KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB...

69
KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL MENGGUNAKAN KATALIS LaCr 0,7 Mo 0,3 O 3±δ (Skripsi) Oleh SURTINI KARLINA SARI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016

Transcript of KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB...

Page 1: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL

MENGGUNAKAN KATALIS LaCr0,7Mo0,3O3±δ

(Skripsi)

Oleh

SURTINI KARLINA SARI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2016

Page 2: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

ABSTRAK

KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL

MENGGUNAKAN KATALIS LaCr0,7Mo0,3O3±δ

Oleh

Surtini Karlina Sari

Pada penelitian ini, katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ telah dipreparasi menggunakan

metode sol-gel dan pektin sebagai agen pengemulsi, dilanjutkan dengan kalsinasi

pada temperatur 600 dan 700 oC. Katalis telah dikarakterisasi dengan teknik yang

berbeda. Katalis digunakan untuk uji konversi selulosa menjadi gula alkohol pada

temperatur 100, 120 dan 140 oC serta aliran gas H2 50 ml/menit dari awal proses

hidrolisis selulosa selama 1, 2 dan 3 jam. Analisis keasaman dengan metode

gravimetri, mengungkapkan bahwa katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ memiliki keasaman

6,36 dan 6,17 mmol piridin/gram pada katalis yang telah dikalsinasi 600 dan 700 oC. Berdasarkan metode Fourier Transform Infra Red (FTIR) situs asam Lewis

lebih dominan. Hasil analisis difraksi sinar-X (XRD) katalis terdiri dari beberapa

fasa kristal yakni fasa La2(MoO4)3, LaCrO3, dan sedikit LaCrO4 dengan fasa

kristal terbanyak berupa LaCrO3 pada katalis 700 oC. Hasil analisis morfologi

katalis dengan metode Transmission Electron Microscop (TEM) menunjukkan

morfologi permukaan yang heterogen. Hasil analisis distribusi ukuran partikel

dengan metode Particle Size Analyzer (PSA) menunjukkan adanya nanopartikel

dengan jumlah relatif 15,35% pada kalsinasi 600 o

C dan 13,38 % pada kalsinasi

700 oC. Uji Fehling mengindikasikan bahwa hasil terbaik diperoleh menggunakan

aliran gas H2 50 ml/menit dan waktu hidrolisis 2 jam. Analisis menggunakan

High Performance Liquid Chromatography (HPLC) mengungkapkan bahwa

selulosa dikonversi menjadi mannitol dengan konsentrasi tertinggi sebesar

30504,58 ppm dihasilkan dari eksperimen pada kondisi 100 oC, menggunakan

katalis yang dikalsinasi pada 700 oC.

Page 3: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

ABSTRACT

CELLULOSE CONVERSION INTO SUGAR ALCOHOL

USING THE CATALYST LaCr0,7Mo0,3O3 ± δ

By

Surtini Karlina Sari

In this study, LaCr0,7Mo0,3O3 ± δ catalysts were prepared using sol-gel method and

pectin as an emulsifying agent, followed by calcination at 600 and 700 oC. The

catalysts were characterized using different techniques. The catalysts were then

tested for conversion of cellulose into alcohol sugars at different temperatures of

100, 120 and 140 oC and 50 ml/min H2 gas flow, for different times of 1, 2, and 3

hours. The acidity by gravimetric methods revealed that LaCr0,7Mo0,3O3 ± δ

catalysts have acidity of 6.36 and 6.17mmol pyridine/gram of catalysts calcined

at 600 and 700 oC, respectively. According to Fourier Transform Infra Red (FTIR)

method the Lewis acid sites are predominant. The results of the analysis of X-ray

diffraction (XRD) indicated that catalyst comprises several crystalline phase,

including La2(MoO4)3, LaCrO3, and LaCrO4 with the highest crystallinity of

LaCrO3 exhibited by the catalyst calcined at 700 oC catalyst. The results of

morphology analysis using Transmission Electron Microscop (TEM) method

shows heterogeneous morphology of the surface. The results of the particle size

distribution analysis by Particle Size Analyzer (PSA) demonstrated the presence

of nano-particles with the relative amount of 15.35% in the catalyst calcinated at

600 oC and 13.38% in the catalyst calcinated at 700

oC. Fehling test indicated that

the best result was obtained using 50 ml/min H2 gas flow and hydrolysis time for

2 hours. Analysis using High Performance Liquid Chromatography (HPLC)

revealed that cellulose was converted into mannitol with the highest concentration

of 30504.58 ppm produced from the experiment carried out at 100 oC, using the

catalyst calcined at 700 oC.

Page 4: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL

MENGGUNAKAN KATALIS LaCr0,7Mo0,3O3±δ

Oleh

SURTINI KARLINA SARI

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar

SARJANA SAINS

pada

Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2016

Page 5: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan
Page 6: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan
Page 7: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal 14 Juni 1992 sebagai anak pertama

dari empat bersaudara dan merupakan buah hati dari pasangan Muhammad Saman dan

Erni.

Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 1 Kedaton Bandar

Lampung pada tahun 2004, Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 10 Bandar

Lampung pada tahun 2007, dan penulis menyelesaikan Sekolah Menengah Atas di

MAN 1 Bandar Lampung pada tahun 2010. Pada tahun 2010, penulis diterima sebagai

mahasiswa Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Lampung.

Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi asisten dosen praktikum Kimia

Dasar untuk Jurusan Agroteknologi dan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian

Unila pada tahun 2014. Pada tahun 2013 penulis melakukan Kerja Praktik di

Laboratorium Kimia Anorganik-Fisik Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung.

Penulis juga aktif di Lembaga Kemahasiswaan Himpunan Mahasiswa Kimia (Himaki)

periode 2012/2013 sebagai anggota bidang sosial masyarakat, Badan Eksekutif

Mahasiswa (BEM) FMIPA Unila periode 2012/2013 sebagai anggota muda. Rohani

Islam (ROIS) periode 2012/2013 sebagai anggota bidang sosial masyarakat, serta Bina

Rohani Islam Mahasiswa (Birohmah) periode 2013/2014 sebagai sekretaris staf sekjen.

Page 8: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti dan tanggung jawabku

Kepada

Orang-orang yang kusayangi:

Kedua orang tuaku, Mama dan Papa yang selalu mendukung dan mendoakan untuk keberhasilanku,

Adik-adikku Maya Surya Ningsih, Tri Dewi Cahyani, dan Rani Nirmala yang selalu memberi semangat dan dukungan yang luar biasa

disetiap langkahku,

Sahabat, Teman, dan Adik-adik yang selalu menemani dan berjuang bersamaku,

Guru-guru yang senantiasa membimbing dan membagi ilmunya untukku,

dan Almamater tercinta.

Page 9: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

“...Allah akan Mengangkat (derajat) orang-orang yang beriman

dan orang-orang yang diberi ilmu beberapa derajat... (Al-

Mujadalah: 11)”.

MOTO

Page 10: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

SANWACANA

Assalamualaikum Wr.Wb.

Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat, ridho,

dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam tidak lupa

penulis haturkan kepada Nabi Muhammad SAW sebagai suri tauladan umat manusia.

Skripsi dengan judul “Konversi Selulosa Menjadi Gula Alkohol Menggunakan

Katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ” adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Sains pada Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Lampung.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang

tulus kepada:

1. Dr. Rudy T. M. Situmeang, M.Sc., selaku Pembimbing Utama. Terimakasih karena

bapak telah membimbing penulis dengan penuh kesabaran. Memberikan ilmu

pengetahuan, motivasi, arahan, dan nasehat kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

2. Prof. Wasinton Simanjuntak, Ph.D., selaku pembantu pembimbing penulis atas

kesediaan waktu, memberikan petunjuk, saran, serta nasehat dalam menyelesaikan

skripsi ini.

Page 11: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

3. Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T., selaku pembahas dan Ketua Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung yang telah

memberikan banyak ilmu pengetahuan, kepercayaan, arahan, dan saran demi

terselesaikan skripsi ini.

4. Prof. Warsito, D.E.A., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

5. Dr. Noviany,S.Si., M.Si., Heri Satria, S.Si., M.Si., Ni Luh Gede Ratna Juliasih,

Dian Herasari, serta Seluruh dosen yang telah mengajarkan, membimbing, dan

memberikan ilmu dengan tulus.

6. Ibu Liza Aprilia, S.Si., selaku laboran Kimia Anorganik-Fisik FMIPA Universitas

Lampung, yang telah memberikan motivasi kepada penulis.

7. Bapak Gani dan Ibu Nora selaku administrasi Jurusan Kimia Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

8. Staf dan karyawan di Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Universitas Lampung.

9. Papa dan Mama terimakasih banyak untuk bantuan, usaha, kerja keras, nasehat, dan

senantiasa berkorban tanpa kenal lelah serta usaha untuk selalu memberikan yang

terbaik bagi penulis. Sosok yang sangat tulus dan membanggakan.

10. Nekno Papa (Alm) dan Nekno Mama, Makcik Zaura dan Bakcik Son, Bicik Heni

Ira Wati, S.Pd dan Om Febri, Mang Limurzikal dan cik Dina, Cik Rukmila dan Om

Ir. Handrason Napoleon, Wak Nazili dan makwo Elun, Wak Sudirman Lintang dan

Bude Mis Ria, S.E., Bakwo Sudin dan Makwo, Wak Mat dan Makwo, Abacik Mis

Nardi dan Makcik Ermi, Om Amin dan Tante Ida, Om Iskandar dan tante Depi.

Terimakasih atas dukungan baik moril maupun materil.

Page 12: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

11. Adik-adikku Maya Surya Ningsih, Tri Dewi Cahyani, Rani Nirmala, Yepi Tri

Apriani, Meita Indriani, atas doa, bantuan, dan dukungan bagi penulis. Juga seluruh

sepupuku. Terimakasih telah membersamai dan memberikan keceriaan.

12. Adik-adikku Intan, Ulis, Ema, Alif, Sarah, Fabian, Tegar, Nora, Inayah, Inka, Fira,

Fiyo, yang selalu memberikan semangat baru untuk penulis. Semoga sukses dan

bahagia selalu.

13. Sahabat sekaligus partner penelitian Lolita Napatilova Albert Kahar, S.Si.

Terimakasih untuk bantuan dan motivasi dalam menyelesaikan skripsi ini. Sukses

selalu untuk Iyi’.

14. Kakak dan adik-adik seperjuanganku, Septhian Try Sulistiyo, M.Si., Bapak Rodhi,

M.Si., Dani Agus Setiawan, S.Si., Sukmawibowo, S.Si., Richa Agustine, S.Si.,

Rizki Amalia, S.Si., Eva Dewi Novita, S.Si., Fatma Maharani, S.Si., Sanjaya Yudha

Gautama, calon S.Si., Feby Rinaldo Pratama, calon S.Si., Ana Maria Kristiani,

calon S.Si., dan tujuh adik ku yang cantik yang akan memulai praktik kerjanya.

Sukses dan bahagia selalu untuk kalian. Semoga Tuhan YME membalas kebaikan

kalian yang tidak terhingga. Juga Eka, Sofian, Edi, dan rekan-rekan yang telah

banyak membantu kami. Terimakasih dan sukses selalu.

15. Sahabatku Ariyanti, S.Si., Fajria Faizah, S.Si., Kristi Arina, S.Si., Hapin Afriani,

S.Si. calon M.Si. Silvana Maya Pratiwi, S.Si., Rani Anggraini, S.Si., Faradila

Syani, S.Si. calon M.Si., Nopitasari, S.Si., Nanda Nurrafiana, S.E., Ruli Prayetno,

S.Si., Rofiqul Umam, M.Sc. Dwi Puji Astuti, M.Si., dan seluruh sahabat-sahabatku

Kimia 2010 Chemut (Chemistry Imut). Terimakasih atas persahabatan,

kebersamaan, kegembiraan, bantuan, dan kekeluargaan yang terjalin selama ini.

Sukses untuk kalian semua.

Page 13: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

16. Pimpinan, staf, dan karyawan UPT Laboratorium Biomassa Terpadu. Atas bantuan

dan kerjasama selama penulis melakukan penelitian dan analisis.

