BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian tentang konversi biomassa kulit durian menjadi HMF dalam larutan ZnCl2 berlangsung selama 7 bulan, Januari-Agustus 2014, yang berlokasi di Laboratorium Riset Kimia Material dan Laboratorium Riset Kimia Makanan Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA B Universitas Pendidikan Indonesia. Analisis sampel menggunakan High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), dan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) dilakukan di Laboratorium Kimia Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Alat yang digunakan pada proses delignifikasi kulit durian adalah oven, blender, saringan 100 mesh , set neraca analitik, gelas kimia 100 mL, gelas kimia 250 mL, pH indikator, gelas ukur 100 mL, termometer 100 oC, pemanas listrik, kaca arloji, spatula, batang pengaduk, corong buchner, erlenmeyer vakum, kertas saring, batu didih, set alat refluks, labu dasar bulat leher tiga serta statif dan klem. Alat yang digunakan pada proses konversi selulosa dari kulit durian menjadi HMF adalah set neraca analitik, kaca arloji, spatula, batang pengaduk, set alat refluks, labu dasar bulat leher tiga, gelas kimia 50 mL, termometer 300 oC, gelas ukur 10 mL, magnetic strirer, pemanas listrik beserta stirrer, statif dan klem. Alat yang digunakan pada proses pemisahan adalah gelas kimia 50 mL, gelas ukur 5 mL, pipet makro, pipet mikro, dan set alat evaporator.
3.2.2 Bahan Kulit durian palembang dari daerah Surapati, Bandung. Selulosa mikrokristalin, ZnCl2, CrCl3.6H2O, NaOH, Na2CO3, Na2SO4 anhidrat, dan etil E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
16
asetat dari CV. Agung Menara Abadi, 5-Hidroksimetilfurfural (HMF) dengan kemurnian 99% dari Sigma Aldrich, etanol 96% dari PT. Brataco, H2O2 dari CV. Prima Medicha, dan akuades.
3.2.3 Instrumen Analisis Analisis sampel kulit durian dan selulosa mikrokristalin menggunakan FTIR-8400 SHIMADZU. Analisis kualitatif dan kuantitatif HMF menggunakan HPLC-D700 HITACHI. Analisis kandungan Zn menggunakan AAS-Analyst100 PERKIN ELMER.
3.3 Metode Penelitian Secara umum penelitian ini terdiri dari tiga tahapan utama, yaitu delignifikasi kulit durian, konversi kulit durian menjadi HMF, dan pemisahan produk HMF dari pelarut. Alur penelitian secara umum ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Delignifikasi kulit durian
Analisis FTIR
Konversi kulit durian menjadi HMF Analisis HPLC dan AAS
Pemisahan produk HMF dari pelarut Gambar 3.1. Desain penelitian secara umum. E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
17
3.3.1 Delignifikasi Kulit Durian Kulit durian -Dibersihkan -Dipotong kecil -Dikeringkan dalam oven -Dihaluskan -Disaring menggunakan saringan 100 mesh Analisis FTIR
Kulit durian halus
-Diambil 20 g -Dimasukkan kedalam gelas kimia -Ditambahkan 60 mL akuades -Dipanaskan sampai mendidih -Disaring Residu
Filtrat
-Ditambahkan 100 mL larutan NaOH 25% -Dipanaskan selama 2 jam pada suhu 92 oC -Disaring Residu -Dicuci dengan akuades sampai netral -Dikeringkan dalam oven
Filtrat
Residu yang sudah kering -Ditambahkan larutan H2O2 5% -Direfluks pada suhu 60 oC selama 2 jam -Disaring Residu Filtrat -Dicuci dengan akuades hingga netral -Dikeringkan dalam oven pada suhu sekitar 60 oC Kulit durian setelah delignifikasi
Analisis FTIR
E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Filtrat
18
