PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE SKRIPSI

Transkripsi

1 PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE SKRIPSI Oleh GENDISH YORICYA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2015

2 PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE SKRIPSI Oleh GENDISH YORICYA SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2015

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Oktober 2015 Gendish Yoricya NIM i

4 ii

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Proses Delignifikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik Choline Chloride berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Melalui penelitian ini diperoleh selulosa dari proses delignifikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit menggunakan cairan Ionik Kolin Klorida. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam proses hidrolisis pembuatan bioetanol. Manfaat lain yang diperoleh, yaitu dapat meningkatkan nilai ekonomis dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dan mengurangi masalah limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada : 1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku Dosen Pembimbing dan Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian. 2. Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi. Sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, ST. MT dan Ibu Dr. Erni Misran, ST, MT selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 4. Ibu Dr.Ir. Iriany M.Si Selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT selaku sekertaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. iii

6 6. Kedua orang tua tercinta yang telah memberikan semangat, dorongan baik secara material maupun secara spiritual kepada penulis. 7. Shinta Aisyah Putri, selaku partner terbaik yang telah sabar dan membantu penulis bekerjasama dalam menyelesaikan penelitian. 8. Teman teman Ekstensi angkatan 2013 yang telah menemani penulis dalam menempuh jalan menuju skripsi. 9. Teman terdekat yang senantiasa membantu dan memberikan semangat juga disertai doanya dalam menyelesaikan skripsi ini. 10. Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini, yang tidak dapat ditulis namanya satu persatu. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Oktober 2015 Penulis Gendish Yoricya iv

7 Dedikasi Skripsi ini kupersembahkan kepada Ayahanda Agus Fatulillah dan Ibunda Yetti Rahmawati tercinta yang telah melahirkan, membesarkan, mendidik dan membimbing serta melimpahkan curahan kasih sayangnya kepadaku. Pencapaian ke tahap ini berkat doa, dukungan baik materil maupun spirituil dengan sabar dan restumu. Terima kasih kuucapkan kepada kedua orang tua tercinta yang senantiasa membantu dan memberikan semangat juga disertai doanya dalam mewujudkan cita-cita yang kuinginkan. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Asal Sekolah : Nama : Gendish Yoricya NIM : Tempat/tgl lahir : Jakarta, 14 Juni 1992 Nama orang tua : Agus Fatulillah Alamat orang tua : Jl. Tegal Sari Ujung, Duri, Mandau, Kab. Bengkalis 28784, Riau SD Negeri 1 Lhokseumawe tahun SMP Negeri 1 Lhokseumawe tahun SMA Negeri 2 Lhokseumawe tahun D3 Politeknik Negeri Lhokseumawe tahun Pengalaman Organisasi: - Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai: 1. Juara I Degen Junior Putri (Anggar) PORPROV X 2006, Aceh 2. Peringkat VI Degen Putri (Anggar) Kejurnas 2008, Samarinda 3. Peringkat 28 Degen Putri (Anggar) Asian Junior & Cadet Fencing Championships 2009, Singapore 4. Juara II Degen Junior Putri (Anggar) PORPROV XI Juli 2010, Aceh vi