17. Keluarga besar Himaki FMIPA Kimia atas persaudaraan yang terjalin selama ini.

18. Keluarga Besar ROIS FMIPA Unila atas kebersamaan dan kekeluargaan yang

terjalin selama ini.

19. Keluarga Besar Birohmah Unila periode kepengurusan 2013/2014 atas

kebersamaan dan kekeluargaan yang terjalin selama ini.

20. Mbak Dwi, Mbak Aulia, Mbak Ningrum, S.Si., Mbak Erma Febrianti, S.Pd., Mbak

Oktavianti Mala, S.E., Mbak Rini Fathonah,S.H., M.H., Ummi Herawati, Mbak

Okta magister IPB, Bapak Bram Marta, S.H. M.Kn., Bapak Dancik Ibrahim

pembelajar sejati yang semangatnya tak terhingga, Bapak Sugianto, Bapak

Mugiyanto, Bapak Wisnu, Bapak Wahyu, Bapak Budi, Bapak Rahmat, dan semua

pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang secara tulus memberikan

bantuan moril dan materil kepada penulis.

Page 14: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ……………………………………………............. i

DAFTAR GAMBAR …………………………………………… iii

DAFTAR TABEL……………………………………………….. v

I. PENDAHULUAN …………………………………………… 1

A. Latar Belakang ……………………………………………. 1

B. Tujuan Penelitian ………………………………………….. 4

C. Manfaat Penelitian ………………………………………… 4

II. TINJAUAN PUSTAKA …………………………………….. 5

A. Nanopartikel……………………………………………….. 5

B. Katalis LaCr0,7Mo0,3O3…………………………………….. 6

C. Preparasi Katalis........……………………………………… 8

D. Pektin………………….……..…………………………….. 12

E. Selulosa………..…………………………………………… 14

F. Gula Alkohol….……………………………………………. 17

G. Karakterisasi Katalis ………………………………………. 21

1. Keasaman Katalis............................................................. 21

2. Struktur Katalis ................................................................ 24

3. Morfologi Permukaan Katalis........................................... 25

4. Ukuran Partikel Katalis..................................................... 26

H. High Performance Liquid Chromatography (HPLC)……… 27

III. METODELOGI PENELITIAN ………………………….... 35

A. Tempat dan Waktu Penelitian ……………………………. 35

B. Alat dan Bahan …………………………………………… 35

C. Prosedur Kerja ………………………………………......... 36

1. Pembuatan Nanokatalis ………………………………... 36

2 Karakterisasi Katalis …………………………………... 39

a. Analisis Keasaman Katalis ……………………….... 39

b. Analisis Struktur Katalis ………………………….... 40

c. Analisis Morfologi Katalis……………………..…… 40

d. Analisis Distribusi Ukuran Partikel………………… 41

Page 15: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

ii

3. Uji Katalitik…………………………………………... 41

a. Preparasi Sampel…………………………………… 41

b. Reaksi Katalitik…………………………………….. 42

c. Uji Fehling………………………………………….. 43

d. Analisis dengan KCKT……………………………… 43

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………...... 44

A. Pembuatan Nanokatalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ…………………… 44

B. Karakterisasi Katalis…………………………………………. 47

1. Analisis Keasaman Katalis………………………………. 47

2. Analisis Struktur Katalis …………………………........... 52

3. Analisis Morfologi Katalis……………………..………… 55

4. Analisis Distribusi Ukuran Partikel……………………… 57

C. Uji Katalitik…………………………………………………… 58

V. SIMPULAN DAN SARAN………………………………….. 66

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………. 68

LAMPIRAN……………………………………………………….. 74

Page 16: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Struktur umum perovskite ABO3 ................................................................ 7

2. Struktur α-Galakturonat, Metilasi α-Galakturonat , dan Pektin………… .. 12

3. Struktur Selulosa ......................................................................................... 15

4. Konversi katalitik selulosa menjadi gula alkohol………………………… 17

5. D-Glukosa (Aldoheksosa) dan D-Fruktosa (Ketoheksosa) ......................... 18

6. Manitol, Sorbitol, dan xilitol ....................................................................... 19

7. Skema instrumentasi FTIR………………………………………………… 22

8. Asam Bronsted dan Asam Lewis pada katalis ............................................ 23

9. Skema Instrumen TEM ............................................................................... 26

10. Skema alat HPLC ………………………………..……………..………. 30.

11. Kromatogram hasil uji katalitik konversi selulosa……………………… 32

12. Kromatogram dari gula alkohol, monosakarida, disakarida ...................... 32

13. Profil kalsinasi sampai temperatur 600˚C................................................... 38

14. Profil kalsinasi sampai temperatur 700˚C................................................... 38

15. Rangkaian alat utama hidrolisis.......................................................... ....... 42

16. Gel LaCr0,7Mo0,3O3±δ .................................................................................. 45

Page 17: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

iv

17. Padatan Prekursor LaCr0,7Mo0,3O3±δ .......................................................... 46

18. Serbuk padatan LaCr0,7Mo0,3O3±δ setelah proses kalsinasi ......................... 47

19. Spektra Infra Merah Katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ .......................................... 48

20. Difraktogram pola difraksi katalis.............................................................. 54

21. Mikrograf TEM katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ................................................... 56

22. Grafik % konversi selulosa Katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ................................ 59

23. Hasil Uji Fehling........................................................................................ 60

24. Kromatogram Mannitol pada katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ

temperatur kalsinasi 600 oC..................................................................... 63

25. Kromatogram Mannitol pada katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ

temperatur kalsinasi 700 oC..................................................................... 64

26. Tahapan reaksi konversi selulosa menjadi gula alkohol secara katalitik.... 65

Page 18: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Uji katalitik konversi selulosa dengan katalis NixFe2-xO4 ( variable

x=0,2; 0,5; 0,8 dan 1) pada suhu 120˚C dan 140 ⁰C ........................ 31

2. Keasaman Katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ……………………………….. . 48

3. Puncak-puncak representatif masing-masing difraktogram acuan

pada katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ………………………………………. 53

4. Puncak-puncak representatif difraktogram katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ.. 54

5. Distribusi ukuran partikel katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ

yang dikalsinasi pada temperatur 600 ⁰C………………………..…. 57

6. Distribusi ukuran partikel katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ

yang dikalsinasi pada temperatur 700 ⁰C…………………………… 58

7. Hasil konversi selulosa dengan katalis LaCr0,7Mo0,3O3…………… 61

Page 19: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Biomassa telah banyak menarik perhatian diantaranya sebagai sumber daya yang

ramah lingkungan dan dapat dikembangkan untuk produksi bahan bakar serta

berbagai produk kimia. Biomassa selulosa tidak dapat dicerna oleh manusia tidak

seperti pati atau minyak serta sumbernya banyak terdapat di alam. Maka dari itu,

biomassa selulosa sebagai sumber daya alam yang menjanjikan dapat dikonversi

menjadi bahan kimia yang lebih bermanfaat diantaranya, dapat digunakan sebagai

bahan penghasil bioenergi dan senyawa kimia lainnya (Ladisch et al., 1980).

Selulosa termasuk dalam polimer alam yang berasal dari reaksi fotosintesis CO2

dan H2O. Selulosa dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan asam

atau enzim. Meskipun hidrolisis selulosa menjadi gula alkohol masih mengalami

kendala menuju pemanfaatan energi selulosa yang ekonomis dan efisien, banyak

peniliti telah memfokuskan peningkatan hidrolisis selulosa menjadi gula alkohol

dan bahan kimia yang bermanfaat (Fukuoka and Dhepe, 2006). Di antara berbagai

jalur reaksi kimia, hidrolisis dan hidrogenolisis dianggap menjadi jalur yang

menjanjikan untuk konversi selulosa (Park et al., 2013).

Page 20: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

2

Usaha konversi selulosa telah dilakukan oleh beberapa peneliti diantaranya,

penguraian selulosa menjadi gula alkohol seperti CMC (Heydarzadeh, 2009),

xilitol (Ghindea et al., 2010), asam levulinat (Lin et.al., 2010), heksitol (Sels et

al., 2012); glukosa (Furnazukuri, 2013), fruktosa, asam laktat (Wang et al., 2013),

dan sorbitol (Lee et al, 2014).

Beberapa peneliti telah menunjukkan kinerja katalis padatnya untuk

mengkonversi selulosa. Fukuoka dan Dhepe., 2006 melaporkan bahwa konversi

selulosa menggunakan katalis Pt/Al2O3 dengan perolehan rendemen sorbitol 32%

dan manitol 6,6% pada temperatur reaksi 463 oC dan tekanan H2 5,0 MPa.

Selain itu, HPMo juga dapat mengkatalisis konversi selulosa menjadi asam

glikolat dengan rendemen 49,3% dan katalis MoO3 dengan rendemen 24,5% pada

temperatur 180 oC dan dialiri gas O2 0,5 MPa selama 1 jam menggunakan pelarut

air (Han et al., 2013). Katalis CrCl3 juga ditemukan efektif untuk konversi

selulosa menjadi asam levulinat, dengan rendemen optimum 67 mol %, pada

temperatur 200 oC setelah 180 menit (Lin et al., 2010).

Aktivitas katalis yang optimal dapat meningkatkan hasil konversi. Ukuran

nanopartikel pada katalis memiliki aktivitas yang lebih baik karena luas

permukaan pada nanokatalis cukup tinggi dengan rasio atom-atom yang menyebar

merata pada permukaan sehingga memudahkan transfer massa reaktan untuk

dapat berdifusi ke dalam situs aktif katalis di dalam pori-pori (Widegren et al.,

2003). Metode sol-gel merupakan salah satu metode preparasi yang dapat

menghasilkan katalis berukuran nano. Sebagai contoh preparasi nanokatalis α

Page 21: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

3

Fe2O3 menggunakan pelarut asam sitrat dan (PEG)-6000 menghasilkan ukuran

partikel sebesar 30 nm pada kalsinasi 600 oC (Wu and Wang, 2011).

Konversi selulosa menjadi gula alkohol menggunakan katalis logam transisi

dengan komposisi perovskite telah dilakukan sebelumnya menggunakan katalis

NixFe2-xO4 dengan variable x= 0,5 pada suhu 120 oC dan variable x= 1 pada suhu

140 oC, hasil uji katalitik menunjukkan bahwa katalis dapat mengkonversi

selulosa menjadi sorbitol, manitol, dan xilitol (Amalia dkk, 2013). Selain itu, telah

dilakukan juga konversi fruktosa menjadi manitol menggunakan katalis LaCr1-

xNixO3±δ (x= 0,06; 0,50; 0,94) yang dikalsinasi pada suhu 600 oC dan

LaCr0,06Ni0,94O3±δ yang dikalsinasi pada suhu 800 oC, hasil uji katalitik

menunjukkan bahwa katalis dapat mengkonversi fruktosa menjadi manitol

(Agustine dkk., 2009).

Berdasarkan penelitian di atas, maka pada penelitian ini akan dipreparasi

nanokatalis dengan metode sol-gel menggunakan pengemulsi pektin. Selanjutnya

dilakukan freeze dry dan kalsinasi, dengan suhu kalsinasi 600 oC dan 700

oC, serta

uji aktivitas nanokatalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ dalam konversi selulosa pada suhu 100

oC, 120

oC, dan 140

oC (Amalia et al., 2012) untuk menghasilkan gula alkohol

seperti sorbitol, manitol, dan xilitol. Selanjutnya, katalis akan dikarakterisasi

seperti, penentuan keasaman situs aktif katalis menggunakan metode gravimetri

dan Fourier Transform Infra Red (FTIR), fasa kristalin menggunakan metode

difraksi sinar-X (XRD), morfologi permukaan katalis menggunakan Tansmission

Electron Microscopy (TEM), distribusi ukuran partikel katalis menggunakan

Particle Size Analyzer (PSA), serta aktivitas nanokatalis dalam konversi selulosa

Page 22: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

4

menjadi gula alkohol atau produk lain dianalisis menggunakan High Performance

Liquid Chromatography (HPLC).

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah:

1. Mempelajari cara pembuatan nanokatalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ yang dikalsinasi

pada temperatur 600 oC dan 700

oC

2. Menguji aktivitas nanokatalis terhadap konversi selulosa menjadi gula

alkohol pada temperatur reaksi 100 oC, 120

oC, dan 140

oC.