Gambar 3.2. Bagan alir delignifikasi kulit durian. Proses delignifikasi kulit durian diawali dengan pembersihan, pengeringan, dan penghalusan. Kulit durian dibersihkan dari kotoran yang menempel di permukaan dan dipotong kecil 1-2 cm. Kemudian kulit durian yang sudah bersih dikeringkan menggunakan oven dengan suhu pemanasan 60 oC. Setelah kering, kulit durian dihaluskan menggunakan blender dan disaring menggunakan saringan 100 mesh. Kulit durian yang sudah halus ditimbang sebanyak 20 gram, dicampurkan dengan 200 mL akuades dalam gelas kimia, dan dipanaksan sampai mendidih. Kemudian disaring menggunakan corong buchner. Kulit durian hasil prahidrolisis dimasukkan kedalam labu dasar bulat dan dicampurkan dengan 200 mL larutan NaOH 25%, direfluks pada suhu 92 oC selama 2 jam. Kemudian dilakukan penyaringan menggunakan corong Buchner dan dilakukan
pencucian sampel
yang terdapat dalam corong dengan akuades hingga netral dengan pH sekitar 7, lalu dikeringkan dalam oven. Selanjutnya sampel kulit durian yang sudah kering dicampurkan larutan H2O2 5% dalam labu dasar bulat dan direfluks pada suhu 60 o
C selama 2 jam. Kemudian dilakukan penyaringan menggunakan corong Buchner
dan dilakukan pencucian sampel yang terdapat dalam corong dengan akuades hingga netral dengan pH sekitar 7, lalu dikeringkan dalam oven. Hasil dari proses delignifikasi ini selanjutnya dianalisis menggunakan FTIR. Proses delignifikasi kulit durian meliputi prahidrolisis, refluks menggunakan larutan NaOH 25%, dan refluks menggunakan H2O2 5% ditunjukkan pada Gambar 3.3.
E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
19
Gambar 3.3. Delignifikasi kulit durian (a) prahidrolisis menggunakan pelarut air, (b) refluks menggunakan larutan NaOH 25% pada suhu 92 oC, dan (c) refluks menggunakan H2O2 5% pada suhu 60 oC.
3.3.2 Konversi Selulosa dari Kulit Durian menjadi HMF Larutan ZnCl2 67% -Dimasukkan kedalam labu sebanyak 15 g -Dipanaskan hingga mencapai suhu 120 oC Suhu reaksi mencapai 120 oC -Ditambahkan 0,5 g substrat (kulit durian sebelum atau setelah delignifikasi) -Suhu dijaga konstan pada suhu 120 oC selama 40 menit sembari dilakukan pengadukan Hasil reaksi
Analisis HPLC
Gambar 3.4. Bagan alir konversi biomassa kulit durian menjadi HMF.
Metode yang digunakan pada konversi selulosa menjadi HMF adalah refluks. Substrat (selulosa mikrokristalin, kulit durian sebelum dan setelah preparasi) ditimbang sebanyak 0,5 gram dicampurkan dengan 15 gram ZnCl2 67% dengan dan tanpa penambahan katalis CrCl3.6H2O dalam labu dasar bulat, direfluks
menggunakan
penangas
minyak
diikuti
dengan
pengadukan
menggunkan magnetic stirrer secara terus menerus selama 40 menit pada suhu 120 oC. Hasil reaksi akan dianalisis menggunakan HPLC dan dikuantisasi menggunakan kurva kalibrasi HMF standar. Konversi selulosa dari kulit durian menjadi HMF dalam larutan ZnCl2 dengan metode refluks ditunjukkan pada Gambar 3.5.
E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
20
Gambar 3.5. Konversi selulosa dari kulit durian menjadi HMF dalam larutan ZnCl2 pada suhu 120 oC selama 40 menit dengan metode refluks. 3.3.3 Pemisahan Produk HMF dari Pelarut 3.3.3.1 Uji Coba Metode Pemisahan pada HMF Standar HMF standar dalam larutan ZnCl2
Analisis AAS dan HPLC
-Diambil 5 mL kedalam gelas kimia -Ditambahkan 15 mL etil asetat -Ditambahkan 30 mL larutan Na2CO3 Jenuh -Didiamkan selama 30 menit Cairan
Endapan garam
-Diambil kedalam gelas kimia -Ditambahkan Na2SO4 anhidrat Endapan
Cairan bebas air -Dievaporasi Cairan setelah evaporasi
Analisis HPLC Analisis AAS
Gambar 3.6. Bagan alir uji coba metode pemisahan pada HMF standar.