9 ABSTRAK Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah pertanian yang memiliki kandungan lignoselulosa yang cukup tinggi dan belum dimanfaatkan secara maksimal. Dengan kandungan selulosa sebesar 45%-50%, maka TKKS berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Dalam proses pembuatan bioetanol dari TKKS, delignifikasi lignoselulosa adalah tahap pertama yang dilakukan untuk memutuskan ikatan antara selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Pada penelitian ini dilakukan proses delignifikasi menggunakan NaOH dalam sistem cairan ionik dan tanpa cairan ionik. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kadar selulosa tertinggi yang terdapat pada TKKS. Proses delignifikasi yang dilakukan menggunakan cairan ionik kolin klorida (ChCl) dalam berbagai waktu pemasakan dengan jumlah ChCl yang berbeda. Penelitian ini menggunakan serbuk TKKS yang dimasak pada suhu 130 C dengan variasi waktu pemasakan 30, 60, dan 90 menit dan variasi penambahan ChCl sebesar 10%, 15%, dan 20% dari berat TKKS. Hasil penelitian delignifikasi menggunakan ChCl diperoleh kadar selulosa tertinggi yaitu 40,33%, dengan kandungan hemiselulosa 20,28%, dan lignin 3,62% pada perlakuan pemasakan 90 menit dan penambahan ChCl 15%. Sedangkan delignifikasi tanpa ChCl diperoleh kadar selulosa tertinggi yang diperoleh yaitu 24,98%, kandungan hemiselulosa 8,25%, dan lignin 18,99% pada perlakuan pemasakan 90 menit. Proses delignifikasi menggunakan cairan ionik ChCl mampu meningkatkan derajat delignifikasi sebesar 61,45%. Kata Kunci: Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Lignoselulosa, Delignifikasi, Kolin Klorida, Cairan Ionik, Selulosa, Hemiselulosa, Lignin vii

10 ABSTRACT Palm Empty Fruit Bunches (TKKS) is a waste which has a fairly high content of lignocelluloses. Meanwhile, TKKS has not been utilized optimally. With a cellulose content of 45%-50%, TKKS then potentially be used as raw material for bioethanol. In the process of bioethanol production from TKKS, delignification of lignocellulose the first stage to dissolving ligament between cellulose, hemicellulose and lignin. In this research, delignification process was carried out using NaOH in the ionic liquid system and without ionic liquids. The purpose of this research was to find out the highest content of cellulose which contained in the TKKS. Delignification process were performed using ionic liquids choline chloride (ChCl) in variety of heating time with amount of different ChCl. This research used TKKS powder heated at a temperature 130 C with a variety of heating time 30, 60, and 90 minutes and the variation addition of ChCl at10%, 15% and 20% weight of TKKS. Delignification research results used ChCl obtained highest content of cellulose is 40,33%, containing hemicellulose 20,28%, and lignin 3,62% in heating treatment 90 minutes and the addition of 15% ChCl. While delignification without ChCl obtained highest content of cellulose is 24,98%, containing hemicellulose 8,25%, and lignin 18,99% in heating treatment 90 minutes. Delignification process using ionic liquids ChCl can improve the degree of delignification is 61,45%. Keywords: Palm Empty Fruit Bunches, Lignocellulose, Delignification, Choline Chloride, Ioniq Liquid, Cellulose, Hemicellulose viii

11 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN HASIL PENELITIAN i PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii PRAKATA iii DEDIKASI v RIWAYAT HIDUP PENULIS vi ABSTRAK vii ABSTRAK viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR LAMPIRAN xv DAFTAR SINGKATAN xvi BAB 1 PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERMASALAHAN TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA KELAPA SAWIT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) DELIGNIFIKASI LIGNOSELULOSA PRETREATMENT LIGNOSELULOSA SELULOSA HEMISELULOSA LIGNIN CAIRAN IONIK (IONIC LIQUID) Sifat Fisik dan Kimia 16 ix

12 2.9.2 Aplikasi Cairan Ionik Kolin Klorida 17 BAB III METODOLOGI WAKTU DAN TEMPAT ALAT DAN BAHAN RANCANGAN PENELITIAN TAHAPAN CARA KERJA PENELITIAN Persiapan Bahan Baku Proses Delignifikasi Tanpa Cairan Ionik Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH dalam sistem Cairan Ionik ChCl Analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin FLOWCHART PERCOBAAN Flowchart Persiapan Bahan Baku Flowchart Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Tanpa ChCl Flowchart Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik Flowchart Prosedur Analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin 25 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN MEKANISME DELIGNIFIKASI PADA BIOMASSA MENGGUNAKAN NAOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK DAN TANPA CAIRAN IONIK PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP SELULOSA PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP HEMISELULOSA PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP LIGNIN YANG TERTINGGAL DI DALAM HOLOSELULOSA PERBANDINGAN PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL TERHADAP KADAR SELULOSA 32 x