3. Menganalisa karakteristik nanokatalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ terhadap hasil

konversi selulosa.

C. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah memberikan informasi mengenai

penggunaan nanokatalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ serta menguji kemampuan nanokatalis

tersebut pada proses konversi selulosa menjadi sorbitol, manitol, dan xilitol.

Page 23: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

5

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Nanopartikel

Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun melalui proses sintesis oleh

manusia. Nanopartikel merupakan partikel mikroskopis yang memiliki

ukuran antara 1-100 nm (Mebashi, 2010). Sintesis nanopartikel dapat

dilakukan dalam fasa padat, cair, maupun gas. Proses sintesis dapat

berlangsung secara fisika atau kimia. Proses sintesis secara fisika tidak

melibatkan reaksi kimia, yang terjadi hanya pemecahan material besar

menjadi material berukuran nanometer, atau pengabungan material berukuran

sangat kecil, seperti kluster, menjadi partikel berukuran nanometer tanpa

mengubah sifat bahan. Proses sintesis secara kimia melibatkan reaksi kimia

dari sejumlah material awal (precursor) sehingga dihasilkan material lain

yang berukuran nanometer. Contohnya adalah pembentukan nanopartikel

garam dengan mereaksikan asam dan basa yang bersesuaian (Abdullah,

2008).

Material nanopartikel menunjukkan potensi sebagai katalis karena material

nanopartikel memiliki area permukaan yang luas dan rasio-rasio atom yang

tersebar secara merata pada permukaanya, sifat ini menguntungkan untuk

Page 24: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

6

transfer massa di dalam pori-pori dan juga menyumbangkan antar muka yang

besar untuk reaksi-reaksi adsorpsi dan katalitik (Widegren and Finke, 2003).

B. Katalis LaCr0,7Mo0,3O3

Katalis merupakan zat yang mampu meningkatkan laju suatu reaksi kimia

agar reaksi tersebut dapat berjalan lebih cepat. Katalis mempercepat reaksi

dengan cara menurunkan energi aktivasi reaksi. Penurunan energi aktivasi

tersebut terjadi akibat interaksi antara katalis dengan reaktan. Katalis

menyediakan situs-situs aktif yang berperan dalam proses reaksi. Situs-situs

aktif ini dapat berasal dari logam-logam yang terdeposit pada pengemban

atau dapat pula berasal dari pengemban sendiri. Logam-logam tersebut

umumnya adalah logam transisi yang menyediakan orbital d kosong atau

elektron tunggal yang akan disumbangkan pada molekul reaktan sehingga

terbentuk ikatan baru dengan kekuatan ikatan tertentu (Campbell, 1998).

Perovskite oksida memiliki adsorpsi, asam-basa, serta material redoks, yang

mengakibatkan sifat katalitiknya menarik (Pena, 2001). Studi pertama yang

berkaitan dengan penggunaannya sebagai katalis dilakukan oleh Parravano et

al. dan Dickens et al. pada tahun 1952 dan 1965. Sejak itu, perovskite oksida

dievaluasi dalam berbagai reaksi katalitik misalnya, oksidasi hidrokarbon,

senyawa oksigen atau halokomponen hidrogenasi CO atau CO2;

hidrogenolisis hidrokarbon, proses fotokatalitik dan elektrokatalitik (Pena,

2001). Contoh struktur umum perovskite pada Gambar 1 berikut.

Page 25: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

7

Gambar 1. Struktur umum perovskite ABO3 (Navrotsky et al., 1989).

Subtitusi parsial dapat dilakukan dengan mengacu pada rumus A1-xA’xB1-

yB’yO3 (Royer et al., 2005). Substitusi parsial pada kation La3+

telah banyak

dilakukan baik dengan kation yang bervalensi sama maupun berbeda, seperti

Sr2+

(Wei et al., 2008), Ca2+

(Merino et al., 2005), dan Ce4+

(Bialobok et al.,

2008). Substitusi tersebut sangat berpengaruh terhadap jumlah kekosongan

oksigen (mengakibatkan terjadinya cacat kristal) dan mobilitas oksigen pada

oksida (Tsipis et al., 2005).

Stojanovic, 1997 melaporkan studi efek substitusi Ni untuk Cr pada

strukturnya, kestabilan dan reduksi di bawah kondisi tekanan O2 rendah

dengan komposisi permukaan LaCr1-xNixO3 dengan 0 ≤ x ≤ 1 untuk reaksi

pembakaran metana (Purnomo, 2003). Menurut Hofer dkk, 1994 dan

Stojanovic dkk, 1997, substitusi nikel pada LaCrO3 membolehkan

penggunaan kisi pereduksi kuat, yang meningkatkan aktivitas katalitik dan

konduktivitasnya (Stojanovic dkk, 1997). Selanjutnya, telah dilaporkan juga

pembuatan dan karakterisasi katalis perovskite LaCr1-xNixO3±δ (x= 0,06; 0,50;

0,94) untuk uji katalitik pada konversi fruktosa (Agustine, 2009).

Pada mekanisme reaksi menggunakan katalis padatan, terjadi adsorpsi

molekul-molekul reaktan pada permukaan padatan logam yang memiliki

Page 26: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

8

elektron yang tidak berpasangan pada orbital d merupakan dasar yang tepat

dalam aksi katalitik permukaan logam. Logam Mo merupakan unsur transisi

dari golongan VIB pada Sistem Periodik Unsur yang mempunyai sifat relatif

inert atau sedikit bereaksi dengan larutan asam dan alkali. Kemampuan logam

Mo dalam mengkatalisis reaksi sangat berkaitan dengan keberadaan elekton

pada orbital d yang berbaur dengan keadaan elektronik orbital s dan p yang

terdekat, sehingga timbul keadaan elektronik berenergi rendah dalam jumlah

yang besar dan orbital kosong yang sangat ideal untuk reaksi katalis

(Hegedus, 1987 dalam Yusnani, 2008).

C. Preparasi Katalis

Pemilihan metode preparasi yang tepat akan memberikan karakteristik katalis

yang diinginkan seperti mempunyai aktivitas, selektivitas dan stabilitas yang

tinggi. Tujuan utama dari metode preparasi katalis adalah mendapatkan

struktur definit, stabil, mempunyai luas permukaan yang tinggi dan situs aktif

yang lebih terbuka, sedangkan penggunaan pendukung seperti pelarut

dilakukan untuk lebih memberikan peluang kepada fasa aktif dalam reaksi

dan mendistribusikan secara homogen pada permukaan penyangga. Dalam

hal ini diharapkan terbentuk dispersi yang tinggi untuk mendapatkan luas

permukaan spesifik yang besar dan aktivitas yang maksimal. Beberapa jenis

metode preparasi katalis adalah sebagai berikut .

Page 27: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

9

1. Sol Gel

Metode sol-gel merupakan proses pembuatan nanopartikel yang melalui

perubahan sistem dari suspensi koloid (fasa sol) menjadi padatan atau semi

padatan (fasa gel). Metode ini memiliki beberapa kelebihan, antara lain:

konsumsi energi yang rendah karena rendahnya temperatur proses, dan

investasi peralatan yang relatif murah dibandingkan teknik deposisi (Yuwono,

2011).

Preparasi katalis heterogen dengan proses sol-gel melibatkan tahapan

pembentukan sol dan kemudian menjadi gel. Sol gel adalah suatu suspensi

koloid dari partikel yang digelkan ke bentuk padatan. Sol adalah suspensi cair

dari partikel padat dengan ukuran 1 nm – 1 mikron, dapat diperoleh dari

hidrolisis dan kondensasi parsial prekursor seperti sebuah garam anorganik

atau logam. Kondensasi lebih lanjut dari partikel sol menjadi jaringan tiga

dimensi yang berbentuk gel, yang merupakan material fasa ganda dengan

enkapsulat padat dan pelarut (Mills et al., 1997; Radic et al., 2004).

Proses sol-gel melibatkan transisi menggunakan prinsip pada sistem dari fasa

sol menjadi fasa gel yang didasarkan pada kemudahan memasukkan satu atau

dua logam aktif secara bersamaan dalam prekursor katalis. Metode sol gel

digunakan secara luas dalam sintesis katalis berpendukung logam karena

kemudahannya dalam memasukkan satu atau lebih logam aktif sekaligus

dalam prekursor katalis (Lambert and Gonzalez, 1998). Keuntungan dari

metode sol gel yaitu:

Page 28: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

10

a. Dispersi tinggi dari spesi aktif yang tersebar secara homogen pada

permukaan katalis.

b. Tekstur pori yang dihasilkan memberikan kemudahan untuk berdifusi dari

reaktan menuju ke situs aktif.

c. Luas permukaan tinggi.

d. Peningkatan stabilitas termal (Lecloux and Pirard, 1998; Lambert and

Gonzalez, 1998).

2. Freezer-Dry

Penggunaan metode freezer-dry dalam katalis yaitu untuk menghilangkan air

hidrat dalam rongga bahan katalis tanpa merusak struktur jaringan yang telah

terbentuk dari bahan tersebut. Air yang terperangkap dalam rongga bahan

katalis diubah menjadi air beku dan selanjutnya diubah menjadi uap air tanpa

melalui intermediat air cair. Dasar sublimasi ini melibatkan absorbsi panas

oleh sampel beku guna menguapkan air, pemindahan dan pengumpulan uap

air ke dalam suatu kondensor, menghilangkan panas sebagai akibat

pembentukan es dari kondensor dengan sistem refrigerator, terjadi

keseimbangan antara panas yang diabsorbsi oleh sampel untuk menguapkan

air dan memindahkan panas dari kondensor untuk mengubah uap air menjadi

es. Inti dari proses freezer-dry adalah keseimbangan antara panas yang

diadsorpsi oleh sampel untuk menguapkan air dan memindahkan panas dari

kondensor untuk mengubah uap air menjadi es. Efisiensi freezer-dry

bergantung pada luas permukaan dan ketebalan sampel, temperatur kondensor

dan tekanan yang diperoleh, titik eutektik dan konsentrasi terlarut dari

sampel. Laju freezer-dry berbanding lurus terhadap tekanan uap dan tekanan

Page 29: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

11

uap bergantung pada kedua temperatur eutektik dan konsentrasi terlarut

sampel. Sebagai contoh, suatu larutan NaCl akan kering–beku pada laju lebih

lambat dari air murni. Temperatur eutektik NaCl adalah -21oC dan pada

temperatur ini tekanan uap kira-kira 1/16 tekanan uap pada 0 oC. Meskipun

temperatur eutektik tidak bergantung pada konsentrasi NaCl, tekanan uap air

akan turun ketika konsentrasi NaCl naik. Kenyataan ini disebabkan

konsentrasi terlarut bertambah, luas permukaan sampel beku yang ditempati

air berkurang. Pada umumnya, larutan atau sampel biologis akan mempunyai

temperatur eutektik -10 hingga -25 oC. Bagaimanapun, jika ada sampel gula

seperti glukosa atau jika sampel jaringan hewan atau tanaman, temperatur

eutektik bisa serendah -30 hingga -50 oC (Manual Book of Freezer-Dry,

1996). Keuntungan menggunakan metode freezer-dry yaitu hasilnya

homogen, murni, dengan ukuran partikel dapat diproduksi kembali serta

memiliki aktivitas yang seragam (Bermejo et al., 1997).

3. Kalsinasi

Proses kalsinasi merupakan pemanasan zat padat di bawah titik lelehnya

untuk menghasilkan keadaan dekomposisi termal dari transisi fasa lain selain

fasa lelehan. Kalsinasi diperlukan sebagai penyiapan serbuk untuk proses

lebih lanjut dan memperoleh ukuran partikel yang optimum serta

menggunakan senyawa dalam bentuk garam atau dihidrat menjadi oksida,

membentuk fase kristal. Peristiwa yang terjadi pada proses kalsinasi yaitu:

1. Dekomposisi komponen prekursor pada pembentukan spesi oksida. Proses

pertama terjadi pelepasan air bebas (H2O) dan terikat (OH) berlangsung

sekitar suhu 100oC dan 300

oC.

