.581.039 ton (Ditjenbun, 2013). Hal tersebut tentu menyebabkan produk samping tebu juga menjadi makin banyak seperti ampas tebu. Jika tidak ditangani dengan benar, dikhawatirkan akan menyebabkan pencemaran lingkungan baik saat penyimpana maupun saat pemanfaatan untuk bahan bakar pabrik.Ampas tebu merupakan hasil samping dari proses ekstraksi (pemerahan) cairan tebu. Dari data pabrik gula PT. Madukismo dihasilkan ampas tebu sekitar 35 40% dari berat tebu yang digiling. Berdasarkan data dari Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia (P3GI) ampas tebu yang dihasilkan sebanyak 32% dari berat tebu giling. Pada musim giling 2012 lalu, data yang diperoleh dari Ikatan Ahli Gula Indonesia (Ikagi) menunjukkan bahwa jumlah tebu yang digiling oleh 57 pabrik gula di Indonesia mencapai sekitar 30 juta ton, sehingga ampas tebu yang dihasilkan diperkirakan mencapai 9.640.000 ton. Namun, sebanyak 60% dari ampas tebu tersebut dimanfaatkan oleh pabrik gula sebagai bahan bakar, bahan baku untuk kertas, bahan baku industri kanvas rem, industri jamur dan lain-lain. Oleh karena itu diperkirakan sebanyak 40% dari ampas tebu tersebut belum dimanfaatkan.Kandungan selulosa yang tinggi menjadikan baggase dapat dijadikan bahan baku pembuatan bubuk selulosa. Selulosa dapat dimanfaatkan menjadi kertas, karton, rayon, cellulose powder, selulosa asetat, carboxymethyl cellulose (CMC), nitro selulosa, nanocrystalline cellulose dan lain-lain tergantung dari kadar selulosanya. Nama Selulosa Hemiselulosa Lignin Keterangan