13 4.6 PERBANDINGAN PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL TERHADAP KADAR HEMISELULOSA PERBANDINGAN KADAR LIGNIN YANG TERTINGGAL HASIL PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL 35 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 37 DAFTAR PUSTAKA 38 LAMPIRAN 1 41 LAMPIRAN 2 50 xi

14 DAFTAR GAMBAR Halam an Gambar 2.1 Kelapa Sawit 6 Gambar 2.2 Tandan Kososng Kelapa Sawit 8 Gambar 2.3 Reaksi Pemutusan Ikatan Lignoselulosa Menggunakan NaOH 10 Gambar 2.4 Proses Pretreatment Lignoselulosa 12 Gambar 2.5 Struktur Selulosa 13 Gambar 2.6 Struktur Hemiselulosa 14 Gambar 2.7 Struktur Molekul Lignin 15 Gambar 2.8 Struktur Kolin Klorida 17 Gambar 4.1 Pengaruh Jumlah ChCl dan Waktu Delignifikasi Terhadap Kadar Selulosa 28 Gambar 4.2 Pengaruh Jumlah ChCl dan Waktu Delignifikasi Terhadap Kadar Hemiselulosa 30 Gambar 4.3 Pengaruh Pengaruh Jumlah Kolin Klorida (ChCl) dan Waktu Delignifikasi Terhadap Kadar Lignin yang Tertinggal di Dalam Holoselulosa Hasil Delignifikasi 31 Gambar 4.4 Perbandingan Proses Delignifikasi Menggunakan ChCl dan Tanpa ChCl Terhadap Kadar Selulosa 32 Gambar 4.5 Pengaruh Perbandingan Proses Delignifikasi Menggunakan ChCl dan Tanpa ChCl Terhadap Kadar Hemiselulosa 34 Gambar 4.6 Perbandingan Kadar Lignin yang Tertinggal di Dalam Holoselulosa Hasil Proses Delignifikasi Menggunakan ChCl dan Tanpa ChCl 35 Gambar L2.1 Penghancuran (penggilingan) TKKS Menggunakan Ball Mill 50 Gambar L2.2 Pengayakan Serbuk TKKS Menggunakan Ayakan 60 mesh 50 Gambar L2.3 Serbuk TKKS yang Sudah Diayak 51 Gambar L2.4 Hasil Proses Pemasakan Menggunakan ChCl 51 Gambar L2.5 Proses Penyaringan Serbuk TKKS Hasil Pemasakan Menggunakan Kertas Saring 51 Gambar L2.6 Hasil Delignifikasi Menggunakan ChCl 52 xii

15 Gambar L2.7 Hasil Delignifikasi Tanpa ChCl 52 Gambar L2.8 Residu Kering dengan Penambahan Aquades 52 Gambar L2.9 Residu Kering dengan Penambahan H 2 SO 4 52 xiii

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Data Hasil Penelitian Tentang Delignifikasi Menggunakan Cairan Ionik 2 Tabel 2.1 Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) 9 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Beberapa Biomassa 11 Tabel 3.1 Rancangan Alat Lengkap (RAL) Proses Delignifikasi 19 Tabel L1.1 Hasil Analisa Kadar Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin 41 xiv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 PERHITUNGAN Perhitungan Kadar Hemiselulosa Perhitungan Kadar Selulosa Perhitungan Kadar Lignin Perhitungan Derajat Delignifikasi Perhitungan Yield Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin 48 LAMPIRAN 2 GAMBAR PENELITIAN Gambar Proses Penggilingan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Gambar Proses Pengayakan Serbuk TKKS Gambar Serbuk TKKS yang Sudah Diayak Gambar Hasil Proses Pemasakan Menggunakan ChCl Gambar Penyaringan Serbuk TKKS Hasil Pemasakan Gambar Serbuk TKKS Hasil Delignifikasi Gambar menganalis kadar selulosa, hemiselulosa dan lignin 53 xv

18 DAFTAR SINGKATAN ChCl CPO IL LCC PKS SIL TKKS Choline Chloride Crude Palm Oil Ioniq Liquid LigninCarbohydrate Complexes Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit Switchable Ionic Liquids Tandan Kosong Kelapa Sawit xvi