Page 30: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

12

2. Pelepasan gas CO2 yang berlangsung sekitar suhu 600 oC, terjadi

pengurangan berat secara berarti dan terjadi reaksi antara oksida yang

terbentuk dengan penyangga.

3. Sintering komponen prekursor. Pada proses ini struktur kristal sudah

terbentuk namun ikatan di antara partikel serbuk belum kuat dan mudah

lepas (Pinna, 1998).

D. Pektin

Pektin merupakan polisakarida kompleks tersusun atas polimer asam α D-

galakturonat yang terikat melalui ikatan α 1,4-glikosidik. Pektin terkandung

di dalam dinding sel primer yaitu diantara selulosa dan hemiselulosa (Nelson

et al.,1977). Sumber pektin komersil paling utama yaitu pada buah-buahan

seperti kulit jeruk (25-30%), kulit apel kering (15-18%), bunga matahari (15-

25%) dan bit gula (10-25%) (Ridley et al., 2001). Struktur pektin ditunjukkan

pada Gambar 2 berikut ini.

Gambar 2. (a) Struktur α-galakturonat, (b) Stuktur metilasi α-galakturonat

(c) Struktur Pektin

Page 31: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

13

Pektin tidak larut di dalam alkohol dan aseton. Sifat penting pektin adalah

kemampuannya membentuk gel. Kandungan metoksi pada pektin

mempengaruhi kelarutannya. Kadar metoksi merupakan jumlah metanol di

dalam 100 mol asam galakturonat. Kadar metoksi berperan dalam

menentukan sifat fungsional dan mempengaruhi struktur serta tekstur dari gel

pektin (Constenla and Lozano, 2003). Pektin dengan kadar metoksi tinggi (7-

9%) akan mudah larut di dalam air serta membentuk gel dengan gula dan

asam pada konsentrasi gula 58-70%, sedangkan pektin dengan kadar metoksi

rendah (3-6%) mudah larut di dalam alkali dan asam oksalat serta tidak

mampu membentuk gel dengan asam dan gula tetapi dapat membentuk gel

dengan adanya ion-ion kalsium. Pembentukan gel terjadi melalui ikatan

hidrogen di antara gugus karboksil bebas dan di antara gugus hidroksil

(Caplin, 2004). Pektin bersifat asam dan koloidnya bermuatan negatif karena

adanya gugus karboksil bebas. Larutan 1% pektin yang tidak ternetralkan

akan memberikan pH 2,7-3,0. Larutan pektin stabil pada pH 2,0-4,0. Pada pH

lebih dari 4,0 atau kurang dari 2,0, viskositas dan kekuatan gelnya akan

berkurang karena terjadi depolimerisasi rantai pektin. Pektin dapat mengalami

saponifikasi dan degradasi melalui reaksi β-eliminasi pada kondisi basa

(Nelson et al. 1977).

Pemanfaatan pektin cukup luas dan berguna dalam industri pangan maupun

nonpangan. Pektin berkadar metoksil tinggi digunakan untuk pembuatan selai

dan jeli dari buah-buahan, pembuatan kembang gula bermutu tinggi,

pengental untuk minuman dan sirup buah-buahan, serta digunakan dalam

emulsi flavor dan saus salad. Pektin dengan kadar metoksil rendah biasa

Page 32: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

14

digunakan dalam pembuatan saus salad, puding, gel buah-buahan dalam es

krim, selai, dan jeli. Pektin berkadar metoksil rendah efektif digunakan dalam

pembentukan gel saus buah-buahan beku karena stabilitasnya yang tinggi

pada proses pembekuan, thawing dan pemanasan, serta digunakan sebagai

penyalut dalam banyak produk pangan (Glicksman 1969). Dalam industri

farmasi, pektin digunakan untuk menyembuhkan diare dan menurunkan

tingkat kolesterol darah. Pektin bisa digunakan sebagai zat penstabil emulsi

air dan minyak. Pektin juga berguna dalam persiapan membran untuk

ultrasentrifugasi dan elektrodialisis. Dalam industri karet pektin berguna

sebagai bahan pengental lateks. Pektin juga dapat memperbaiki warna,

konsistensi, kekentalan, dan stabilitas produk yang dihasilkan (Towle and

Christensen, 1973). Pada penelitian ini, pektin digunakan sebagai pengkhelat

yang dapat mengikat ion logam pada preparasi katalis.

E. Selulosa

Selulosa merupakan polisakarida yang terdapat dalam tumbuhan, yang

berfungsi sebagai bahan pembentuk dinding sel dan serat tumbuhan dengan

rumus empiris (C6H12O5)n. Struktur kimianya terdiri dari glukosa anhidrat

yang dihubungkan oleh ikatan β‐1,4-glikosidik. Struktur selulosa ditunjukkan

dalam gambar 3 berikut.

Page 33: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

15

Gambar 3. Struktur Selulosa

Selulosa tidak berwarna, tidak berbau dan polimer padat tidak beracun, ia

memiliki beberapa sifat yang menjanjikan yaitu, kekuatan mekanik,

biokompatibilitas, hidrofilisitas, stabilisasi termal, kapasitas penyerapan

tinggi dan pertimbangan penampilan optik (Klemm, 1998). Sifat ini

memungkinkan selulosa diterapkan ke berbagai bidang (Hu, 2013). Oleh

karena itu banyak peneliti yang berusaha keras untuk mengeksplorasi

produksi bahan bakar dan bahan kimia dari selulosa (Zhang, 2014).

Unit glukosa lebih erat terikat oleh ikatan hidrogen intramolekul dengan

jaringan luas. Panjang rantai molekul selulosa berkisar 100 - 14000 unit.

Perbedaan jenis ikatan kimia dan struktur kristal polisakarida menyebabkan

sifat fisik dan kimia juga berbeda (Zhang, 2001) misalnya, pati juga

merupakan polisakarida dengan rumus umum (C6H12O5) sama seperti

selulosa. Namun, unit molekul glukosa pada pati (amilosa) dihubungkan

dengan ikatan α-1,4-glikosidik atau ikatan α-1,6 glikosidik (amilopektin)

(Prabaharan, 2010). Perbedaan ini memiliki efek mendalam pada struktur tiga

dimensi dan reaktivitas molekul biopolimer. Seperti ikatan α-1,4 glikosidik di

Page 34: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

16

pati lebih mudah diserang oleh asam atau enzim. Dengan demikian, pati

menggunakan katalis asam atau enzim lebih mudah dipecah menjadi

monomer glukosa daripada selulosa. Keuntungan yang didapat misalnya,

fermentasi pati lebih mudah untuk menghasilkan etanol daripada selulosa

(Farrell, 2006; Service, 2010) .

Namun, dalam hal kelimpahan dan ketersediaan sumber daya dan dampak

pada sedikitnya pasokan makanan, bahan-bahan selulosa sebagai bahan baku

lebih praktis dan berkelanjutan untuk produksi bahan bakar dan bahan kimia.

Selulosa banyak ditemukan pada limbah hasil pertanian, antara lain sekam

padi sekitar 58%, kulit batang sagu 56,86%, tongkol jagung 44,9%, kayu

keras 40-45%, kayu lunak 38-49%, tandan kosong kelapa sawit 36-42%,

rumput esparto 33-38%, ampas tebu 32-44%, jerami gandum 29-37%, jerami

padi 28-36% dan bambu sekitar 26-43% (Johanson et al., 1987). Dalam

konteks ini, konversi katalitik selulosa untuk bahan bakar dan bahan kimia

lebih menarik dan menjanjikan daripada sumber biomassa lain seperti pati.

(Danner et al., 1999; Kwon et al., 2011; Zhou et al., 2011).

Selulosa dapat dimanfaatkan untuk produksi gula alkohol seperti sorbitol,

manitol, xilitol dengan bantuan katalis. Selulosa dapat menghasilkan sorbitol

dengan rendemen 71,1% menggunakan katalis yang mengandung gugus

sulfonat dan nanopartikel Ru (Lee et al, 2011). Konversi selulosa menjadi

sorbitol dengan rendemen 32 % dan manitol dengan rendemen 6,6%

menggunakan katalis Pt/Al2O3 (Fukuoka et al., 2006). Selain gula alkohol,

selulosa dapat diubah menjadi beberapa senyawa kimia, diantaranya etilen

Page 35: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

17

glikol sebesar 60% dengan katalis tungsten karbida yang dipromosikan

dengan sejumlah kecil nikel (Ji et al., 2008), asam levulinat 67%

menggunakan katalis CrCl3 dengan waktu 180 menit pada temperatur reaksi

200oC (Peng et al., 2010), asam laktat 60% dengan katalis timbal (II) pada

temperatur reaksi 190oC (Wang et al., 2013) dan 5-hidroksi metil furfural

menggunakan kromium triklorida dengan perolehan rendemen sebesar 43,7%

dengan waktu 90 menit pada temperatur reaksi 140oC (Wang et al., 2014).

F. Gula Alkohol

Gula alkohol, seperti sorbitol dan manitol, digunakan dalam gas bahan bakar

(gas H2 sintetik), cairan alkana, bahan bakar cair dan untuk memproduksi

bahan kimia seperti etilen glikol dan polietilen glikol. Selulosa terdiri dari

unit D‐glukosa yang dihubungkan oleh ikatan β‐14‐glikosidik. Struktur ini

mirip dengan gula alkohol. Oleh karena itu, konversi langsung selulosa

menjadi gula alkohol memiliki nilai ekonomi dan energi yang efisien (Jie et

al., 2013). Konversi katalitik selulosa menjadi gula alkohol adalah dua

tahapan proses, yang meliputi hidrolisis selulosa menjadi gula dilanjutkan

hidrogenasi gula menjadi gula alkohol (Gambar 4).

Gambar 4. Konversi katalitik selulosa menjadi gula alkohol

Page 36: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

18

Fukuoka dan Coworkers melaporkan bahwa selulosa dapat dikonversi

menjadi gula alkohol dengan bantuan katalis logam, dan diperoleh rendemen

gula alkohol 31% menggunakan katalis Pt/Al2O3 dengan kondisi reaksi pada

190oC dan 5MPa H2, selama 24 jam. Mereka menyarankan bahwa selulosa

diawali dengan reaksi hidrolisis untuk menghasilkan glukosa menggunakan

bantuan situs asam dan gas H2. Kemudian hidrogenasi turunan glukosa

menggunakan katalis logam Pt (Fukuoka, 2006).

Pada reaksi katalitik selulosa, sebelum diubah menjadi gula alkohol, selulosa

akan diubah menjadi glukosa dengan bantuan katalis (Fukuoka et al., 2011).

Glukosa adalah monosakarida yang paling berlimpah di alam dan memiliki

rumus molekul C6H12O6. Glukosa merupakan aldehida polihidroksi,

sedangkan fruktosa yang memiliki rumus molekul sama seperti glukosa,

merupakan ketosa polihidroksi. Gula ditemukan dalam berbagai jenis buah-

buahan dan sayuran, mereka juga digunakan secara komersial sebagai aditif

untuk meningkatkan rasa makanan dan minuman olahan (Miesfeld, 2008).

Struktur glukosa dan fruktosa ditunjukkan pada gambar 5 berikut.

a. b.

Gambar 5. a. D-Glukosa (Aldoheksosa), b. D-Fruktosa (Ketoheksosa)

Page 37: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

19

Gula alkohol merupakan hasil dari reduksi glukosa berupa monosakarida atau

disakarida yang memiliki tiga atau lebih kelompok hidroksil atau alkohol

polihidrat (Goldberg, 1994). Gula alkohol mempunyai rasa dan kemanisan

hampir sama dengan gula tebu (sukrosa), bahkan beberapa jenis lebih manis.

Gula jenis ini dibuat dari bahan berpati seperti tapioka, pati umbi-umbian,

sagu atau pati jagung . Senyawa gula alkohol diantaranya yaitu, manitol,

sorbitol, dan xilitol yang merupakan turunan monosakarida dari glukosa

(Wolevar, 2002). Struktur manitol, sorbitol dan xilitol ditunjukkan pada

gambar 6 berikut.

a. b. c.

Gambar 6. a. Manitol, b. Sorbitol, c. xilitol (JECFA, 1996).

Manitol memiliki rumus kimia C6H14O6 dengan berat molekul 182,17 g/mol.

