17 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian konversi lignoselulosa tandan pisang menjadi 5-hidroksimetil-2- furfural (HMF) untuk optimasi ZnCl 2 dan CrCl 3 serta eksplorasi metode pemisahan ini dilakukan di Laboratorium Riset Kimia Material-Hayati dan Laboratorium Instrumen Kimia Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia (FPMIPA UPI) dan pengujian AAS dilakukan di Laboratorium Pengujian Prodi Kimia ITB. Penelitian ini dilakukan selama 8 bulan terhitung sejak bulan Februari hingga Oktober 2015. 3.2 Alat dan Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah limbah tandan pisang yang diperoleh dari limbah perkebunan pisang dan limbah yang dihasilkan pedagang pisang. Padatan ZnCl 2 (Merck) digunakan untuk membuat campuran ZnCl 2 -H 2 O yang berperan sebagai pelarut pada proses konversi selulosa menjadi HMF. Katalis yang digunakan pada proses konversi adalah CrCl 3. 6H 2 O (Merck). Mikrokristalin selulosa (Sigma Aldrich) digunakan sebagai standar untuk mengkonfirmasi keberhasilan memperoleh selulosa dari hasil delignifikasi. HMF (Sigma Aldrich) dengan kemurnian 99,99% digunakan sebagai standar untuk mengkonfirmasi keberhasilan dalam memeroleh HMF dari hasil konversi. Etanol 96% (Merck) digunakan sebagai pelarut HMF. Semua bahan yang telah disebutkan dipesan melalui CV. Agung Menara. Untuk proses delignifikasi dan pencucian selulosa tandan pisang digunakan NaOH 25% dan H 2 O 2 5%. Aquades digunakan untuk melarutkan ZnCl 2. Bahan-bahan tersebut tersedia di Lab Riset Kimia Material-Hayati FPMIPA UPI. Proses pemisahan HMF dari ZnCl 2 dilakuakan dengan menggunakan resin penukar kation jenis Dowex 50WX8-200 sebagai fasa diam dan aquades sebagai fasa geraknya. Alat yang digunakan untuk menghaluskan tandan pisang adalah pisau dan blender dan dikeringkan menggunkan oven. Alat yang digunakan pada proses 17
18 delignifikasi adalah neraca analitik, gelas kimia, mantel pemanas, set alat refluks dengan labu leher tiga, statif, klem, kaca arloji, termometer 100 o C, labu Erlenmeyer berpenghisap, corong vakum, indikator ph, kertas saring, batang pengaduk, oven dan spatula. Alat yang digunakan pada proses konversi adalah set alat refluks dengan labu leher tiga, pemanas listrik, termometer 300 o C, pengaduk magnetik, corong, labu Erlenmeyer berpenghisap, gelas kimia, botol timbang, neraca analitik, corong leher pendek, spatula, batang pengaduk, pipet tetes, pipet mikro, labu ukur, pipet seukuran, kertas saring, serta alat dan tabung sentrifuge. Alat yang digunakan pada proses pemisahan adalah kolom, corong, gelas ukur, pipet dan batang pengaduk. Analisis gugus fungsi hasil delignifikasi dilakukan menggunakan instrumen FTIR-8400 SHIMADZU. Adapun hasil konversi HMF dianalisis menggunakan instrumen HPLC-D700 HITACHI dan hasil pemisahan dianalisis menggunakan instrumen AAS. 3.3 Prosedur Penelitian Penelitian konversi lignoselulosa tandan pisang menjadi HMF dilakukan dengan melalui tiga tahap, yaitu proses delignifikasi tandan pisang, konversi selulosa hasil delignifikasi menjadi HMF dan pemisahan HMF hasil reaksi dari pelarutnya. Hasil delignifikasi dianalisis menggunakan instrumen FTIR. Hasil konversi dianalisis menggunakan instrumen HPLC. Hasil pemisahan dianalisis menggunakan instrumen AAS. Tahapan umum penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.1 Delignifikasi Tandan Pisang Konversi Selulosa menjadi HMF Pemisahan HMF Hasil Reaksi Analisis AAS Gambar 3.1 Tahap umum penelitian konversi tandan pisang menjadi HMF
