Perpustakaan Digital ITB

Indonesia adalah negara penghasil ubi kayu (Manihot esculenta Crantz) terbesar ketiga di dunia setelah Nigeria dan Brazil. Volume produksi ubi kayu Indonesia sekitar 24 juta ton per tahun. Sebagian besar produksi tersebut dimanfaatkan oleh industri tapioka dengan menyisakan limbah padat berupa ampas (bagasse) dan kulit (peel) singkong. Kandungan selulosa yang cukup tinggi dari ampas singkong (26,2% dari berat kering) dan kulit singkong (40,5% dari berat kering) menjadi potensi yang besar sebagai sumber selulosa. Beberapa dekade terakhir, penelitian di bidang selulosa mengarah kepada pembuatan nanoselulosa sebagai material unggul. Nanoselulosa memiliki berbagai keutamaan dan keunggulan, salah satu pemanfaatannya adalah sebagai komponen penguat (reinforcing nanofiller) pada membran polimer elektrolit dalam baterai ion litium. Baterai ion litium adalah salah satu energi alternatif yang menarik perhatian untuk dikembangkan. Membran polimer elektrolit telah menjadi bahan yang menarik untuk dikembangkan karena memiliki keunggulan untuk menggantikan elektrolit cair yang telah digunakan pada baterai ion litium pada umumnya. Kelemahan utama dari elektrolit cair adalah mudah menguap dan mudah terbakar pada penggunaan baterai pada suhu tinggi. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh nanoselulosa dari bahan yang relatif murah, ramah lingkungan dan mempelajari sifat-sifatnya sehingga dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, di antaranya adalah sebagai komponen penguat pada matriks polimer elektrolit. Pemanfaatan ampas dan kulit singkong sebagai sumber selulosa diharapkan mampu mengatasi permasalahan lingkungan dan meningkatkan nilai tambah pada industri tapioka di Indonesia. Penelitian ini terbagi menjadi tiga tahap; tahap pertama adalah mempelajari isolasi selulosa dari onggok dan kulit singkong dengan menggunakan tiga metode (sulfat, nitrat dan alkali). Tahap kedua mempelajari pembuatan nanoselulosa (NS) dari selulosa yang diperoleh dengan menggunakan metode hidrolisis asam dan metode mekanik. Pada metode hidrolisis asam dilakukan optimasi konsentrasi asam, sedangkan pada metode mekanik menggunakan alat high-shear homogenizer dilakukan optimasi kecepatan pengadukan dan waktu pengadukan. Tahap ketiga mempelajari pembuatan membran nanokomposit polimer elektrolit dengan mencampurkan NS dengan poli(etilena oksida) (PEO) menggunakan metode solution casting dengan mengoptimasi komposisi PEO:NS dan PEO:NS:LiClO4. Pada setiap tahap dilakukan karakterisasi menggunakan alat FTIR, XRD, TGA, DSC dan SEM. Ukuran partikel nanoselulosa ditentukan menggunakan metode DLS dan TEM; sifat mekanik membran nanokomposit diukur menggunakan alat uji tarik sedangkan konduktivitas ion membran nanokomposit diukur menggunakan alat Gamry Reference 3000 Potentiostat. Pada tahap pertama, isolasi selulosa dari kulit singkong menggunakan metode alkali menghasilkan kandungan selulosa tertinggi dan rendemen hasil terbanyak masingmasing adalah 92,21% dan 17,8%. Indeks kristalinitas selulosa yang dihasilkan mengalami peningkatan, dari 23,41% menjadi 55,54%. Selulosa tersebut kemudian digunakan untuk pembuatan nanoselulosa pada tahap kedua penelitian ini. Dari hasil FTIR dan XRD, kedua metode yang digunakan (hidrolisis asam dan mekanik) menghasilkan spektra dan difraktogram yang mirip, dengan indeks kristalinitas nanoselulosa menggunakan metode hidrolisis asam dan mekanik masing-masing adalah 63,3% dan 62,1%. Ukuran panjang dan diameter rata-rata nanoselulosa diperoleh menggunakan TEM masing-masing adalah 121,14 nm dan 6,07 nm yang dihasilkan dengan metode hidrolisis asam, sedangkan metode mekanik memberikan hasil terbaik dengan panjang dan diameter rata-rata partikel berturutturut adalah 178,24 nm dan 6,39 nm. Dengan mempertimbangkan efisiensi waktu, bahan kimia serta kebaruan dari penelitian maka digunakan nanoselulosa dari metode mekanik pada pembuatan nanokomposit di tahap selanjutnya. Pada tahap ketiga, membran nanokomposit diperoleh dengan metode solvent casting menggunakan pelarut air. Penambahan NS ke dalam matriks PEO meningkatkan kuat tarik dan menurunkan regangan saat putus serta tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap konduktivitas ion membran. Penambahan garam LiClO4 ke dalam campuran PEO-NS menurunkan kuat tarik, meningkatkan regangan saat putus pada membran dan meningkatkan konduktivitas ion membran. Kondisi optimum membran diperoleh pada rasio PEO:NS= 80:20 dan LiClO4 15%. Penambahan garam LiClO4 > 15% menghasilkan proses eksotermik yang besar pada uji sifat termal membran. Penambahan NS ke dalam membran PEO-LiClO4 mampu meredam dan memperkecil proses eksotermik tersebut. Konduktivitas ion terbaik dari membran PEO-NS-LiClO4 diperoleh pada komposisi PEO:NS:LiClO4 = 72,25%:12,75%:15% dengan nilai yang terukur adalah 2,28 x 10-3 S.cm-1, sedangkan kuat tarik terbaik diperoleh pada komposisi PEO:NS:LiClO4 = 63,75%:21,25%:15% dengan nilai 6,86 MPa.