Manitol digunakan untuk pembuatan tablet kunyah dan granulasi serbuk

sebagai eksipien. Secara alami manitol banyak ditemukan pada bahan alam

seperti alga, manna, rumput laut dan zaitun. (Kuusito et al, 2005). Produksi

manitol skala industri dilakukan dengan reaksi hidrogenasi fruktosa, sukrosa,

atau sirup glukosa-fruktosa. Untuk mendapatkan hasil manitol yang tinggi

disarankan menggunakan sirup dengan kadar fruktosa yang lebih tinggi. Saat

reaksi hidrogenasi, β-fruktosa akan menjadi manitol sedangkan α-fruktosa

akan menjadi sorbitol (Toukoniitty et al, 2005).

Page 38: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

20

H2

C6H12O6 C6H14O6

Sorbitol atau juga dikenal dengan heksitol memiliki rumus kimia C6H14O6

dengan berat molekul 182,17 g/mol. Sorbitol umumnya digunakan sebagai

bahan baku industri dan makanan seperti pasta gigi, permen, kosmetik,

farmasi, vitamin C, dan termasuk industri tekstil dan kulit (Othmer, 1960). Di

Indonesia sorbitol diproduksi dari umbi tanaman singkong. Sorbitol dapat

dibuat dari glukosa dengan proses hidrogenasi katalitik bertekanan tinggi.

Penambahan hidrogen yang dikatalis dengan logam (platinum, palladium,

nikel dan rhodium) akan meningkatkan suhu kamar sehingga produk yang

dihasilkan lebih banyak (Robert and Francis, 2002). Mekanisme reaksinya

adalah sebagai berikut:

Katalis Ni

C6H12O6 + H2 C6H14O6

Xilitol adalah gula alkohol jenis pentitol dengan rumus umum C5H12O3

dengan berat molekul 152,15 g/mol. Secara alami xilitol banyak ditemukan

pada buah-buahan dan sayuran seperti strawberry, wortel, bayam, selada dan

bunga kol. Sedangkan untuk produksi skala besar, dilakukan dengan proses

kimiawi dan bioteknologi. Proses kimia dilakukan dengan hidrogenasi xilosa

menggunakan larutan asam. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut:

Katalis Ni

C6H10O5 + H2 C6H12O6

Page 39: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

21

G. Karakteisasi Katalis

1. Keasaman Katalis

Spektrofotometri IR adalah spektroskopi yang memanfaatkan sinar IR dekat,

yakni sinar yang berada pada jangkauan panjang gelombang 2,5-25 µm atau

jangkauan frekuensi 400-4000 cm-1

. Prinsip kerja spektrofotometer IR adalah

sebagai berikut, pertama sinar dari sumber laser dipantulkan melewati plat

pemecah sinar, sementara sumber dari sumber IR dipantulkan melalui cermin

kembali melewati plat pemecah berkas, kedua sumber ini dipantulkan

kembali melewati cermin dan berkas cahaya diteruskan melalui lintasan optik

sebelum dipantulkan dengan cermin, kemudian berkas melewati sampel,

dipantulkan dan dilakukan pembacaan pada detektor yang mengubah energi

panas menjadi energi listrik.

Instumen FTIR menggunakan sistem yang disebut dengan interferometer

untuk mengumpulkan spektrum. Interferometer terdiri atas sumber radiasi,

pemisah berkas, dua buah cermin, laser dan detektor. Skema lengkap dari

instrumentasi FTIR ditunjukan pada Gambar 7.

Page 40: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

22

Gambar 7. Skema instrumentasi FTIR.

Karakterisasi sifat keasaman katalis dilakukan untuk mengetahui tingkat

keasaman dari katalis yang telah dibuat. Keasaman dari suatu katalis adalah

jumlah asam, kekuatan asam, serta sisi aktif katalis yang ditinjau dari gugus

asam Brønsted-Lowry dan asam Lewis (Nugroho, 1997). Asam menurut

Brønsted-Lowry, asam adalah spesies yang dapat menyumbangkan proton

atau lebih sering disebut donor proton dan basa adalah spesies yang dapat

menerima proton (akseptor proton). Sedangkan asam menurut Lewis adalah,

spesies yang dapat menerima pasangan elektron (akseptor elektron) dan basa

adalah spesies yang dapat menyumbangkan pasangan elektron (donor

elektron).

Penentuan jenis situs asam pada katalis dapat ditentukan menggunakan

spektroskopi infra merah (FTIR) dari katalis yang telah mengadsorpsi basa

adsorbat (Seddigi, 2003). Basa yang dapat digunakan adalah kuinolin,

piperidin, trimetilamin, dan amonia (Fessenden & Fessenden, 1995).

Penentuan jumlah situs asam memberikan informasi tentang banyaknya situs

Page 41: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

23

asam yang terkandung pada katalis, yang pada umumnya berbanding lurus

dengan situs aktif pada katalis yang menentukan keaktifan suatu katalis.

Sedangkan penentuan jenis situs asam memberikan informasi tentang situs

asam yang terkandung pada katalis apakah asam Brønsted-Lowry atau asam

Lewis, yang pada umunya berkaitan dengan interaksi ikatan yang terjadi

antara katalis dan reaktan. Reaksi katalitik dapat terjadi melalui transfer

elektron, seperti ditunjukkan pada gambar.

Gambar 8. Asam Bronsted dan Asam Lewis pada katalis (Parry, 1963).

Metode spektrofotometri infra merah digunakan untuk melihat sisi aktif

katalis. Adanya puncak serapan dari ion piridinium (C5H5N+) dan piridin

yang teradsorpsi berturut-turut mengindikasikan adanya situs asam Brønsted-

Lowry dan situs asam Lewis yang berperan pada permukaan katalis. Situs

asam Brønsted-Lowry pada spektra infra merah ditunjukkan pada daerah

bilangan gelombang 1350-1500 cm-1

dan situs asam Lewis pada daerah

bilangan gelombang1550-1650 cm-1

(Tanabe, 1981).

Page 42: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

24

2. Struktur Katalis

Prinsip dari Difraktometer Sinar-X (XRD) adalah difraksi gelombang sinar-X

yang mengalami penghamburan (scattering) setelah bertumbukan dengan

atom kristal. Pola difraksi yang dihasilkan merepresentasikan struktur kristal.

Dari analisis pola difraksi dapat ditentukan parameter kisi, ukuran kristal, dan

identifikasi fasa kristalin. Jenis material dapat ditentukan dengan

membandingkan hasil XRD dengan katalog hasil difraksi berbagai macam

material. Metode yang biasa dipakai adalah memplot intensitas difraksi XRD

terhadap sudut difraksi 2θ. Intensitas akan meninggi pada nilai 2θ yang terjadi

difraksi, intensitas yang tinggi tersebut dalam grafik terlihat membentuk

puncak-puncak pada nilai 2θ tertentu. Pelebaran puncak bisa diartikan

material yang benar-benar amorf, butiran yang sangat kecil dan bagus, atau

material yang memiliki ukuran kristal sangat kecil melekat dengan struktur

matrix yang amorf .

Untuk menghitung ukuran kristal dengan menggunakan persamaan Scherrer:

Dimana D merupakan diameter rata-rata, K merupakan faktor keadaan, B

merupakan perluasan Full Width at Half Maximum (FWHM) puncak difraksi

yang dihitung dalam radian, λ merupakan panjang gelombang sinar-x, dan θ

merupakan sudut difraksi Bragg (Cullity, 1956).

Keberadaan atau terbentuknya katalis LaCrO3 dalam bentuk amorf dan kristal

dapat diidentifikasi menggunakan metode difraksi sinar-X (XRD), karena

Page 43: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

25

metode XRD didasarkan pada fakta bahwa pola difraksi sinar-X untuk

masing-masing material kristalin adalah karakteristik. Dengan demikian, bila

pencocokan yang tepat dapat dilakukan antara pola difraksi sinar-X dari

sampel yang tidak diketahui dengan sampel yang telah diketahui, maka

identitas dari sampel yang tidak diketahui itu dapat diketahui (Skoog dan

Leary, 1992).

3. Morfologi Permukaan Katalis

Untuk mempelajari morfologi permukaan katalis dapat menggunakan

instrumentasi Tansmission Electron Microscopy (TEM). Tem adalah alat

untuk mengamati bentuk, struktur serta distribusi pori padatan. Prinsip kerja

TEM sama seperti proyektor slide dimana elektron ditansmisikan ke dalam

objek pengamatan dan hasilnya diamati melalui layar (Liu et al., 2009).

Mekanisme kerja TEM yaitu pistol elektron berupa lampu tungsten

dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi (100-300 kv) ditransmisikan

pada sampel yang tipis, pistol akan memancarkan elektron secara termionik

maupun emisis medan magnet ke sistem vakum. Interaksi antara elektron

dengan medan magnet menyebabkan elektron bergerak sesuai aturan tangan

kanan, sehingga memungkinkan elektromagnet untuk memanipulasi berkas

elektron. Penggunaan medan magnet akan membentuk sebuah lensa

magnetik dengan kekuatan fokus variabel yang baik. Selain itu, medan

elektrostatik dapat menyebabkan elektron didefleksikan melalui sudut yang

konstan. Dua pasang defleksi yang berlawanan arah dengan intermediate gap

Page 44: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

26

akan membentuk arah elektron yang menuju lensa yang selanjutnya dapat

diamati melalui layar (Bendersky et al., 2001).

Gambar 9. Skema Instrumen TEM.

4. Distribusi Ukuran Partikel Katalis

Ukuran partikel katalis dapat ditentukan menggunakan instrument Particle

Size Analyzer (PSA) yang memiliki keunggulan dalam bidang analisis ukuran

partikel, dimana:

a. Lebih akurat.

Page 45: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

27

Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA lebih akurat jika

dibandingkan dengan pengukuran partikel dengan alat lain seperti XRD

ataupun SEM. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam media

sehingga ukuran partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle.

b. Hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga dapat menggambarkan

keseluruhan kondisi sample.

c. Rentang pengukuran dari 0,6 nanometer hingga 7 mikrometer.

Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan

metode basah. Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan

metode kering ataupun pengukuran partikel dengan metode ayakan dan

analisa gambar. Terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer dan

submikron yang biasanya memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi.

Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam media sehingga partikel

tidak saling beraglomerasi (menggumpal). Dengan demikian ukuran partikel

yang terukur adalah ukuran dari single particle. Selain itu hasil pengukuran

dalam bentuk distribusi, sehingga hasil pengukuran dapat diasumsikan sudah

menggambarkan keseluruhan kondisi sampel.

H. High Performance Liquid Chromatography (HPLC)

High Performance Liquid Chromatography (HPLC) atau biasa juga disebut

dengan Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT) dikembangkan pada akhir

tahun 1960-an dan awal tahun 1970-an. KCKT merupakan suatu teknik

kromatografi yang menggunakan fasa gerak cair untuk pemisahan sekaligus

Page 46: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

28

untuk analisis senyawa berdasarkan kekuatan atau kepolaran fasa geraknya.

Berdasarkan polaritas relatif fasa gerak dan fasa diamnya, KCKT dibagi

menjadi dua, yaitu fasa normal yang umumnya digunakan untuk identifikasi

senyawa nonpolar sehingga fasa gerak yang digunakan kurang polar

dibandingkan fasa diam dan fasa terbalik yang umumnya digunakan untuk

identifikasi senyawa polar, menggunakan fasa gerak lebih polar dibandingkan

fasa diam (Gritter et al., 1991). Prinsip pemisahan senyawa menggunakan

KCKT adalah perbedaan distribusi komponen diantara fasa diam dan fasa

geraknya. Semakin lama terdistribusi dalam fasa diam maka semakin lama

waktu retensinya.

Tujuan utama KCKT yaitu agar diperoleh hasil pemisahan/ resolusi yang baik

dengan waktu singkat. Maka, hal-hal yang harus diperhatikan adalah :

1. Wadah fase gerak

Jenis dan komposisi dari fase gerak mempengaruhi pemisahan komponen.

Wadah fase gerak harus bersih sebelum dan setelah digunakan supaya tidak

ada pengotor yang dapat mengganggu analisis. Untuk HPLC fase normal

biasanya digunakan pelarut nonpolar, sedangkan HPLC fase terbalik

digunakan pelarut campuran dari air dan pelarut organik polar.