Sebanyak 0,2 mL HMF standar dicampurkan dengan 15 g larutan ZnCl2 67%, kemudian dipanaskan pada suhu 120 oC selama 10 menit sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer, lalu diambil dan didinginkan. HMF standar dalam larutan ZnCl2 tersebut diambil sebanyak 5 mL, dimasukkan kedalam gelas kimia lalu ditambahkan 15 mL etil asetat (1:3) dan 30 mL larutan Na2CO3 jenuh (1:6). Kemudian diaduk menggunakan batang pengaduk dan didiamkan selama 30 menit, terbentuk endapan garam di bagian bawah dan cairan (fasa organik) di E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
21
bagian atas. Fasa organik dipisahkan dari endapan garam dan dimasukkan kedalam gelas kimia, lalu ditambhakan Na2SO4 anhidrat. Selanjutnya fasa organik dievaporasi pada suhu 40 oC. HMF standar dalam larutan ZnCl2 sebelum dan setelah pemisahan dianalisis menggunakan HPLC dan AAS.
3.3.3.2 Penerapan Metode Pemisahan pada Hasil Reaksi Hasil reaksi
Analisis AAS
-Diambil 1 mL -Dimasukkan kedalam gelas kimia -Ditambahkan 3 mL etil asetat -Ditambahkan 6 mL larutan Na2CO3 jenuh -Didiamkan 30 menit Cairan
Endapan garam
-Diambil kedalam gelas kimia -Dimasukkan Na2SO4 anhidrat -Dipisahkan Cairan bebas air -Dievaporasi Cairan setelah evaporasi
Endapan Analisis HPLC Analisis AAS
Gambar 3.7. Bagan alir pemisahan HMF standar.
Sebanyak 1 mL hasil reaksi dimasukkan kedalam gelas kimia lalu ditambahkan 3 mL etil asetat (1:3) dan 6 mL larutan Na2CO3 jenuh (1:6). Kemudian diaduk menggunakan batang pengaduk dan didiamkan selama 30 menit, terbentuk endapan garam di bagian bawah dan cairan (fasa organik) di bagian atas. Fasa organik dipisahkan dari endapan garam dan dimasukkan E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
22
kedalam gelas kimia, lalu ditambhakan Na2SO4 anhidrat. Selanjutnya fasa organik dievaporasi pada suhu 40 oC. HMF standar dalam larutan ZnCl2 sebelum dan setelah pemisahan dianalisis menggunakan HPLC dan AAS.
3.4 Metode Analisis 3.4.1 Analisis FTIR Sampel (selulosa mikrokristalin, kulit durian sebelum dan setelah delignifikasi) diambil sebanyak 0,001g dan ditambahkan KBr sebanyak 0,1 g kemudian dihomogenkan menggunakan lumpang alu. Setelah homogen sampel dibuat menjadi pelet. Setelah itu sampel dianalisis menggunakan FTIR (SHIMADZU, FTIR-8400).
3.4.2 Analisis HPLC Sampel (hasil reaksi) diambil 1 mL kedalam labu ukur 10 mL dan ditambahkan etanol 96%. Kemudian larutan tersebut disentrifugasi dan disaring. Setelah itu sampel dianalisis menggunakan HPLC D700 HITACHI dengan parameter pengukuran sebagai berikut: Kolom
: C18 reversed phase (250 mm x 4,6 mm x 5,0 µm)
Detektor
: UV
Fasa gerak
: Asetonitril:air (10:90)
Laju alir
: 1,0 mL/menit
Suhu kolom
: 30 oC
Panjang gelombang
: 280 nm
Volume injek
: 10 µL
Kemudian untuk mengeahui jumlah produk HMF yang terbentuk dari proses konversi tersebut dikuantisasi dengan kurva kalibrasi standar HMF dalam etanol. E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
23
3.4.3 Analisis AAS Sampel (hasil reaksi sebelum dan setelah pemisahan) diambil sebanyak 0,5 mL dan diencerkan menggunakan akuades. Kemudian sampel dianalisis menggunakan AAS untuk mengetahui keberadaan Zn dalam sampel secara kuantitatif yang selanjutnya akan dikuantisasi dengan kurva kalibrasi standar Zn. Analisis AAS dilakukan dengan parameter pengukuran sebagai berikut: Bahan bakar
: Asetilen-udara
Laju alir
: 2:5
Lamp. Current
: 7 mA
Slit
: 0,7 nm
Panjang gelombang
: 213,9 nm
Energi
: 64%
Int. Time
: 0,7 sec
Replikasi
: 3 (triplo)
E. Herlina, 2014 Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3 Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
