PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE
SKRIPSI
Oleh
GENDISH YORICYA 130425023
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2015
PROSES DELIGNIFIKASI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NaOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK CHOLINE CHLORIDE
SKRIPSI
Oleh
GENDISH YORICYA 130425023
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2015
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 130425023
i
ii
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. 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
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
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Gendish Yoricya NIM : 130425023 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 Asal Sekolah : SD Negeri 1 Lhokseumawe tahun 1998 – 2004 SMP Negeri 1 Lhokseumawe tahun 2004-2007 SMA Negeri 2 Lhokseumawe tahun 2007-2010 D3 Politeknik Negeri Lhokseumawe tahun 2010-2013 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
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
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
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
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERMASALAHAN
4
1.3 TUJUAN PENELITIAN
4
1.4 MANFAAT PENELITIAN
4
1.5 RUANG LINGKUP
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 KELAPA SAWIT
6
2.2 TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
8
2.3 DELIGNIFIKASI
9
2.4 LIGNOSELULOSA
10
2.5 PRETREATMENT LIGNOSELULOSA
12
2.6 SELULOSA
13
2.7 HEMISELULOSA
13
2.8 LIGNIN
14
2.9 CAIRAN IONIK (IONIC LIQUID)
15
2.9.1 Sifat Fisik dan Kimia
16
ix
2.9.2 Aplikasi Cairan Ionik
17
2.9.3 Kolin Klorida
17
BAB III METODOLOGI
18
3.1 WAKTU DAN TEMPAT
18
3.2 ALAT DAN BAHAN
18
3.3 RANCANGAN PENELITIAN
18
3.4 TAHAPAN CARA KERJA PENELITIAN
19
3.4.1 Persiapan Bahan Baku
19
3.4.2 Proses Delignifikasi Tanpa Cairan Ionik
20
3.4.3 Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH dalam sistem Cairan Ionik ChCl
20
3.4.4 Analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin 3.5 FLOWCHART PERCOBAAN
21 22
3.5.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku
22
3.5.2 Flowchart Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Tanpa ChCl
23
3.5.3 Flowchart Proses Delignifikasi Menggunakan NaOH Dalam Sistem Cairan Ionik
24
3.5.4 Flowchart Prosedur Analisis selulosa, hemiselulosa, dan lignin BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
25 27
4.1 MEKANISME DELIGNIFIKASI PADA BIOMASSA MENGGUNAKAN NAOH DALAM SISTEM CAIRAN IONIK DAN TANPA CAIRAN IONIK
27
4.2 PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP SELULOSA
28
4.3 PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP HEMISELULOSA
29
4.4 PENGARUH JUMLAH KOLIN KLORIDA (CHCL) DAN WAKTU DELIGNIFIKASI TERHADAP LIGNIN YANG TERTINGGAL DI DALAM HOLOSELULOSA
31
4.5 PERBANDINGAN PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL TERHADAP KADAR SELULOSA
x
32
4.6 PERBANDINGAN PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL TERHADAP KADAR HEMISELULOSA
33
4.7 PERBANDINGAN KADAR LIGNIN YANG TERTINGGAL HASIL PROSES DELIGNIFIKASI MENGGUNAKAN CHCL DAN TANPA CHCL
35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
37
5.1 KESIMPULAN
37
5.2SARAN
37
DAFTAR PUSTAKA
38
LAMPIRAN 1
41
LAMPIRAN 2
50
xi
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 Gambar L2.6 Hasil Delignifikasi Menggunakan ChCl
xii
51 52
Gambar L2.7 Hasil Delignifikasi Tanpa ChCl
52
Gambar L2.8 Residu Kering dengan Penambahan Aquades
52
Gambar L2.9 Residu Kering dengan Penambahan H2SO4
52
xiii
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
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 PERHITUNGAN
41
1.1 Perhitungan Kadar Hemiselulosa
41
1.2 Perhitungan Kadar Selulosa
44
1.3 Perhitungan Kadar Lignin
46
1.4 Perhitungan Derajat Delignifikasi
48
1.5 Perhitungan Yield Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin
48
LAMPIRAN 2 GAMBAR PENELITIAN
51
2.1 Gambar Proses Penggilingan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
51
2.2 Gambar Proses Pengayakan Serbuk TKKS
51
2.3 Gambar Serbuk TKKS yang Sudah Diayak
52
2.4 Gambar Hasil Proses Pemasakan Menggunakan ChCl
52
2.5 Gambar Penyaringan Serbuk TKKS Hasil Pemasakan
52
2.6 Gambar Serbuk TKKS Hasil Delignifikasi
53
2.7 Gambar menganalis kadar selulosa, hemiselulosa dan lignin
53
xv
DAFTAR SINGKATAN ChCl
Choline Chloride
CPO
Crude Palm Oil
IL
Ioniq Liquid
LCC
LigninCarbohydrate Complexes
PKS
Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit
SIL
Switchable Ionic Liquids
TKKS
Tandan Kosong Kelapa Sawit
xvi