19 Penjelasan yang lebih lengkap untuk tiap tahapan penelitian tersebut diljelaskan pada uraian-uraian berikut. 3.3.1 Proses Delignifikasi Tandan Pisang Proses delignifikasi tandan pisang diawali dengan pengumpulan limbah tandan pisang. Tandan pisang dibersihkan kemudian dikeringkan di bawah sinar matahari selama seminggu, setelah itu, tandan pisang juga melalui pengeringan di dalam oven selama 24 jam pada suhu 60 o C. Sampel yang sudah kering kemudian dihaluskan dengan cara diblender. Tandan pisang halus kemudian ditimbang sebanyak 10 gram dan dimasukkan ke dalam gelas kimia yang kemudian diisi air 100 ml yang kemudian dipanaskan selama satu jam pada suhu 100 o C. Residu yang diperoleh dari proses hidrolisis tersebut kemudian diambil dan ditambahkan NaOH 25% sebanyak 100 ml (1:10) dan direfluks selama dua jam pada suhu 92 o C. Hasil refluks disaring menggunakan vakum. Residu yang diperoleh kemudian dicuci menggunakan aquades hingga ph aquades yang digunakan untuk pencucian menjadi netral. Setelah itu, residu dikeringkan di dalam oven pada suhu 60 o C selama 24 jam. Residu hasil pengeringan ditimbang kemudian direfluks kembali menggunakan larutan H 2 O 2 5% sebanyak 100 ml selama dua jam pada suhu 60 o C. Hasil refluks ini juga kemudian disaring menggunakan vakum dan dicuci hingga netral dan selanjutnya dikeringkan dalam oven selama 24 jam pada suhu 60 o C. Hasil delignifikasi ini, baik setelah refluks dengan NaOH maupun setelah refluks dengan H 2 O 2, dikarakterisasi dengan FTIR untuk dibandingkan dengan hasil karakterisasi FTIR terhadap mikrokristalin selulosa dan juga tandan pisang halus sebelum delignifikasi. Preparasi untuk analisis ini menggunakan garam KBr yang dibuat pellet. Instrumen yang digunakan adalah FTIR-8400 SHIMADZU. Hasil dari proses delignifikasi ini selanjutnya disebut sebagai selulosa tandan pisang. Prosedur untuk delignifikasi tandan pisang ditampilkan dalam Gambar 3.2.
20 Tandan Pisang - Dibersihkan - Dikeringkan Tandan Pisang Kering - Dihaluskan Tandan Pisang Halus - Ditimbang 10 gram - Ditambah aquades 100 ml - Dipanaskan 100 o C selama 1 jam Residu - Ditambah NaOH 25 % (1:10) - Direfluks selama 2 jam pada suhu 92 o C - Disaring Filtrat Residu - Dinetralkan - Dikeringkan Residu Kering - Ditambah 100 ml H 2O 2 5 % - Direfluks selama 2 jam pada 60 o C - Disaring Filtrat Residu - Dinetralkan - Dikeringkan Residu Kering Filtrat Gambar 3.2 Bagan Alir Proses Delignifikasi 3.3.2 Konversi Selulosa Tandan Pisang menjadi HMF Proses konversi selulosa tandan pisang menjadi HMF dilakukan dengan mencampurkan satu gram selulosa ke dalam campuran 30 gram larutan ZnCl 2 67% dan katalis CrCl 3 dengan variasi massa katalis 0,0125 g; 0,025 g; 0,05 g; 0,1 g; dan 0,2 g yang sebelumnya telah dipanaskan hingga 120 o C. Larutan kemudian derefluks pada suhu 120 o C selama 45 menit disertai dengan pengadukan. Hasil konversi dianalisis menggunakan HPLC. Setelah dibandingkan dengan hasil pengujian HPLC HMF standar, dua variasi massa katalis dengan perolehan terbaik diambil. Proses konversi selanjutnya menggunakan dua varisi massa katalis tersebut dengan memvariasikan konsentrasi larutan ZnCl 2 yang digunakan, yaitu 60 %, 70 %, 67 % dan 75 %. Campuran kemudian direfluks dengan kondisi yang