2. Pompa

Pompa berfungsi mengalirkan eluen ke dalam kolom. Pompa yang digunakan

dalam HPLC adalah pompa bertekanan tinggi, biasanya sekitar 1000-2000 psi

untuk memastikan reproduktivitas dan akurasi yang dihasilkan.

Page 47: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

29

3. Injektor

Injektor berfungsi untuk memasukkan cuplikan ke dalam kolom. Injektor

dalam sistem HPLC harus menyediakan volume injeksi antara 1-100 mL

dengan reproduktivitas tinggi dan di bawah tekanan tinggi (hingga 4000 psi).

4. Kolom

Kolom atau fase diam berfungsi untuk memisahkan komponen. Ditinjau dari

ukurannya (panjang dan diameternya) terdapat tiga jenis kolom HPLC yaitu

kolom konvensional (panjang 10-20 cm dan diameter 4,5 mm), kolom

mikrobor (panjang 10 cm dan diameter 2,4 mm) dan kolom high speed

(panjang 6 cm dan diameter 4,6 mm). Sedangakan dilihat dari jenis fasa diam

dan fasa geraknya kolom HPLC dibedakan menjadi dua jenis yaitu kolom

fase normal dan kolom fase terbalik. Kromatografi dengan kolom

konvensional mempunyai fase diam normal bersifat polar seperti silika dan

fase geraknya non polar sehingga akan memisahkan senyawa yang bersifat

non polar. Silika yang digunakan yaitu silika dengan modifikasi kimiawi

menggunakan reagen klorosilan, silika tanpa modifikasi seperi silika

aminopropil dan sianopropil (nitril), polimer stiren dan divinil benzen.

Adanya residu silanol (Si-OH) menyebabkan permukaan silika bersifat polar

dan sedikit asam. Oktadesil silika (ODS atau C18) adalah fase diam yang

banyak digunakan karena mampu memisahkan senyawa-senyawa dengan

kepolaran yang rendah, sedang maupun tinggi. Kolom fase terbalik adalah

kolom yang fase diamnya bersifat non polar dan fase geraknya bersifat polar.

Page 48: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

30

5. Detektor

Detektor berfungsi untuk mendeteksi senyawa yang ada dan mengukur

jumlahnya. Detektor yang sering digunakan pada HPLC yaitu detektor

indeks bias, serapan optik (UV-Vis), fluoresensi, dioda array, elektrokimia

dan detektor konduktivitas.

6. Integrator

Sinyal-sinyal yang ditangkap oleh detektor diteruskan pada komputer untuk

ditampilkan dalam bentuk puncak-puncak kromatogram (Kupiec, 2004).

Skema alat HPLC ditunjukkan pada Gambar 10 berikut.

Gambar 10. Skema alat HPLC (Kupiec, 2004).

Berdasarkan gambar di atas, mekanisme kerja ringkas dari HPLC yaitu

sampel yang dilarutkan dalam solvent dimasukkan ke dalam aliran fasa gerak

dengan cara injeksi, di dalam kolom akan mengalami pemisahan komponen

dengan adanya interaksi antara analit dengan fase diam. Analit yang

interaksinya kurang kuat dengan fase diam akan keluar dari kolom terlebih

dahulu. Sedangkan analit yang interaksinya kuat akan keluar lebih lama.

Setiap komponen yang keluar dari kolom akan dideteksi oleh detektor

kemudiam direkam dalam bentuk kromatogram. Contoh hasil analisis HPLC

Page 49: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

31

dalam mengkonversi selulosa dengan katalis NixFe2-xO4 (x=0,2; 0,5; 0,8 dan

1) ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Uji katalitik konversi selulosa dengan katalis NixFe2-xO4 ( variable

x=0,2; 0,5; 0,8 dan 1) pada suhu 120˚C dan 140˚C (Amalia, 2013).

Katalis

Suhu

(˚C)

Hasil Produk

Glukosa Fruktosa Sukrosa Manitol Sorbitol Xylitol

x= 0,2

x= 0,2

x= 0,5

x= 0,5

x= 0,8

x= 0,8

x= 1

x= 1

120

140

120

140

120

140

120

140

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-

+

-

-

+

-

-

-

-

+

-

-

+

-

-

-

-

+

Berdasarkan Tabel 1 di atas, hanya 2 katalis NixFe2-xO4 yang menunjukkan

hasil positif pada uji konversi selulosa menjadi sorbitol, manitol dan xilitol

yaitu katalis NixFe2-xO4 dengan variable x= 0,5 pada suhu 120˚C dan variable

x= 1 pada suhu 140˚C.

Kromatogram hasil uji katalitik konversi selulosa menjadi sorbitol, manitol

dan xilitol ditunjukkan pada Gambar 11 berikut.

Page 50: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

32

Gambar 11. Kromatogram hasil uji katalitik konversi selulosa menjadi

sorbitol, manitol dan xilitol dengan katalis NixFe2-xO4 dengan variable x=0,5

pada suhu 120˚C.

Kromatogram dari beberapa gula alkohol monosakarida, dan disakarida dapat

ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 12. Kromatogram dari gula alkohol, monosakarida, disakarida

(Ratnayani dan Dwi, 2008).

Dapat dilihat bahwa waktu retensi yang dihasilkan oleh senyawa-senyawa

tersebut berbeda. Pengukuran analisis untuk fase gerak digunakan aquabides

alkohol, kolom yang digunakan SCR-101C, dengan laju alir 1 mL/menit pada

suhu 80ᵒC. Hasil yang diperoleh untuk gula alkohol seperti gliserol, xilitol,

Page 51: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

33

sorbitol dan manitol kromatogramnya muncul pada waktu retensi kurang dari

5 menit. Untuk monosakarida seperti glukosa dan fruktosa dihasilkan pada

rentang waktu retensi antara 5-10 menit, sedangkan untuk disakarida (sukrosa

dan laktosa) dihasilkan pada rentang waktu retensi 10-15 menit. Hal ini

disebabkan karena senyawa-senyawa yang berbeda memiliki waktu retensi

yang berbeda. Uji aktifitas pada penelitian ini dilakukan dengan

menggunakan Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT). Larutan baku

(sorbitol, manitol, dan xilitol) serta larutan sampel diinjeksikan ke KCKT

dilakukan dengan waktu analisis 15 menit.

Untuk mengidentifikasi selulosa yang terkonversi menjadi gula alkohol, akan

terlihat berupa data luas area puncak yang diambil dari kromatogram hasil

pengukuran tiap larutan. Dari data tersebut, dibuat plot grafik antara luas area

puncak (sumbu y) larutan baku terhadap konsentrasi larutan baku (sumbu x),

kemudian dibuat persamaan garis linier dari plot menggunakan metode least

square. Bentuk persamaan linier :

Dimana, y = luas area puncak dari larutan baku

x = konsentrasi tiap larutan baku (ppm)

a,b = intersep dan slope dari persamaan least square

Nilai luas area puncak larutan sampel dibandingkan dengan persamaan least

square yang didapat untuk mendapatkan nilai konsentrasi larutan sampel. Jika

dilakukan pengenceran larutan sampel maka nilai konsentrasi larutan sampel

dikalikan dengan faktor pengenceran. Perhitungan konsentrasi sampel :

Page 52: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

34

Dimana, C = konsentrasi selulosa dalam sampel (ppm)

Area = luas area puncak untuk larutan sampel

a = intersep

b = slope

Fp = faktor pengenceran

(Amalia, 2012)

Page 53: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

35

III. METODELOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Preparasi katalis, analisis keasaman dan uji aktivitas katalis dilakukan di

Laboratorium Kimia Anorganik Fisik Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Analisis struktur katalis dilakukan

di Laboratorium Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) Batan

Serpong. Analisis morfologi permukaan dilakukan di Laboratorium TEM

Jurusan Kimia FMIPA UGM. Analisis distribusi ukuran partikel dilakukan di

UPT. Laboratorium Terpadu dan Sentra Inovasi Teknologi, Universitas

Lampung. Analisis hasil uji aktivitas katalis dilakukan di PT. SIG Bogor.

Penelitian ini dilakukan dari April 2015 sampai Desember 2015.

B. Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan gelas,

termometer, desikator, Freezer merek LG, Magnetic Strirrer merek Stuart

heat-stir CB162, oven merek Fischer Scientific (SEA) Pie Ltd, neraca digital

merek Kern ABT 220-4M, ultrasonikasi merek Bandelin Sonorex Technik,

Magnetic Strirrer, Freeze Dry merek ModulyoD Freeze Dryer , reaktor

katalitik, Fourier Transform Infra Red (FTIR) merek SHIMADZU

Page 54: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

36

PRESTIGE 21, Particle Size Analyzer (PSA) merek FRITSCH GmbH,

Transmission Electron Microscopy (TEM) merek TEM JEOL JEM 1400, X-

ray Difraction (XRD) Type Miniflex 600 Merek Rigaku. dan High

Performance Liquid Chromatography (HPLC) merek Waters Alliance 2695.

Bahan-bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, serbuk

pektin, aquabidest, lantanum nitrat La(NO3)2.6H2O (Merck, 99%), kromium

nitrat Cr(NO3)2.9H2O (Merck, 99%), ammonium molibdat

(NH4)6.Mo7O24.4H2O (Merck, 99%), piridin (J.T. Baker), amoniak

(Merck,25%), dan gas hidrogen (BOC 99,99%).

C. Prosedur Kerja

1. Pembuatan Nanokatalis

a. Proses sol-gel

Pembuatan nanokatalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ dilakukan dua kali untuk kebutuhan

katalis yang dikalsinasi pada temperatur 600 o

C dan 700 o

C, yang dilakukan

dengan cara melarutkan 8 gram pektin dalam 400 mL aquabidest. Larutan

tersebut diaduk menggunakan magnetik stirer pada temperatur ruang sampai

diperoleh larutan yang homogen (± 3 jam ). Sebanyak 20 mL amoniak 25%

ditambahkan ke dalam larutan tersebut. Kemudian ke dalam larutan tersebut

ditambahkan tetes demi tetes secara perlahan larutan lantanum nitrat (3,4355

gram La(NO3)2.6H2O dalam 200 mL aquabidest), kromium nitrat (2,2223

gram Cr(NO3)3.9H2O dalam 400 mL aquabidest), dan amonium molibdat

Page 55: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

37

(2,9409 gram (NH4)6Mo7O24.4H2O dalam 200 mL aquabidest),

menggunakan heating magnetic stirrer pada suhu ruang sampai campuran

benar-benar homogen. Kemudian sistem larutan tersebut dipanaskan pada

suhu 80 oC hingga volum larutan menyusut dan membentuk gel.

b. Freezer-dry

Gel yang didapatkan selanjutnya difreezer-dry untuk menghilangkan molekul

air sampai terbentuk serbuk kering. Freezer-dry digunakan untuk

menghilangkan uap air dalam rongga bahan nanokatalis tanpa merusak

jaringan yang telah terbentuk dari bahan tersebut. Keseimbangan antara

panas yang diadsorpsi oleh sampel untuk menguapkan air dan memindahkan

panas dari kondensor untuk mengubah uap air menjadi es adalah inti dari

proses freezer-dry.

c. Kalsinasi pada Temperatur 600 oC dan 700

oC

Serbuk kering hasil freezer-dry tersebut dimasukkan ke dalam cawan

penguap untuk kemudian dikalsinasi sampai temperatur 600 oC dan 700

oC

dengan laju temperatur 2 oC /menit. Kemudian katalis digerus hingga halus

menggunakan mortar, ditimbang dan dilanjutkan untuk uji karakterisasi

katalis. Adapun profil kalsinasi disajikan dalam Gambar 13 berikut.

Page 56: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

38

Gambar 13. Profil kalsinasi sampai temperatur 600

oC.

Berdasarkan Gambar 13 di atas mula-mula katalis dipanaskan sampai

temperatur 28 o

C. Kemudian temperatur dinaikkan sampai 350 o

C dengan laju

temperatur 2 o

C /menit, ditahan selama 2 jam, dan terakhir temperatur

dinaikkan sampai 600 o

C, ditahan selama 3 jam. Setelah 3 jam, temperatur

dibiarkan kembali ke temperatur ruang.

