Berbagai metode pemasakan pulp, seperti Kraft, sulfit, dan soda, telah diterapkan untuk memproduksi selulosa dari lignoselulosa. Metode pemasakan pulp seperti semi-kimia, natrium hidroksida dan natrium sulfida, serta organosolv dan asam sulfit telah digunakan di masa lalu. Namun, metode kimia telah digunakan secara luas untuk mengisolasi selulosa dari biomassa tanaman, dan kesadaran akan hubungan langsung antara bahan kimia pemasakan pulp dan karakteristik selulosa yang dihasilkan telah memicu lebih banyak penelitian tentang penggunaan berbagai bahan kimia dan campuran bahan kimia untuk produksi selulosa. Larutan natrium hidroksida umumnya digunakan untuk delignifikasi dan ekstraksi selulosa selama pemasakan pulp.
Namun, rendahnya penghilangan lignin dan efek pengelupasan karbohidrat pada pemasakan pulp natrium hidroksida merupakan beberapa kelemahannya. Untuk meningkatkan sifat selulosa, pemasakan pulp natrium hidroksida telah dimodifikasi dengan menambahkan beberapa bahan kimia lainnya. Penambahan etanol pada pemasakan soda dilaporkan dapat meningkatkan penghilangan lignin dan hasil, serta menghasilkan hasil yang lebih baik daripada menggunakan bahan kimia pemasakan pulp kraft dalam produksi etanol. Pencarian bahan kimia atau campuran bahan kimia yang dapat mempengaruhi sifat selulosa secara positif telah menjadi fokus utama dalam berbagai penelitian tentang pemasakan pulp kimia. Memodifikasi metode pemasakan pulp soda dapat menghasilkan selulosa dengan sifat yang lebih baik daripada selulosa yang dihasilkan dengan menggunakan bahan kimia pemasakan pulp soda atau soda-anthraquinone. Etanol dan anthraquinone telah dikombinasikan secara tunggal dengan soda, tetapi masih kurang informasi tentang penggunaan campuran soda, etanol, dan anthraquinone untuk produksi selulosa.
Dalam penelitian ini, investigasi instrumental menggunakan mikroskop elektron pemindai, perangkat lunak ImageJ, difraksi sinar-X, Fourier Transform Infrared (FTIR), dan analisis termogravimetri dilakukan untuk menjelaskan morfologi permukaan, diameter serat, kristalinitas, gugus fungsional (dengan kristalinitas yang diturunkan dari FTIR), dan stabilitas termal selulosa yang dihasilkan dari daun nanas dan batang rumput siam (chromolaena odorata) yang dipengaruhi oleh bahan kimia pemasakan pulp natrium hidroksida-anthraquinone-etanol dan natrium hidroksida-anthraquinone.
Penambahan Antrakuinon
Penelitian ini mengembangkan campuran natrium hidroksida, etanol, dan antrakuinon sebagai bahan kimia pemasakan baru untuk memproduksi alfa-selulosa dari daun nanas dan batang rumput siam.
Penambahan antrakuinon diketahui dapat mempengaruhi hasil pulp secara positif dan FTIR dari semua selulosa memiliki pita karakteristik selulosa. Indeks kristalinitas total (TCI), indeks urutan lateral (LOI), dan intensitas ikatan hidrogen (HBI) yang dihitung dari FTIR menunjukkan bahwa PLSHAEC (68,38%) dan SWSHQEC (67,74%) memiliki kristalinitas tinggi. Dari XRD, 2θ pada semua bahan diatribusikan pada difraksi selulosa I, dan indeks kristalinitas sejajar dengan kristalinitas yang ditentukan oleh FTIR. Diameter rata-rata partikel yang ditentukan menggunakan perangkat lunak ImageJ menunjukkan bahwa PLSHQEC 3.00 memiliki nilai terkecil, diikuti oleh 5.17 untuk PLSHQC, 5.32 untuk SWSHQEC, dan 6.03 untuk SWSHQEC. Dari analisis termal, awal degradasi semua selulosa terjadi pada suhu yang berbeda: 247.10°C (SWSHQEC). Peningkatan hasil, indeks kristalinitas yang lebih tinggi, dan diameter serat yang lebih kecil dari selulosa menunjukkan bahwa antrakuinon adalah aditif yang lebih baik untuk menghasilkan selulosa berkualitas yang dapat mengalami modifikasi kimia dengan mudah.