21 sama dengan proses konversi sebelumnya dan hasilnya dianalisis dengan HPLC. Proses konversi selulosa tandan pisang menjadi HMF ditampilkan di Gambar 3.3. Larutan ZnCl 2 - Ditimbang 30 gram - Ditambah CrCl 3 - Dipanaskan sampai 100 o C - Ditambah 1 g selulosa tandan pisang Campuran Selulosa Tanda Pisang, Larutan ZnCl 2 dan CrCl 3 - Direfluks 40 menit disertai pengadukan Hasil Reaksi Analisis HPLC Gambar 3.3 Bagan Alir Konversi Selulosa Tandan Pisang Menjadi HMF Preparasi analisis menggunakan HPLC dilakukan dengan melarutkan 1 ml hasil konversi dalam 9 ml etanol 96%. Campuran kemudian disentrigugasi selama 10 menit dengan kecepatan 1200 rpm. Supernatan hasil sentrifugasi diambil secukupnya untuk diuji HPLC. Analisis kualitatif dilakukan dengan membandingkan data waktu retensi yang diperoleh dengan waktu retensi HMF standar. Sedangkan untuk analisis kuantitatif, dilakukan uji kalibrasi dengan menggunakan deret standar larutan HMF dalam etanol. Standar yang digunakan memiliki konsentrasi 100, 150, 200, 300, 450 dan 500 ppm. Parameter dari HPLC pada proses uji ini adalah: Instrumentasi : HPLC-D700 HITACHI Detektor : UV 280 nm Laju alir : 1 ml/menit Fasa Gerak : Asetonitril:aquabides (10:90) Suhu kolom : 30 o C
22 3.3.3 Eksplorasi Metode Pemisahan Proses pemisahan dilakukan terlebih dahulu terhadap sampel model. Sampel model adalah larutan ZnCl 2 66,67 %. Sebelum proses pemisahan dilakukan, resin penukar ion disiapkan terlebih dahulu dengan dimasukkan ke dalam kolom dengan diameter 2 cm dengan tinggi 5 cm. Sebelum ditambahkan sampel, kolom dialiri terlebih dahulu fasa geraknya yaitu aquades. Model dipisahkan dari Zn dengan cara menambahkan 2,7 ml sampel ke dalam kolom yang sudah berisi resin dan aquades. Sampel kemudian dielusikan dengan aquades bervolume total 25 ml. Laju alir dihitung dengan satuan ml per menit, untuk pemisahan model dan hasil konversi ini, laju alir yang digunakan adalah 1,6 ml/menit. Hasil konversi juga dipisahkan dengan cara yang sama. Hasil-hasil pemisahan ditampung untuk kemudian diuji dengan instrumen AAS. Bagan alir proses pemisahan dapat dilihat pada Gambar 3.4. Pengamatan terhadap pengaruh laju alir terhadap hasil pemisahan juga dilakukan dengan cara memisahkan sampel model dengan laju alir yang divariasikan, yaitu selain 1,6 ml/menit yang sebelumnya sudah dilakukan, ditambah juga variasi laju alir 0,8 ml/menit, 0,4 ml/menit dan 0,27 ml/menit. Hasil Reaksi / Model - Ditakar sebanyak 2,7 ml - Dimasukkan ke dalam kolom berisi resin Dowex - Dielusi aquades 25 ml Hasil Elusi Analisis AAS Gambar 3.4 Bagan Alir Pemisahan HMF Hasil pemisahan dianalisis dengan AAS untuk mengetahui konsentrasi Zn 2+ setelah sampel melewati proses pemisahan. Konsentrasi Zn 2+ ditentukan dengan memasukkan nilai absorbansi sampel pada persamaan garis yang diperoleh dari kurva kalibrasi deret standar. Deret standar yang digunakan memiliki konsentrasi Zn 2+ sebesar 3, 6, 9 dan 12 ppm.