Electronic Theses and Dissertation

Penggunaan plastik konvensional berbahan baku minyak bumi telah menimbulkan
kekhawatiran lingkungan yang serius karena sifatnya yang tidak dapat terdegradasi
secara alami, ketergantungan pada sumber daya yang tidak dapat diperbarui, dan
perannya dalam memicu polusi. Dalam beberapa dekade terakhir, banyak peneliti telah
dan
mempromosikan penggunaan bioplastik, biokomposit,
bionanokomposit/bionanocomposite (BNC) sebagai bahan alternatif untuk plastik
karena keberlanjutannya, dapat diperbarui, dan mudah terdegradasi di lingkungan.
Penelitian ini bertujuan untuk membuat dan mengkarakterisasi BNC berbasis kitosan
dan tepung ubi jalar ungu (Ipomea batatas) yang dicampur dengan Carbon Quantum
Dots (CQDs) sebagai nano-filler dan ekstrak daun kelor sebagai komponen aktif.
Formulasi BNC ini diharapkan akan menunjukkan peningkatan dalam sifat optik, sifat
mekanik, stabilitas termal, aktivitas antioksidan, aktivitas antibakteri, dan
biodegradabilitas. Penelitian ini terdiri dari 4 (empat) tahap, yaitu (1) sintesis CQDs
dari arang aktif (AA) yang berasal dari ampas kopi arabika menggunakan metode
radiasi microwave. Ampas kopi mula-mula dikarbonasi pada suhu 500°C selama 1
jam, diikuti dengan iradiasi microwave dengan parameter yang telah ditentukan
(massa AA, daya microwave, dan waktu kontak) hingga diperoleh larutan coklat muda
CQDs. CQDs lalu didekantasi dengan kecepatan 2000 rpm selama 2 jam, dan disaring
menggunakan filter berpori 0,22 µm. (2) Karakterisasi CQDs meliputi uji fluoresensi
(FL), sifat UV-barrier menggunakan spektroskopi UV-Vis, analisis morfologi
menggunakan SEM-EDX dan TEM, uji konduktivitas, analisis ukuran partikel, dan
analisis gugus fungsi kimia menggunakan FTIR. (3) Persiapan BNC menggunakan
teknik solvent casting dengan komposisi tepung ubi jalar ungu (1,68 g), kitosan (2,52
g), ekstrak daun kelor (0,06 g), gliserol (1,8 g), dan CQDs dengan konsentrasi 50-400
ppm. (4) Karakterisasi BNC meliputi uji morfologi menggunakan SEM, uji opasitas
dan transparansi menggunakan UV-Vis, pengukuran ketebalan film menggunakan
mikrometer, uji sifat termal menggunakan analisis thermogravimetric analysis (TGA)
dan diferensial scanning calorimetry (DSC), uji sifat mekanik kuat tarik (TS) dan
elogation at break (EB), uji perubahan warna menggunakan metode CIELab dengan
aplikasi colorimeter, uji interaksi kimia menggunakan FTIR, analisis kristalinitas
menggunakan difraktometer sinar-X (XRD), uji biodegradabilitas dengan teknik
penguburan menggunakan media tanah, uji antioksidan menggunakan DPPH, uji
fenolik total, uji daya serap air dan uji water contact angle (WCA). Hasil penelitian
menunjukkan bahwa sintesis CQDs menggunakan microwave optimal dicapai pada
daya 80%, massa AA 1 g, dan waktu kontak 5 menit. CQDs yang dihasilkan dengan
ukuran partikel 10,12 ± 1,76 nm mampu menyerap cahaya UV maksimum pada
panjang gelombang 225 nm dan memancarkan cahaya tampak pada puncak maksimum
450 nm. Analisis SEM-EDS mengungkapkan bahwa CQDs mengandung beberapa
atom seperti C, O, K, dan Mg dengan kelimpahan yang berbeda. Spektrum FTIR
menunjukkan adanya gugus fungsi -OH, -CH, C=C, dan C=O. Karakterisasi
mengkonfirmasi bahwa formulasi BNC100 memiliki sifat optik yang lebih baik
sedangkan dalam uji sifat termomekanik dan biodegradabilitas, BNC50 menunjukkan
kualitas yang lebih baik. Hasil uji fenolik total dan kekuatan antioksidan menunjukkan
bahwa penambahan CQDs dalam komposit meningkatkan kekuatan antioksidan dan
nilai fenolik dan semua formulasi dengan CQDs secara statistik berbeda dari kontrol.
