Ekstraksi dan isolasi cellulose nanofiber serat pelepah kelapa sawit sebagai filler nanokomposit anti korosi pada tembaga

Randis, Randis (2024) Ekstraksi dan isolasi cellulose nanofiber serat pelepah kelapa sawit sebagai filler nanokomposit anti korosi pada tembaga. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Di tengah tantangan global untuk mengurangi ketergantungan pada produk berbasis minyak fosil dan mengatasi masalah polusi plastik serta meningkatnya kepedulian terhadap isu-isu lingkungan, penelitian tentang bahan ramah lingkungan telah meningkat secara signifikan. Serat pelepah kelapa sawit, yang merupakan limbah dari perkebunan kelapa sawit di Indonesia dan Malaysia, menawarkan potensi sebagai sumber selulosa yang belum banyak dimanfaatkan. Penelitian ini bertujuan untuk mengekstraksi dan mengisolasi cellulose nanofiber (CNF) dari serat pelepah kelapa sawit, dan memanfaatkannya sebagai filler dalam nanokomposit yang berfungsi sebagai lapisan anti korosi pada logam tembaga. Dalam upaya mencapai tujuan tersebut, penelitian ini menggunakan metode eksperimental yang mencakup serangkaian perlakuan kimia dan mekanikal untuk ekstraksi dan isolasi microcrystalline cellulose (MCC) dan CNF. Proses ekstraksi dimulai dengan pretreatment menggunakan larutan alkali dan pemutihan, yang bertujuan untuk mendegradasi lignin dan hemiselulosa yang menyelimuti selulosa dalam struktur bahan lignoselulosa. Perlakuan kimia ini diikuti oleh proses hidrolisis asam untuk memperoleh MCC yang lebih murni dan stabil. Setelah ekstraksi, MCC diolah lebih lanjut menggunakan ball milling untuk memperkecil ukuran partikelnya, sementara CNF dihasilkan melalui teknik ultrafine grinding yang efisien untuk mendapatkan fibril selulosa dengan ukuran nanometer. Karakterisasi kedua jenis selulosa ini dilakukan dengan menggunakan teknik-teknik seperti Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), dan (Thermogravimetric Analysis - Differential Thermal Gravimetry (TGA-DTG) untuk menentukan morfologi, komposisi kimia, dan sifat termal. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa CNF yang dihasilkan memiliki tingkat kristalinitas yang tinggi dan stabilitas termal yang sangat baik, yang menunjukkan bahwa perlakuan kimia dan mekanikal yang digunakan efektif. Dalam pengujian aplikasi, nanokomposit yang dibuat dengan mengintegrasikan CNF sebagai filler ke dalam lapisan logam tembaga menunjukkan penurunan signifikan dalam laju korosi. Pengujian korosi dengan menggunakan teknik Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) dan Polarization Potentiodynamic (PP) mengungkapkan bahwa adhesi dan sifat penghalang dari lapisan nanokomposit meningkat secara drastis, terutama pada formulasi yang mengandung 5% CNF. Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan potensi besar penggunaannya dalam aplikasi industri sebagai bahan inovatif untuk perlindungan korosi yang berkelanjutan. Ini membuka jalan baru dalam penelitian material berbasis biomassa dan menawarkan solusi inovatif dan ramah lingkungan untuk masalah korosi logam.

English Abstract

Amidst the global challenges of reducing dependency on fossil-based products and addressing plastic pollution as well as the growing concern for environmental issues, research on environmentally friendly materials has significantly increased. Oil palm frond fibers, an abundant waste from palm oil plantations in Indonesia and Malaysia, offer potential as an underutilized source of cellulose. This study aims to isolate and characterize cellulose nanofibers (CNF) from oil palm frond fibers and to utilize them as fillers in nanocomposites serving as anti-corrosive coatings on copper metal. To achieve this objective, the study employed an experimental method that includes a series of chemical and mechanical treatments for the extraction and isolation of microcrystalline cellulose (MCC) and CNF. The extraction process begins with pretreatment using alkali solution and bleaching, aimed at degrading the lignin and hemicellulose that envelop cellulose in the lignocellulosic material structure. This chemical treatment is followed by acid hydrolysis to obtain purer and more stable cellulose crystals. After extraction, MCC is further processed using ball milling to reduce particle size, while CNF is produced through efficient ultrafine grinding technique to obtain cellulose fibrils at the nanometer scale. Characterization of both types of cellulose was conducted using techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), and Thermogravimetric Analysis - Differential Thermal Gravimetry (TGA-DTG) to determine their morphology, chemical composition, and thermal properties. The characterization results show that the CNFs produced have a high level of crystallinity and excellent thermal stability, indicating the effectiveness of the chemical and mechanical treatments used. In application testing, nanocomposites made by integrating CNF as a filler into copper metal coatings showed a significant reduction in corrosion rate. Corrosion testing using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Polarization Potentiodynamic (PP) techniques revealed that the adhesion and barrier properties of the nanocomposite coating improved drastically, particularly in formulations containing 5% CNF. Overall, this research shows great potential for its use in industrial applications as an innovative material for sustainable corrosion protection. It opens up new avenues in biomass-based materials research and offers innovative and environmentally friendly solutions to metal corrosion problems.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	062407
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Depositing User:	Annisti Nurul F
Date Deposited:	01 Jul 2024 07:43
Last Modified:	01 Jul 2024 07:43
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/222396

Text (DALAM MASA EMBARGO) Randis.pdf Restricted to Registered users only Download (19MB)

Actions (login required)

View Item