Gambar 14. Profil kalsinasi sampai temperatur 700

oC.

Page 57: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

39

2. Karakterisasi Katalis

a. Analisis Keasaman Katalis

Penentuan jumlah situs asam katalis dilakukan secara kuantitatif dengan

menggunakan metode gravimetri (ASTM, 2005) dilakukan dengan cara,

mula-mula wadah kosong ditimbang kemudian diisi dengan 0,25 gram katalis

dan dimasukkan ke dalam desikator bersama basa piridin, ditutup dan

dibiarkan selama 24 jam. Setelah 24 jam katalis yang telah mengadsorpsi

basa piridin dikeluarkan dan dibiarkan di tempat terbuka selama 2 jam.

Selanjutnya sampel ditimbang dan jumlah situs asam dari katalis ditentukan

menggunakan persamaan berikut.

Dimana, w1 = Berat wadah kosong

w2 = Berat wadah + cuplikan

w3 = Berat wadah + cuplikan yang telah mengadsorpsi piridin

BM = Bobot molekul piridin

Selanjutnya, penentuan jenis situs asam katalis dilakukan secara kualitatif

dengan menggunakan spektrofotometer inframerah (FTIR). Sampel katalis

yang dianalisis dicampur dengan KBr, dengan perbandingan 1:50 atau 1:100.

Kemudian sampel yang sudah dicampur dengan KBr dibentuk menjadi tablet,

lalu dimasukkan ke dalam vessel sampel. Setelah itu sampel diukur

Page 58: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

40

menggunakan spektrofotometer inframerah (FTIR) pada daerah bilangan

gelombang 1200 – 2100 cm-1

(Rodiansono et al., 2007).

b. Analisis Struktur Katalis

Analisis struktur kristal dilakukan menggunakan instrumentasi difraksi sinar-

X (XRD). Prosedur analisis ini disesuaikan dengan penelitian yang telah

dilakukan oleh Maiti et al., (1973). Analisis dilakukan menggunakan radiasi

CuKα (1,5425 Å), tabung sinar-X dioperasikan pada 40 kV dan 200 mA.

Rentang difraksi yang diukur (2θ) dalam rentang 15 – 80o, dengan scan step

size 0,05o/menit. Puncak-puncak yang terdapat pada difraktogram kemudian

diidentifikasi menggunakan difraktogram yang diterbitkan JCPDF dalam

PCPDFwin 1997 sebagai acuan (Drbohlavova et al., 2009).

Ukuran partikel dihitung menggunakan persamaan Debye-Scherrer berikut.

D=

Dimana: D= ukuran partikel (nm)

k= konstanta (0,94)

λ= 1,5425 Å

β= radian (FWHM)

θ= lebar puncak

c. Analisis Morfologi Katalis

Analisis morfologi permukaan nanokatalis dilakukan menggunakan

instrumentasi Transmission Electron Microscop (TEM). Sampel katalis

Page 59: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

41

(±5mg) yang akan dianalisis ditempatkan pada wadah sampel dengan dengan

ukuran 3 mm dan ketebalan 300 µm. Sampel diteteskan methanol untuk

mencegah aglomerasi. Kemudian sampel tersebut ditembakkan dengan ion

argon sampai berlubang. Pada bagian yang tipis ini ditembakkan berkas

elektron sehingga menembus sampel kemudian hasil dari tembusan elektron

tersebut yang ditangkap detektor dan diolah menjadi gambar (Bendersky and

Gayle, 2001).

d. Analisis Distribusi Ukuran Partikel

Untuk mengetahui distribusi ukuran partikel , katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ

dianalisis menggunakan Particle Size Analyzer (PSA). Merk Alat Nano Tec

plus/ Seri Analysette 22 FRITSCH. Sampel divakum dan partikel yang

memasuki sensing area dilaser dengan sinar inframerah dan dibaca oleh

detektor.

3. Uji Katalitik

a. Preparasi Sampel

Sebanyak 0,5 g selulosa dan 100 mL aquabidest diultrasonik selama 8 jam.

Pada penelitian ini dilakukan reaksi katalitik sebanyak 9 kali untuk katalis

LaCr0,7Mo0,3O3±δ pada temperatur kalsinasi 600 o

C serta 9 kali untuk katalis

LaCr0,7Mo0,3O3±δ pada temperatur kalsinasi 700 o

C. Sehingga selulosa yang

dibutuhkan sebanyak 9 gram dan aquabidest 1800 mL.

Page 60: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

42

b. Reaksi Katalitik

Katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ yang dihasilkan pada penelitian ini selanjutnya

digunakan dalam proses uji katalitik konversi selulosa menjadi gula alkohol.

Larutan selulosa yang telah diultrasonikasi dipindahkan ke dalam labu leher

tiga, lalu diaduk dengan pengaduk. Dipanaskan hingga variasi suhu 100 o

C,

120 o

C dan 140 o

C. Selanjutnya ditambahkan katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ

sebanyak 0,1 g dan dialirkan gas hidrogen dengan laju 10 mL/ menit selama 2

jam. Kemudian aliran gas hidrogen dan suhu reaksi dimatikan, namun

pengaduk dibiarkan hidup hingga temperatur reaktor turun (dalam penelitian

ini pada suhu 50 o

C). Setelah temperatur reaktor turun, pengaduk dimatikan

dan hasil konversi dikeluarkan dari dalam labu leher tiga. Kertas saring yang

belum digunakan ditimbang kemudian hasil reaksi disaring menggunakan

kertas saring tersebut. Kertas saring dikeringkan di dalam oven, setelah itu

dihitung persen konversi pada masing-masing reaksi. Sedangkan filtrat

dianalisis menggunakan uji Fehling dan Kromatografi Cair Kinerja Tinggi

(KCKT).

1.Tabung hidrogen 4. Pemanas magnet stirer 7. Wadah PR. Pengatur tekanan

2. Penangas air 5. Termometer 8. Kondensor NV.Kran pengatur

3. Stirer 6. katalis 9. Silinder R Alat Pemutar

Gambar 15. Rangkaian Alat Utama Hidrolisis

Page 61: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

43

c. Uji Fehling

Masukkan 2 mL pereaksi Fehling ke dalam tabung reaksi. Tambahkan 1 mL

larutan hasil hidrolisis selulosa ke dalam tabung reaksi tersebut. Panaskan

campuran tersebut pada pembakar spiritus. Uji positif gula pereduksi

menunjukkan warna merah bata.

d. Analisis dengan Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT)

Katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ yang menunjukkan hasil positif gula pereduksi

(endapan merah bata), dianalisis menggunakan Kromatografi Cair Kinerja

Tinggi (KCKT) dengan parameter fasa gerak acetonitril : aquabides, kolom

Carbohydrate High Performance (4,6 x 250 mm), detektor indeks refraksi,

laju alir 1,4 mL/ menit, dan suhu kolom 35 o

C. Hal ini bertujuan untuk

mengetahui kandungan alkohol yang terkandung dalam senyawa tersebut.

Page 62: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

66

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. SIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa :

1. Penelitian ini mampu menghasilkan katalis dengan ukuran partikel skala nano

menggunakan metode sol gel, serta pektin sebagai agen pengemulsi.

2. Kedua katalis menunjukkan jenis situs asam Lewis, dengan jumlah situs asam

katalis 600 oC relatif lebih besar dibandingkan katalis 700

oC.

3. Hasil analisis difraksi sinar-X (XRD) menunjukan terbentuknya struktur katalis

LaCr0,7Mo0,3O3±δ dengan fasa kristalin La2(MoO4)3, LaCrO3, dan sedikit LaCrO4,

dengan fasa kristal terbanyak berupa LaCrO3 pada katalis 700 oC.

4. Hasil analisis Transmission Electron Microscop (TEM) menunjukkan morfologi

permukaan nanokatalis yang heterogen.

5. Hasil analisis Particle Size Analyzer (PSA) pada katalis 600 oC menunjukkan

distribusi ukuran nano yang lebih besar dibandingkan katalis 700 oC.

6. Katalis LaCr0,7Mo0,3O3±δ 600 o

C dan 700 o

C aktif dalam mengkonversi selulosa

menjadi gula akohol berupa mannitol dengan % konversi dan hasil produk terbaik

terbentuk pada katalis 700 oC.

Page 63: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

67

B. SARAN

Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh, maka pada penelitian selanjutnya

disarankan untuk :

1. Melakukan uji katalitik pada temperatur reaksi yang lebih rendah (T<100oC),

untuk menguji apakah pada kondisi tersebut fruktosa, sorbitol, dan manitol dapat

terbentuk.

2. Melakukan uji analisis lanjut untuk produk gula pereduksi lainnya dengan

menggunakan Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT).

Page 64: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

68

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, M., V. Yudistira, Nirmin dan Khairurrijal. 2008. Sintesis nanomaterial.

Jurnal Nanosains dan Nanoteknologi. Hal 33–36.

Agustine, R dan R.T.M. Situmeang. 2009. Pembuatan dan karakterisasi katalis

perovskite (LaCr1-xNixO3±δ) dengan metode sol-gel dan uji katalitiknya

pada konversi fruktosa (Skripsi tidak diterbitkan). Universitas Lampung.

Bandar Lampung. Hal 52–58.

Aimin, Jiang., W. Li, W. Hao, Z. Xiaohua, H. Yinchen, L. Wangwang and Y.

Gongming. 2015. Pectin-chitosan complex: Preparation and application in

colon-specific capsule. Int J Agric & Biol Eng. P 156.

Amalia, R dan R.T.M.Situmeang. 2013. Studi pendahuluan konversi selulosa

menjadi gula alkohol dengan katalis NixFe2-xO4 dengan variabel x=0,5; 0,8

dan 1. (Skripsi tidak diterbitkan). Universitas Lampung. Bandar Lampung.

Hal 47–49.

Bai, Renbi and D. Deng. 2004. Removal of trivalent and hexavalent chromium

with aminated polyacrylonitrile fibers: Performance and mechanisms.

Water Res. 38, pp 2423–2431.

Bermejo E., T. Dantas, C. Lacour and M. Quarton. 1995. Mechanism of formation

of nanocrystalline hematite prepared by freeze-drying. Material Res. B. 30,

pp 645–652.

Bikshalu, K., V.S.K. Reddy, P.C.S. Reddy and K.V. Rao. 2014. Synthesis of

La2O3 nanoparticles by pechini method for future CMOS applications.

IJEAR. 4, pp 2348–0033.

Campbell, I.M. 1988. Catalyst at surfaces. Chapman and Hall. New York. Pp 1–3.

Chiang, T.H. and H.C. Yeh. 2013. The synthesis of α-MoO3 by ethylene glycol.

Materials. 6, pp 4609–4625.

Constenla, D. and J. E. Lozano. 2006. Kinetic model of pectin demethylation.

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-

Page 65: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

69

89132005000200013. Diakses pada tanggal 8 Agustus 2014 pukul 05.30

WIB.

Cullity, B. D. 1978. Element of X-ray Diffraction 2nd edition. Addison-Wesley

Publishing Company, Inc. Philippines. Pp 397–398.

Danner, H and R. Braun. 1999. Biotechnology for the production of commodity

chemicals from biomass, Chem. Soc. Pp 395–405.

Drbohlavova, J., R. Hrdy, V. Adam, R. Kizek, O. Schneeweiss and J. Hubalek.

2009. Preparation and properties of various magnetic nanoparticles.

sensors. 9, pp 2352–2362.

Duguet, E. 2000. Introduction to hybrid organic-inorganic materials. University

Bordeaoux. Pp 12–15.

Farrell, A. E., R. J. Plevin, B. T. Turner, A. D. Jones, M. O’Hare and D. M.

Kammen. 2006. Ethanol can contribute to energy and environmental goals.

Science. 311(5760), pp 506–508.

Fessenden, R. J. and J. S. Fessenden. 1995. Kimia Organik Jilid II Edisi Ketiga.

Erlangga. Jakarta. Hal 319–337.

Fukuoka, A., H. Kobayashi,Y. Ito, T. Komanoya,Y. Hosaka, P. L. Dhepe, K.