Abaka 60-65 6-8 5-10 Pisang

Coir 43 1 45 Sabut Kelapa

Kapas 90 6 - Bungkus, Biji

Bagas 37-42 12,56 19,95 Kulit Batang

Nenas 80 - 12 Daunnya

Rami 80-85 3-4 0,5-1 Kulit Batang

Sisal 60-67 10-15 8-12 Daun

Straw 40 28 18 -

Tabel 1. Komposisi Kimia Serat Alam (Lilhot,2001)Ampas tebu (baggase) mengandung sekitar 46% selulosa. Berdasarkan data diatas, dapat dilihat bahwa produksi gula pada tahun 2013 menghasilkan ampas tebu sebesar 825.932,48 ton. Dan bila dihitung jumlah selulosa potensial yang terdapat dalam ampas tebu sebesar 379.929 ton. Dengan jumlah tersebut, ampas tebu di Indonesia sangat berpotensi untuk dimanfaatkan selulosanya.Selulosa adalah biopolimer yang sangat bermanfaat dan dapat diperbaharui. Dengan pembuatan selulosa dari ampas tebu ini diharapkan dapat menambah nilai ekonomis dari ampas tebu sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat tani di negara agraris ini dan menjadikan Indonesia lebih mandiri dalam memproduksi selulosa sendiri dengan memanfaatkan khasanah lokal.1.3. Rumusan MasalahBaggase dari tebu merupakan sisa proses pabrik berupa rafinat padat dan nilai ekonomisnya tetap rendah bila sekedar dipakai untuk proses pembakaran pada pabrik gula. Untuk itu diperlukan perlakuan lebih agar meningkatkan daya jualnya di pasaran. Tidak hanya terbatas pada bubuk selulosa saja, tetapi dengan pengolahan lanjut, bisa diproses menjadi produk nitroselulosa, selulosa asetat, carboxymethyl cellulose (CMC), hingga nanocrystalline cellulose yang sangat dibutuhkan di berbagai jenis industri.Penelitian kali ini dilakukan sebagai bentuk usaha memanfaatkan limbah ampas tebu agar mempunyai nilai lebih, yakni dalam bentuk cellulose powder daripada dimanfaatkan sebagai bahan bakar pabrik saja. Dengan adanya penelitian ini diharapkan membantu dalam penentuan kondisi optimum pembuatan cellulose powder terutama pada variasi konsentrasi dan volume asam sulfat sebagai reagen.Wujud penelitian ditentukan batasan hanya sampai pembentukan cellulose powder dengan rangkaian kerja berupa proses hidrolisis ampas tebu dengan menggunakan larutan H2SO4, delignifikasi dengan larutan KOH, dan proses bleaching dengan larutan H2O2. Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah konsentrasi dan volume larutan H2SO4.1.4. Tujuan PenelitianPenelitian ini bertujuan untuk mencari kondisi optimum yang memberikan kualitas dan kuantitas selulosa terbaik, yakni pada :1. Kuantitas selulosa meliputi jumlah selulosa yang dihasilkan dari proses pembuatan selulosa dari ampas tebu.2. Kualitas selulosa meliputi warna, ukuran selulosa dan kadar selulosa yang akan diuji dengan Scanning Electron Microscope (SEM).1.5. ManfaatManfaat dari penelitian ini adalah :1. Mengetahui kondisi optimum (waktu dan suhu proses serta volume dan konsentrasi reagen) dalam proses pembuatan selulosa kualitas tinggi.2. Meningkatkan nilai ekonomi dari ampas tebu yang diolah menjadi selulosa yang memiliki kualitas dan kuantitas yang baik.3. Menghasilkan selulosa yang berkualitas sehingga bisa diproses lanjut menjadi selulosa asetat, nitroselulosa, carboxymethyl cellulose, atau nanocrystalline cellulose.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Pustaka1) Ampas tebuTanaman tebu (Saccharum officinarum) merupakan tumbuhan tropis yang tergolong jenis rumput-rumputan dan dibudidayakan untuk diambil gulanya dan bisa diolah lebih lanjut menjadi vetsin. Tebu sendiri sudah dikembangkan sejak 1000 BC di New Guinea dan pulau sekitarnya, dan dari situ berlanjut ke India dan dataran Cina.Ampas tebu adalah limbah padat benbentuk serat berasal dari sisa perasan batang tebu pada ekstraksi gulanya. Ampas tebu sebagian besar mengandung ligno-cellulose. Panjang seratnya antara 1,7 sampai 2 mm dengan diameter sekitar 20 mikro. Ampas tebu selain dimanfaatkan sendiri oleh pabrik sebagai bahan bakar pemasakan nira, juga dimanfaatkan oleh pabrik kertas sebagai pulp campuran pembuat kertas. Pada bebrapa negara amerika latin, Ampasnya bisa dipakai untuk pembuatan kertas, nilon dan bahkan obat-obatan. Ampas tebu mengandung air 48 - 52%, gula rata-rata 3,3% dan serat rata-rata 47,7%. Serat bagasse tidak dapat larut dalam air dan sebagian besar terdiri dari selulosa, pentosan dan lignin (Husin, 2007).

Kandungan zat dalam baggase adalah sebagai berikut:KandunganKadar (%)

Abu3,82

Lignin22,09

Selulosa37,65

Sari1,81

Pentosan27,97

SiO233,01

Tabel 2. Hasil Analisis Serat Bagasse (Husin, 2007)2) SelulosaSelulosa adalah salah satu penyusun utama jaringan tanaman berkayu. Bahan tersebut utamanya terdapat pada tanaman kertas, namun demikian pada dasamya selulosa terdapat pada setiap jenis tanaman, termasuk tanaman semusim, tanaman perdu dan tanaman rambat bahkan tumbuhan paling sederhana sekalipun, seperti: jamur, ganggang dan lumut. Sifat fisik selulosa adalah zat yang padat, kuat, berwarna putih, dan tidak larut dalam alkohol dan eter.Selulosa merupakan senyawa polisakarida yang banyak di alam. Bobot molekulnya besar, struktumya teratur berupa polimer yang linear terdiri dari unit ulangan -D-Glukopiranosa. Secara kimia, selulosa dalam kondisi asam yang kuat dan konsentrasi alkohol yang berlebih, akan terjadi reaksi etherifikasi selulosa yaitu reaksi antara selulosa dengan alkohol membentuk ether. Karakteristik selulosa antara lain muncul karena adanya struktur kristalin dan amorf serta pembentukan micro fibril dan fibril yang pada akhirnya menjadi serat selulosa.