Mikrograf serat selulosa disajikan pada Gambar 1. Pengaruh bahan kimia pemasakan terlihat jelas dari gambar-gambar tersebut. Gambar selulosa yang diperoleh dengan campuran soda, etanol, dan antrakuinon tampak lebih cerah, halus, dan mengkilap dibandingkan dengan selulosa yang diperoleh hanya dengan bahan kimia pemasakan soda dan etanol. Penambahan etanol pada bahan kimia soda dapat meningkatkan selektivitas lignin terhadap degradasi dan pelarutan, sehingga mengurangi kotoran pada permukaan serat. Namun, perlu dicatat bahwa pelarutan dan degradasi lignin ditingkatkan oleh antrakuinon, yang juga mencegah redeposisi lignin dan kotoran lainnya (lilin, pektin, ekstraktif, hemiselulosa) pada permukaan serat selulosa. Lapisan serat panjang, berikatan kuat, dan keruh lebih mencolok pada SWSHQC dibandingkan PLSHQC, yang menunjukkan bahwa senyawa non-selulosa masih ada di serat. Keberadaan silika dalam spektrum EDX SWSHQC mengungkapkan keberadaan bahan non-selulosa. Penghilangan kotoran non-selulosa tersebut memungkinkan interaksi yang tepat antara bahan kimia pemasakan dan serat, yang mengarah pada defibrilasi, menyebabkan PLSHQEC dan SWSHQEC muncul sebagai untaian serat daripada bundel seperti SWSHQC.
Kesimpulan
Hasil proksimat dari bahan mentah (kadar air 5% pada rumput siam dan 6% pada nanas), (kadar abu 6,5% pada rumput siam dan 9,50% pada nanas), (kadar lignin 21,40% pada rumput siam dan 27,57% pada nanas), alfa-selulosa 59,89% pada nanas dan 56,08% pada rumput siam) menunjukkan bahwa bahan-bahan tersebut adalah kandidat yang baik untuk pemasakan dalam produksi selulosa. Penambahan antrakuinon pada bahan kimia pemasakan natrium hidroksida-etanol terbukti menjadi alternatif yang lebih baik daripada natrium hidroksida-etanol. Hal ini menghasilkan selulosa dengan indeks kristalinitas yang lebih tinggi dan serat dengan luas permukaan yang lebih besar karena diameter serat yang lebih kecil yang ditentukan oleh perangkat lunak ImageJ.
Selulosa ini memiliki stabilitas termal yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang diproduksi dengan natrium hidroksida dan etanol. Puncak-puncak yang menonjol yang diharapkan dari selulosa dapat diidentifikasi dalam spektrum semua selulosa. Analisis SEM yang menunjukkan gambar morfologis yang lebih kecil dari selulosa dengan penambahan etanol berkolaborasi dengan hasil ImageJ dan kristalinitas. Reaksi fungsionalisasi dari selulosa yang dihasilkan dengan penambahan etanol akan lebih cepat dan lebih mudah karena luas permukaannya yang lebih besar. Karena sifat kristalinitasnya, bahan selulosa ini dapat berguna dalam produk yang membutuhkan ketahanan termal dan kekuatan. Selain itu, ukuran partikel dari bahan ini membuatnya dapat dengan mudah dimodifikasi untuk menghasilkan berbagai turunan selulosa.
Penulis: Prof. Mochamad Zakki Fahmi, S.Si., M.Si., Ph.D.
Link Asli Paper: https://journal.nsps.org.ng/index.php/jnsps/article/view/2033