Kasai and K. Hara. 2011. Synthesis of sugar alcohols by hydrolytic

hydrogenation of cellulose over supported metal catalysts. Green Chem.

13, pp 326–333.

Funazukuri, T. 2013. Hydrothermal conversion of cellulose to glucose and

oligomers in dilute aqueous formic acid solution. DOI. 10, 5772–52007.

Gritter, R.J., J. M. Bobbit, and A.E. Schwarting. 1991. Pengantar Kromatografi.

2nd edition. ITB. Bandung. Pp 160–179.

Hanke, L. D. 2001. Handbook of analytical methods for materials. Materials

Evaluation and Engineering Inc. Plymouth. Pp 35–38.

Han, Y., J. Zhang., and X. Liu. 2013. Molybdenum-Containing Acidic Catalysts

to Convert Cellulosic Biomass to Glycolic Acid. United States Patent

Application Publication. US 2013/0281733 A1. Pp 1–2

Hegedus, L.L. 1987. Catalyst design progress and prespective. John Willey and

Sons. USA. Pp 5–9

Heydarzadeh, H., D. G.G. Najafpour and A.A. Nazari-Moghaddam. 2009.

Catalyst-free conversion of alkali cellulose to fine carboxymethyl cellulose

at mild conditions. World Applied Sciences. ISSN 1818–4952.

Page 66: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

70

Hu,Shuwen and X. Qiu. 2013. “Smart” materials based on cellulose: A review of

the preparations, properties, and applications. Materials. 6, pp 738–781.

Israel, E.W. 1995. Infrared spectroscopy of supported metal oxide catalysts.

Physicochem and Eng Asp. Pp 143–149.

JECFA. 1996. Mannitol. Ins- No-421-1.

JECFA. 1996. Sorbitol. Ins-No-50-70-4.

JECFA. 1996. Xylitol. Ins-No-967.

Ji, N., T. Zhang, M. Zheng, A. Wang, H. Wang, X. Wang and J. G. Chen. 2008.

Direct catayitic convertion of cellulose into ethylene glycol using nickel-

promoted tungsten carbide catalysts. Angewandte Chemie Int. Edition. 47

(44), pp 8510–8513.

Jie, X.U., M.A. Jiping, Y.U. Weiqiang, W. Min, J.I.A. Xiuquan and L.U. Fang.

2013. Advances in selective catalytic transformation of ployols to value added chemicals. Chinese J. Catal. Pp 492–507

Johanson, A., O. Aoltonen and P. M. Ylinen. 1987. Organosolv pulping method

and pulp property biomassa. Tappi J. P 2.

Kalapathy, U and A. Protor. 2001. Effect of acid extraction and alcohol

precipitation condition on the yield and purity of soy hull pectin. Food

Chem. Pp 393–396.

Klemm, D., B. Philipp, T. Heinze, U. Heinze, W. Wagenknecht. 1998.

Comprehensive cellulose chemistry: Fundamentals and analytical

methods. Wiley-vch verlag GmbH. Germany. Pp 1–5

Kupiec, T. 2004. Quality-Control Analytical Methods: High Performance Liquid

Chromatography. Int. J. of Pharmacceutical Comp. 8 (3), pp 223–227.

Kuusisto J., J.P. Mikkola, P.P. Casal, H. Karhu, J. Vayrynen and T Salmi. 2005.

Kinetics of the catalytic hidrogenation of D-fructose over a CuO-ZnO

catalyst. Chem Eng J. 115, pp 93–102.

Kwon, K. C. H. T. Mayfield. B. Marolla, Nichols and M. Mashburn. 2011.

Catalytic deoxygenation of liquid biomass for hydrocarbon fuels.

Renewable Energy. 36(3), pp 907–915.

Ladisch, M. R., T.A. Hsu and G.T. Tsao. 1980. Alcohol from cellulose. Chem

Tech. 10(5), pp 315–319.

Lambert C.K. and R. D. Gonzalez. 1998. The importance of measuring the metal

Page 67: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

71

content of supported metal catalysts prepared by the sol gel method. Appl

Catal a General. 172, pp 233–239.

Lee, J and T. W. Jeffries. 2011. Efficiencies of acid catalysts in the hydrolysis of

lignocellulosic biomass over a range of combined severity factors.

Bioresource Tech. Pp 5884–5890.

Lee, H. V., S. B. A. Hamid and S. K. Zain. 2014. Conversion of lignocellulosic

biomass to nanocellulose structure and chemical process. Scientific World

J. 19, pp 1–16.

Lin, Y and G. W. Huber. 2009. The critical role of heterogeneous catalysis in

lignocellulosic biomass conversion. Energy and Environmental Science. 2,

pp 68–80.

Lin, L., J. Zhuang, L. Peng, B. Zhang and Y. Gong. 2010. Catalytic conversion of

cellulose to levulinic acid by metal chlorides. Molecules. 15, pp 5258–

5272.

Luypaert, J., Zhang, M., and Massart, D.L. 2003. Feasibility study for the use of

near infra-red spectroscopy in the qualitative and quanttitative analysis

green tea. Analyt Chem Acta. Pp 310–312.

Maiti, G. C., M. L. Kundu, S. K. Ghosh and B. K. Banerjee. 1973. Cyrstallite size

measurements and phase transformation of Fe2O3, Cr2O3 and Fe2O3 -

Cr2O3 system by x-ray difraction method. Physic Res Wing Fertilizer Corp

India Limited. 41 (5), pp 496–505.

Miesfeld, D. 2008. Lecture 31 - Carbohydrate structure. Cellulose is a biofuel.

Bioc. P 460.

Navrotsky, A., Weidner, D. J. and Preface. 1989. In perovskite: a structure of

great interest to geophysics and material science. American Geophysical

Union. Washington D.C. 45, p 146.

Nelson, D. B., C.J.B. Smith and Wiles. 1977. Commecially important pectic

substance in food colloids. Avi Publishing Co.Westport. P 418.

Park, E. D., I.G. Baek and S.J. You. 2013. Direct convertion of cellulose into

spolyols over Pt/CsxH3-xPW12O40. Clean Technology. 19, pp 13–21

Parry, E. P. 1963. An infrared study of pyridine adsorbed on acidic solids

characterization of surface acidity. J. Catal. Pp 371–379.

Peng, L., L. Lin, J. Zhang, J. Zhuang, Z. Beixiao and Y. Gong. 2010. Catalytic

conversion of cellulose to levulinic acid by metal chlorides. Molecules. 15

(8), pp 5258–5272.

Page 68: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

72

Pinna, F. 1998. Supported metal catalyst preparation. B. Catal Today. 41, pp 29–

137.

Purnomo, Eko Ari. 2003. Pembuatan dan karakterisasi katalis NiO/LaCrO3 untuk

reaksi dekomposisi NO2 (Skipsi). Universitas Lampung. Bandar Lampung.

Hal 14–31.

Ratnayani, K. dan A. S. Dwi. 2008. Penentuan kadar glukosa dan fruktosa pada

madu randu dan madu kelengkeng dengan metode kromatografi cair

kinerja tinggi. Jurnal Kimia. Hal 77–86.

Ridley, B.L., M. A. O’Neill and D. Mohnen. 2001. Pectins: Structure,

biosynthesis and oligogalacturonide-related signaling. Phytochem. Pp 929–

967.

Rodiansono, W., Trisunaryanti and Triyono. 2007. Pembuatan, karakterisasi dan

uji aktifitas katalis NiMo/Z dan NiMo/Z-Nb2O5 pada reaksi hidrorengkah

fraksi sampah plastik menjadi fraksi bensin. Berkala MIPA. 17, pp 44–54.

Ryczkowski, J. 2001. IR spectroscopy in catalysis. Elsevier. Catalysis Today. Pp

263–381.

Santosa, A. 2008. Analisa struktur dan komposisi material lapisan tungsten

carbide/ cobalt (WC-Co) yang dipersiapkan dengan metode HVOF.

(Tesis). Universitas Indonesia. Jakarta. Hal 14–17.

Service, R. F. 2010. Is there a road ahead for cellulosic ethanol?. Science. Pp 784–

785.

Skoog, D. A. and D. M. West. 1982. Fundamentals of Analytical Chemistry,

fourth edition. HRW International Editions. Pp 85–92

Song, Y.F., L. Cronin, C.G. Lin, D. L. Long and W. Chen. 2014. Step-by-step

covalent modification of crtemplated anderson-type polyoxometalates.

Dalton Trans J. 43, p 8587

Sopyan, I., D. A. Winarto dan Sukartini. 1997. Pembuatan bahan keramik melalui

teknologi sol gel. Bidang Pengembangan Teknologi BPPT. Pp 137–143.

Stojanovic M., R. G. Haverkamp, C. A. Mims, H. Moudallal and A. J. Jacobson.

1997. Synthesis and characterization of LaCr1-xNixO3 perovskite chatalyst.

J Chatal. 165, pp 315–323.

Sukmawibowo. 2010. Preparasi dan karakterisasi katalis Fe2O3 untuk reaksi

hidrogenasi katalitik CO2. (Skripsi tidak diterbitkan). Universitas

Lampung. Bandar Lampung. Hal 45–48.

Tanabe, K. J.R. Anderson and M. Boudart 1981. Solid acid and base catalyst in

Page 69: KONVERSI SELULOSA MENJADI GULA ALKOHOL …digilib.unila.ac.id/21634/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · Karya kecil ini kupersembahkan sebagai wujud sayang, bakti ... Nardi dan

73

catalysis science and technology. Springer- Link. Berlin. 2, pp 231– 273.

Toukoniitty, B., J. Kuusisto, J.P. Mikkola, T. Salmi and D.Y. Murzin. 2005.

Effect of ultrasound on catalytic hydrogenation of D-fructose to D-

mannitol. American Chem Society. Pp 9370–9375.

Towle, G. A. and O. Christensen. 1973. Pectin in R.L Whistler (ed.). Industrial

Gum. Academic Press. New York. P 429.

Wang, Y., W. Deng, B. Wang, Q. Zhang, X. Wan, Z. Tang, Y. Wang, C. Zhu, Z.

Cao, G. Wang and H. Wan. 2013. Chemical synthesis of lactic acid from

cellulose catalysed by lead (ii) ions in water. Nature Communications 4.

Article Number 2141. Pp 1–5

Wang, S., Y. Du, W. Zhang, X. Cheng and J. Wang. 2014. Catalytic convertion

into 5-hydroxymethylfurfural over chromium trichloride in ionic liquid.

Korean J Chem Eng. Spxinger US. Pp 0256–1115. 31 (10), pp 1786 –

1791.

Widegren, J. A., R. G. Finke and J. Mol. 2003. Preparation of a multifunctional

core-shell nanocatalyst and its characterization by HRTEM. Catal. A:

Chem. 191, p 187.

Wu, Y and X. Wang. 2011. Preparation and characterization of single-phase α-

Fe2O3 nano-powders by pechini sol-gel method. Materials Letters. Pp

2062–2065.

Yusnani, A. 2008. Rasio optimum konsentrasi prekursor pada sintesis katalis

Ni-Mo/zeolit Y. (Skripsi FMIPA). Universitas Sebelas Maret. Surakarta.

Hal 51–53.

Yuwono, A.H., D. Dhaneswara, A Ferdiansyah dan A. Rahman. 2011. Sel surya

tersensitasi zat pewarna berbasis nanopartikel TiO2 hasil proses sol-gel

dan perlakuan paska hidrotermal. Jurnal Material dan Energi Indonesia.

Hal 127–140.

Zhang, C., Y. Su, H. M. Brown, G. Li, et.al. 2010. Accelerated cellulose

depolymerization catalyzed by paired metal chlorides in ionic liquid

solvent. Applied Catalysis A. Pp 436–442.

Zhang ,Tao., M. Zheng, J. Pang and A. Wang. 2014. One pot catalytic conversion

of cellulose to ethylene glycol and other chemicals: From fundamental

discovery to potential commercialization. Chinese Journal of Catalysis. Pp

602–613.

Zhou, C., X. Xia, D. Tong and J. Beltramini. 2011. Catalytic conversion of

lignocellulosic biomass to fine chemicals and fuels. Cite this: Chem. Soc.

Rev. 40, Pp 5588–5617.