Gambar 1. Struktur molekul selulosa

Berdasarkan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu Selulosa (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat. Selulosa dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemumian selulosa. Selulosa (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat, dapat mengendap bila dinetralkan Selulosa (Gamma cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat, tetapi tidak dapat mengendap bila dinetralkan. Selulosa ini memiliki derajat polimerisasi paling rendah, yaitu di bawah 15. Selulosa merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi (murni). Selulosa > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri sandang/kain rayon.Pada selulosa yang berbentuk bubuk atau yang biasa dikenal sebagai cellulose powder biasa digunakan dalam aplikasi anti-caking karena memiliki kemampuan higroskopis (kemampuan dalam menyerap kelembaban).

3) Senyawa Turunan Selulosaa. Selulosa Asetat (Cellulose Acetat atau CA)Selulosa sebagai polihidroksi alkohol bisa mengalami reaksi esterifikasi. Adanya asam menyebabkan terjadi reaksi kesetimbangan pada skema berikut ini: Asam + Alkohol EsterAgar reaksi berjalan ke kanan, asam yang digunakan diganti dengan asam asetat anhidrid, dan asam sulfat berperan sebagai katalis.Hidrolisis selulosa asetat bisa dilakukan dengan menambahkan asam asetat yang mengandung air dalam sistem reaksi. Gugus asetil pada atom karbon nomor enam terhidrolisis menjadi gugus hidroksil karena posisi atom karbon tersebut mempunyai halangan sterik yang paling kecil. Produk yang dihasilkan adalah selulosa diasetat, dan setelah dicuci dan dikeringkan, selulosa diasetat bisa dilarutkan dalam aseton untuk operasi pemintalan.

Gambar 3. Struktur Molekul Selulosa AsetatSelulosa asetat dibuat dengan mereaksikan antara selulosa dengan asam anhidrida, dengan katalis asam sulfat. Penambahan katalis asam sulfat dengan menggunakan asam asetat anhidrida mula-mula akan membentuk acetyl sulfuric acid akan bereaksi dengan selulosa membentuk selulosa asetat. Kegunaan selulosa asetat antara lain yakni serat rayon pada sandang, bahan filter pada industry rokok, dan coating pada industry pelapis.a. Carboxymethyl cellulose (CMC)Carboxymethyl cellulose (CMC) adalah salah satu senyawa turunan selulosa dan sering digunakan dalam industri pangan. CMC merupakan zat dengan warna putih atau sedikit kekuningan, tidak berbau dan tdak berasa, berbentuk granula yang halus atau bubuk yang bersifat higroskopis dan mudah larut dalam air. Ada empat sifat fungsional yang penting dari CMC yaitu untuk pengental, stabilisator, pembentuk gel dan beberapa hal sebagai pengemulsi.Struktur CMC dasar adalah 1,4-Glukopiranosa yang merupakan polimer selulosa. Molekul CMC umumnya agak pendek dibandingkan selulosa alami. Pembuatan CMC meliputi tahap alkalisasi yaitu pereaksian antara selulosa dengan NaOH (alkali), yang dilanjutkan dengan reaksi karboksimetilasi antara alkali selulosa dengan garam sodium monokloroasetat (Heinze dan Pfeiffer, 1999).Secara garis besar, proses pembuatan CMC melalui 2 tahap reaksi yaitu pertama reaksi alkalilasi dan kedua rekasi eterifikasi. Pada reaksi pertama, yaitu alkalilasi merupakan reaksi antara selulosa dengan natrium hidroksida (NaOH) menjadi alkali selulosa (selulosa yang bersifat larut dalam larutan soda). Sedangkan tahap kedua, yaitu eterifikasi merupakan reaksi antara alkali selulosa dengan senyawa natrium kloro asetat menjadi CMC.

Gambar 2. Struktur Molekul Carboxymethil Celluloseb. Nitroselulosa (Nitrocellulose atau NC)Nitroselulosa mempunyai rumus molekul (C6H7O2(OH)3)n. Dari rumus molekul ini tampak bahwa unsur-unsur bahan bakar (fuel) yaitu C dan H bergabung dengan unsur oksidator yaitu O membentuk satu senyawa yang mampu terbakar apabila dikenai energi aktivasi walaupun tanpa kehadiran oksigen dari udara (udara mengandung 21 %v oksigen dan 79 %v nitrogen).Nitroselulose (