Judul: Desain Proses Isolasi dan Aplikasi Nanokristalin Selulosa dari Frond Sagu sebagai Serat Penguat untuk Bead Komposit Adsorben Pewarna
Abstrak: 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
Keyword: adsorpsi, frond sagu, komposit, nanokristalin selulosa