Manfaatkan sabut kelapa, Mara berhasil memperoleh doktor teknik kimia

Meihat limbah sabut kelapa yang banyak sekali terbuang dan belum termanfaatkan dengan baik, Mar’atul Fauziah (Mara) melakukan penelitian untuk menjadikan limbah ini menjadi bahan maju yang memiliki potensi aplikasi yang memiliki nilai tambah ekonomi tinggi. Topik itulah yang menjadi bahan disertasi doktornya yang berhasil dipertahankan dengan pada sidang terbuka promosi doktor yang diselenggarakan pagi ini (Kamis, 27 Februari 2020) di Aula Oedjoe Djoeriaman, Departemen Teknik Kimia ITS. Disertasi yang berjudul ‘Sintesis aerogel berbasis sabut kelapa dan aplikasinya di berbagai bidang’ ini mampu mengantarkan Mara meraih gelar doktor dengan predikat Cum laude.

Kandungan utama sabut kelapa adalah selulosa dan lignin, yang jika diolah dengan tepat dapat menghasillkan produk yang bernilai tinggi. Dalam penelitannya, Mara berusaha untuk mengubah sabut kelapa ini menjadi bahan yang disebut aerogel selulosa. Aerogel adalah bahan sangat ringan yang memiliki porositas dan luas permukaan yang sangat tinggi, dan selain itu bahan ini juga memiliki kondukstivitas panas yang sangat rendah dan kapasitas absorpsi cairan tinggi. Konduktivitas panas yang sangat rendah ini menjadikan aerogel selulosa menjadi bahan isolator yang sangat luar biasa dan kapasitas absorpsi cairan yang tinggi memungkinkan bahan ini digunakan untuk popok.

Metoda yang dikembangkan oleh Mara untuk membuat aerogel selulosa adalah metoda yang ramah lingkungan yang melibatkan proses penghilangan lignin dengan soda bebas sulfur, pelarutan pulp selulosa dengan pelarut NaOH-urea dalam air, koagulasi dalam etanol, dan pengeringan dengan pengeringan beku. Aerogel silika yang dihasilkan memiliki struktur makropori, densitas yang sangat ringan, dan porositas tinggi. Aerogel selulosa ini mampu menyerap 22 kali berat keringnya untuk air dan 18 kali untuk minyak. Bahan ini juga memiliki kapasitas penyerapan yang tinggi untuk metilena biru dengan kapasitas sampai 62 g/g, yang mana adalah 100 kali lebih tinggi daripada adsorben yang dibuat dari bahan alam lain. Dengan demikian, aerogel yang dihasilkan potensi untuk diaplikasikan berbagai macam penyerapan. Bahan ini memiliki potensi aplikasi untuk popok, pembersihan tumpahan minyak bumi, dan adsorben untuk zat pewarna. Uraian rinci bisa dibaca di sini.

Permukaan aerogel selulosa yang dihasilkan dengan metoda di atas bersifat hidrofil (suka air). Untuk aplikasi popok dimana cairan utamanya adalah air, sifat ini sangat menguntungkan. Akan tetapi, apabila bahan ini akan digunakan untuk menyerap tumpahan minyak, sifat ini kurang menguntungkan, apalagi jika tumpahan minyak ini ada di permukaan air laut. Untuk mengatasi hal ini, Mara berusaha untuk memodifikasi permukaan aerogel selulosa ini sehingga permukaannya menjadi bersifat hidrofob (takut air). Dengan memodifikasi permukaannya menjadi hidrofob, aerogel selulosa mampu menyerap minyak secara selektif dari campuran minyak-air dimana yang diserap hanya minyaknya saja.

Ketika aerogel selulosa dikarbonisasi dalam lingkungan nitrogen (tanpa oksigen), aerogel selulosa berubah menjadi aerogel karbon yang masih mempertahankan struktur makroporinya. Akan tetapi, pori-pori yang ada di dalam masing-masing serat menghilang. Untuk mengatasi masalah ini, NaOH dicoba diganti dengan amoniak (NH4OH) dimana telah diketahui bahwa keberadaan N mungkin bisa mengubah fasa kristal selulosa yang mungkin akan mampu mempertahankan struktur mikronya. Dengan menggunakan amoniak, terbukti bahwa pori-pori yang ada di dalam masing-masing serat selulosa dapat dipertahankan ketika aerogel selulosa dikarbonisasi. Aerogel karbon ini dapat digunakan sebagai bahan elektroda superkapasitor dimana kapasitansi yang dihasilkan bisa mencapai 107 F/g.

Aerogel karbon yang dihasilkan ketika disulfonasi dengan asam sulfat dapat mengikat asam dengan kapasitas sekitar 4,45 meq/g yang setara dengan kapasitas ion katalis asam padat komersial Fotrol-007 yang memiliki kapasitas 4,50 meq/g. Ketika digunakan sebagai katalis untuk reaksi esterifikasi asam asetat dengan etanol, konversi setinggi 83% dalam waktu kurang dari 30 menit. Katalis ini juga dapat diregenerasi untuk dipakai lagi meskipun ada sedikit penurunan konversi. Uraian rinci mengenai hal ini dapat dibaca di sini.

Penelitian ini merupakan salah satu dari proyek penelitian dalam rangka industri 4.0 yang salah satu tujuannya adalah limbah nol. Sabut kelapa yang kandungan utamanya berupa selulosa dan lignin, dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi lainnya seperti nanoselulosa untuk liner dalam bidang kedokteran gigi, nanolignin untuk kosmetik (bahan aktif anti uv).

Penelitian yang dilakukan oleh Mara yang dibimbing oleh Prof. Heru Setyawan dan Dr. Widiyastuti ini berhasil dipublikasikan di tiga jurnal SCI dengan impact factor > 3 dan masuk dalam kategori Q1 menurut Scopus. Yang pertama adalah di Cellulose, yang di kedua di Advanced Powder Technology, dan ketiga di Industrial & Engineering Chemistry Research.