FURFURAL BERBASIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X

FURFURAL BERBASIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT Eka Kurniasih1*, Helmi1, Ulfi Indraningsih2 1

Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe Alumni Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe Email: [email protected]

2

ABSTRAK Furfural dapat diproduksi menggunakan bahan baku yang mengandung pentosan, diantaranya tandan kosong kelapa sawit. Furfural adalah senyawa aromatik aldehid bewarna kuning bening dan bila teroksidasi akan berubah menjadi warna cokelat kehitaman. Furfural memiliki rumus molekul C5H4O2. Hidrolisa limbah tandan kosong kelapa sawit dengan memvariasikan katalis H2SO4 6%, 9% dan 12% pada waktu reaksi 2, 3, dan 4 jam pada temperatur 100oC untuk memperoleh kuantitas furfural tertinggi. Dari hasil penelitian diperoleh, volume furfural tertinggi sebanyak 13 ml pada konsentrasi katalis 9% dengan waktu reaksi 3 jam. Berdasarkan hasil spektra infrared, gugus aldehid furfural terbentuk pada puncak vibrasi C – H (aromatis) dan C – H (aldehid) masing-masing pada daerah serapan 3133, 30 cm-1 dan 2848,63cm-1. Adanya ikatan C = O (aldehid) dan C = O (aromatik) pada daerah serapan 1667 cm-1 dan 1567, 36 cm-1. Puncak vibrasi pada panjang gelombang 1462,56 cm-1 dan 1276,60 cm-1 mendukung adanya ikatan C – CHO (alkana) dan C – O dalam stuktur furfural. Kata kunci: : aldehid, furfural, hidrolisis, pentosan, tandan kosong kelapa sawit. ABSTRACT Furfural applications in the chemical industry is very wide, including in industrial paints and varnishes, plastic, resins, and synthetic fibers. Furfural can be produced using pentosan containing raw materials, such as empty fruit bunches of oil palm. Furfuralis anaromatic aldehyde compound and a clear yellow colored, when it oxidized will quickly turn into a blackish brown color. Furfural has molecular formulaC5H4O2.Hydrolysis of waste empty fruit bunches by varying the catalyst H2SO4 6%, 9% and 12% at reaction time of 2, 3, and 4 hours and temperature of 100oC to get the higher quantity of furfural. From the observation result, the highest volume of furfural at 13 ml and concentration 9% of the catalyst H2SO4 with a reaction time of 3 hours. Based on the results of infrared spectra, furfural aldehyde group formed at the peak of the vibrations of C - H (aromatic) and C - H (aldehyde) each on the uptake of 3133.30 cm 1 and 2848.63 cm 1. The existence of C = O (aldehydes) and C = O (aromatic) at 1667 cm -1 and 1567.36 cm -1. Vibration peak at a wavelength of 1462.56 cm -1 and 1276.60 cm -1 supports the bond C CHO (alkanes) and C - O in the structure of furfural. Keyword: aldehide, furfural, hydrolisis, pentosan, empty fruit bunch

40


furfural merupakan cairan kuning bening namun apabila mengalami kontak langsung dengan udara bebas, furfural akan berubah secara cepat menjadi berwarna coklat kehitaman yang disebabkan oleh berubahnya gugus fungsi aldehid teroksidasi menjadi gugus karboksilat. Furfural memiliki aroma menyerupai almond dan uap furfural dapat menyebabkan iritasi kulit dan mata (Shasikala, 2007). Furfural merupakan senyawa terpenting dalam golongan senyawa heterosiklik yang dikenal dengan nama furan, yaitu senyawa cincin dengan dua ikatan tak jenuh dari empat buah atom karbon dan satu atom oksigen.

PENDAHULUAN Sektor agroindustri di Indonesia merupakan sektor yang memiliki peran yang sangat penting dalam perindustrian nasional. Namun kegiatan pasca panen dan pengolahan hasil pertanian, termasuk pemanfaatan produk samping dan sisa pengolahannya masih sangat kurang. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah padat yang dihasilkan oleh pabrik minyak sawit mentah atau Crude Palm Oil (CPO). Jumlah tandan kosong mencapai 3035% dari berat tandan buah segar setiap pemanenan. Peningkatan produksi kelapa sawit harus di imbangi dengan pemanfaatan yang optimal dari limbah yang dihasilkan seperti tandan kosong kelapa sawit (Hambali, 2007). Hingga saat ini, kebutuhan furfural Indonesia dipenuhi melalui impor. Padahal aplikasi furfural dalam industri kimia seperti cat dan pernis, plastik, resin, serta serat sintetik. Furfural pertama kali ditemukan oleh ahli kimia Jerman, Johan Wolfgang Dobereiner pada tahun 1832. Pada tahun 1840, ahli kimia Skotlandia John Stenhouse menemukan bahwa beberapa bahan kimia bias dihasilkan dengan destilasi berbagai bahan pertanian. Stenhouse juga merupakan orang pertama yang menemukan rumus empiris untuk furfural, yaitu C5H4O2. Pada tahun 1901, ahli kimia Jerman lainnya, Carl Harries menemukan sruktur molekul furfural. Furural adalah senyawa dengan rumus formula C5H4O2atau2-furancarboxaldehide, furaldehyde, 2-furanaldehyde, 2furfuraldehyde, fural, furfurol (Win, 2005). Furfural merupakan senyawa aldehid aromatik. Dalam kondisi murni,