Uji hidrophobisitas melalui nilai water contact angle menunjukkan bahwa BNC bersifat hidrofilik karena nilai contact angle

The utilization of conventional petroleum-derived plastics has emerged serious environmental concern due to their non-biodegradability, reliance on non-renewable sources, and role in triggering pollution. In recent decades, many researchers have promoted the utilization of bioplastics, bio-composites, and bio-nanocomposites as alternative materials to plastics due to their sustainability, renewability, and biodegradability. This research aims to synthesize and characterize bio- nanocomposites based on chitosan and purple sweet potato (Ipomea batatas) starch incorporated with Carbon Quantum Dots (CQDs) as nanofillers and Moringa oleifera leaf extract as an active component. This bio-nanocomposite (BNC) formulation is expected to exhibit improvement in optical properties, mechanical properties, thermal stability, antibacterial activity, and biodegradability. This research consists of 4 (four) main stages, explicitly (1) synthesis of CQDs from activated carbon (AA) originated from arabica coffee grounds using microwave radiation method. The synthesis of CQDs initiates with the carbonization of coffee grounds at a temperature of 500°C for 1 hour, followed by microwave irradiation with predetermined parameters (mass of AA, microwave power and contact time) until a pale brown solution of CQDs obtained. The CQDs were centrifuged at 2000 rpm for 2 hours, and filtered using a 0.22 µm pore filter. (2) Characterization of CQDs includes fluorescence (FL) test, UV-blocking properties using UV-Vis spectroscopy, morphology assessment using SEM-EDX and TEM, conductivity test, particle size analysis, and chemical constituent analysis using FTIR were properly conducted. (3) Preparation of bio-nanocomposites. Bio- nanocomposite films were prepared using the solvent casting technique with a composition of purple sweet potato starch (1.68 g), chitosan (2.52 g), M.oleifera extract (0.06g) glycerol (1.8 g) and CQDs with concentrations of 50-400 ppm. (4) Characterization of bio-nanocomposites includes morphology test using SEM, opacity and transparency test using UV-Vis, film thickness measurement using a micrometer, thermal properties test using thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), mechanical properties test of tensile strength (TS) and elongation at break (EB), color change test using the CIELab method using colorimeter software, chemical interaction test using FTIR, crystallinity analysis using x-ray diffractometer (XRD), biodegradability test involves burial technique with soil media, antioxidant essay using DPPH, total phenolic test, water absorpstion capacity test, and water contact angle test (WCA). The results of the study indicated that the synthesis of CQDs using microwave was optimally achieved at a microwave power of 80%, AA mass of 1 g, and contact time of 5 minutes. The resulting CQDs with particle size of 10.12±1.76 nm capable of absorbing the UV light at a maximum wavelength of 225 nm and emitting visible light at maximum peak of 450 nm. SEM-EDS analysis revealed that the CQDs contains several atoms such as O, C, K, and Mg with different abundance. FTIR spectra show the presence of functional groups -OH, -CH, C=C, and C=O. The characterization confirmed that the BNC100 formulation possessed better optical properties while in terms of thermomechanical properties test and biodegradability assessment revealed that the BNC50 shows better quality. The results of the total phenolic test and antioxidant strength show that the addition of CQDs in the composite increases the antioxidant strength and phenolic value and all formulations with CQDs are statistically different from the control. The hydrophobicity of BNC which measured through the water contact angle value shows that BNC is hydrophilic because the contact angle value is