Gambar 1. Struktur Furfural Furfural dapat dibuat dari bahan yang mengandung pentosan seperti tongkol jagung, sekam padi, ampas tebu (bagas), kayu, tandan kosong kelapa sawit (TKKS), dan lain sebagainya. Penelitian untuk mensintesa furfural telah dilakukan oleh Hidajati (2006) menggunakan tongkol jagung menggunakan katalis asam HCl. Furfural juga dapat diperoleh dari kulit kacang melalui reaksi hidrolisa asam pada temperatur 272oC (Kazemi, 2009). Dalam tandan kosong kelapa sawit diketahui mengandung pentosan sebesar 25, 90% yang sangat memungkinkan untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan furfural (Ningsih, 2010). Tandan kosong kelapa sawit adalah limbah padat dari proses

41


pengolahan minyak kelapa sawit (Wati, 2005). Selama ini TKKS hanya dimanfaatkan sebagai pupuk kompos dan karbon aktif, padahal limbah tersebut dapat ditingkatkan kualitasnya menjadi bahan baku kimia yang penting. Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan dilakukan sintesa furfural menggunakan bahan baku tandan kosong kelapa sawit melalui reaksi dehidrasi menggunakan katalis H2SO4 pada temperatur 100oC. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kuantitas produk furfural tertinggi melalui variasi konsentrasi katalis asam H2SO4 dan waktu reaksi dehidrasi. Reaksi Hidrolisis Pentosan menjadi Pentosa :

(TKKS). Ketika pentosan dipanaskan dalam larutan asam kuat (seperti HCl dan H2SO4), pentosan akan terhidrolisis menjadi xylose, dan kemudian xylose akan mengalami dehidrasi (melepaskan tiga molekul H2O) dan menghasilkan furfural (Erwina, 2008). METODE PENELITIAN Bahan Bahan baku yang digunakan pada proses hidrolisis ini berupa tandan kosong kelapa sawit. Perlakuan sampel diawali dengan pengecilan ukuran sebesar ± 20 mesh. Kemudian dilanjutkan dengan tahap pengeringan untuk mengurangi kadar air. Untuk tahap hidrolisa pentosan menjadi pentose digunakan katalis asam H2SO4, sedangkan untuk tahap dehidrasi pentose menuju furfural digunakan kloroform dan natrium klorida.

C5H8O4 + H2O C5H10O5 Pentosan Pentosa Reaksi Dehidrasi Pentosa menjadi Furfural:

Metode Hidrolisa tandan kosong kelapa CHO sawit menjadi furfural dilakukan | melalui tahapan berikut ini (Hidjati, CH CH 2006) H – C – OH H | a. Ke dalam labu leher dua OH – C – H dimasukkan 50 gram serbuk tandan C-CHO CH | kosong kelapa sawit ukuran 20 H H – C – OH mesh yang telah dikeringkan, 125 | gram NaCl dan 250 ml O CH2OH H2SO4(6%,9%, 12%), campuran diaduk sampai diperoleh campuran Pentosa Furfural yang homogen. b. 50 ml kloroform dimasukkan kedalam labu destilasi. Polisakarida hemiselulosa (pentosan) c. Labu leher dua yang telah merupakan polimer gula yang memiliki dirangkai dipanaskan dengan lima atom karbon di setiap monomer menggunakan sumber panas monomernya. Polisakarida tersebut d. Furfural yang terbentuk akan banyak terdapat di dalam biomassa menguap bersama – sama uap air seperti tandan kosong kelapa sawit dan akan terkondensat. Furfural

42


e. f. g.

dan air akan menetes melalui corong yang ujungnya tercelup dalam kloroform. Furfural akan larut dalam kloroform dan airnya memisah membentuk dua lapisan (lapisan kloroform dibagian bawah dan lapisan air dibagian atas). Pemanasan dihentikan setelah x jam (2 jam, 3 jam, 4 jam) dihitung setelah larutan mendidih Crude furfural yang larut dalam kloroform Dipisahkan dengan distilasi pada temperatur 630C. Furfural yang diperoleh kemudian di identifikasikan dengan spektrum infra merah (FT/IR), dan analisa karakteristik yang meliputi kuantitas (volume) furfural, warna, rendemen, serta densitas.

pada konsentrasi katalis H2SO4 9% dengan waktu reaksi 3 jam sebesar 13 ml. Warna yang dihasilkan adalah kuning bening. Jika ditinjau dari segi warna, furfural yang dihasilkan melalui hidrolisa tandan kosong kelapa sawit sesuai dengan ciri-ciri fisik furfural. (Erwina, 2008). Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh rendemen tertinggi sebesar 30,017% dengan densitas sebesar 1,3409 gram/ml. Hal ini dimungkinkan didalam furfural masih mengandung impurities (pengotor). Pengotor (impurities) dapat berasal dari lignin yang terkandung dalam bahan baku tandan kosong kelapa sawit. Lignin merupakan senyawa turunan dalam tandan kosong kelapa sawit. Untuk menghilangkan kandungan lignin diperlukan proses pretreatment sebelum dilakukan hidrolisa. Untuk itu perlu dilakukan tahap purifikasi lebih lanjut agar diperoleh furfural yang lebih murni.

HASIL DAN PEMBAHASAN Parameter yang dipelajari dalam penelitian ini meliputi pengaruh konsentrasi katalis H2SO4yaitu 6%, 9% dan 12% serta waktu reaksi yaitu 2 jam, 3 jam, 4 jam pada temperatur 100oC.

Identifikasi Senyawa Furfural Identifikasi senyawa furfural dilakukan dengan menggunakan alat spektrofotometri FT/IR yang bertujuan untuk melihat gugus furfural yang terbentuk. Hasil analisa spektrofotometri FT/IR furfural dari tandan kosong kelapa sawit dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Analisa Karakterisrik Produk Analisa karakteristik produk dilakukan pada sampel yang memiliki kuantitas produk furfural tertinggi. Dari hasil penelitian hidrolisis tandan kosong kelapa sawit menjadi furfural dengan memvariasikan konsentrasi katalis H2SO4 dan waktu reaksi diperoleh kuantitas furfural tertinggi

43


Gambar 2. Spektra IR Furfural Pada Konsentrasi H2SO4 9% Dengan Waktu Reaksi 3 jam serapan 1568,27 cm-1, C – CHO (alkana) pada daerah serapan 1329,73 cm-1, serta C – O pada daerah serapan 1157,79 cm-1.

Berdasarkan spektra infrared diatas dapat dinyatakan bahwa adanya gugus aldehid dalam furfural didukung dengan adanya puncak vibrasi C – H (aromatis) dan C – H (aldehid) masingmasing pada daerah serapan 3133,30 cm-1 dan 2848,63cm-1.(Fessenden, 1989). Adanya ikatan C = O (aldehid) dan C = O (aromatik) pada daerah serapan 1667 cm-1 dan 1567, 36 cm-1. Puncak vibrasi pada panjang -1 gelombang 1462,56 cm dan 1276,60 cm-1 mendukung adanya ikatan C – CHO (alkana) dan C – O dalam stuktur furfural (Meislich, 1980). Hasil penelitian ini bersesuaian dengan Hidajati (2006) dimana gugus aldehid furfural terbentuk pada vibrasi C – H (aromatik) pada daerah serapan 3134,61 cm-1, C – H (aldehid) pada daerah serapan 2851,05 cm-1, C = O (aldehid) pada daerah serapan 1674,36 cm-1, C = C (aromatik) pada daerah

SIMPULAN Pada proses hidrolisis tandan kosong kelapa sawit dengan memvariasikan katalis H2SO4 6%, 9%, dan 12% serta waktu reaksi 2 jam, 3 jam, dan 4 jam diperoleh volume optimum furfural sebesar 13 ml pada konsentrasi katalis H2SO4 9% dan waktu pemanasan 3 jam. Warna yang dihasilkan adalah kuning bening. Rendemen tertinggi diperoleh sebesar 30,017%.

44


DAFTAR PUSTAKA Shasikala, M and H. K. Ong. 2007. Synthesis and Identification of Furfural From Rice Straw Journal. Tropical Agricultural and Food: 35(1): 165–172.

Erwina,H. 2008. Perancangan Pabrik Furfural Dari Ampas Tebu. Skripsi Universitas Sri Wijaya. Fessenden & Fessenden. 1989. Kimia Organik, Edisi Ketiga Jilid 1. Erlangga. Jakarta.

Win, David Tin. 2005. Furfural-Gold From Garbage. Faculty of Science and Technology, Assumption University Bangkok, Thailand.

Hambali.E, Mujdalifah.S, Tambunan.H, Waries,P.A, dan Hendroko,R. 2007. Teknologi Bioenergi, cetakan pertama. Agromedia. Jakarta.

Wati,H. 2005, Pemanfaatan Serat Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Bahan Pengganti Kapas. Tugas Akhir. Politeknik Negeri Lhokseumawe.

Hidajati, N. 2006. Pengolahan Tongkol Jagung Sebagai Bahan Pembuatan Furfural. Jurnal Ilmu Dasar FMIPA Universitas Negeri Surabaya. Vol 8 (1), hal. 45-53. Kaemi, Masoud and M. Reza Z.M. 2009. Furfural Production From Pisthachio Green Hulls As Agricultural Residues. Department of Applied Chemistry, Islamic Azad University, Iran. Meislich, H., Nechamkin, H., dan Sharefkin, J. 1980. Schaum’s Outline Series Theory and Problem Of Organic Chemicastry. McGraw-Hill Book Company. New York. Ningsih, A. 2010. Perancangan Pabrik furfural dari Tandan Kosong Kelapa Sawit. Universitas Sumatera Utara. http://repository.usu.ac.id/bitstrea m/123456789/16365/4/Chapter% 20II.pdf (Diakses 27 Desember 2007).

45

FURFURAL BERBASIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT

Recommend Documents