Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan Pulp Sulfat (Kraft)
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
Afni Ariani Lubis. F34102006. Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor)
Proses Pemasakan Pulp Soda dan Pulp Sulfat (Kraft). Dibawah bimbingan Ani
Suryani dan Erliza Hambali.2007.
RINGKASAN
Kebutuhan pulp di dalam negeri dari tahun ke tahun semakin meningkat
seiring dengan peningkatan kebutuhan kertas. Peningkatan produksi pulp tersebut
akan meningkatkan pula produksi limbah cair yaitu lindi hitam (black liquor).
Badan Pusat Statistik menyatakan ekspor Indonesia terhadap pulp of wood and
waste of paper tahun 2005 (140.533,124 ton) mengalami peningkatan
dibandingkan dengan tahun 2004 (31.788,157 ton).
Lindi hitam (black liquor) merupakan hasil samping dari proses pembuatan
pulp yang memiliki komponen utama air, senyawa anorganik yang berasal dari
sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil reaksi yang berlangsung selama
proses pemasakan, serta senyawa organik yang berasal dari serpih kayunya. Lindi
hitam dapat mencemari lingkungan yang disebabkan oleh adanya beberapa
senyawa kimia yang bersifat racun seperti metil merkaptan dan hidrogen sulfida.
Namun, berbagai jenis produk yang bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi dan
pemisahan komponen yang terdapat dalam lindi hitam tersebut.
Lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam lindi hitam
(sekitar 46% dari total padatan), karena itu proses isolasi dan pemisahan lignin
lebih memungkinkan. Lignin dapat dimanfaatkan sebagai bahan perekat, bahan
pengisi karet, dan dapat disulfonasi menjadi lignosulfonat. Lignin juga dapat
digunakan sebagai produk polimer dan sumber bahan-bahan kimia berat molekul
rendah (seperti : vanilin), serta sebagai bahan mentah yang sangat baik untuk
pembuatan serat sintetik (seperti nilon, bahan farmasi dan pewarna yang baik).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengisolasi lignin dari lindi hitam, dan
mengetahui pengaruh jenis lindi hitam serta konsentrasi asam (H2SO4) untuk
memproduksi lignin dengan kondisi isolasi terbaik yang menghasilkan rendemen
dan kemurnian lignin terbaik. Rancangan percobaan yang digunakan adalah
rancangan acak lengkap faktorial dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah
jenis lindi hitam (lindi hitam soda dan sulfat (kraft))dan faktor kedua adalah
konsentrasi H2SO4 (5, 10, 15 dan 20%).
Karakteristik dari kedua jenis lindi hitam secara visual berwarna coklat
kehitaman dan memiliki bau yang tidak sedap. Lindi hitam sulfat (kraft) berwarna
lebih gelap dibandingkan lindi hitam soda. pH lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 9,50 dan 13,10. Massa jenis pada lindi hitam soda dan lindi
hitam sulfat adalah 1,03 dan 1,10, padatan total lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 5,88% dan 18,67%, abu tersulfatasi lindi hitam soda dan
lindi hitam sulfat adalah sebesar 37,30% dan 31,80% serta senyawa organik pada
lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat (kraft) adalah sebesar 62,70% dan 68,20%.
Berdasarkan analisa keragaman dengan α = 0,05, diperoleh bahwa faktor
jenis lindi hitam berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH,
kadar metoksil dan bobot ekuivalen, sedangkan faktor konsentrasi H2SO4
berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH dan bobot
ekuivalen. Interaksi antara jenis lindi hitam dan konsentrasi H2SO4 berpengaruh
sangat nyata terhadap rendemen dan kadar lignin.
Lignin yang dihasilkan secara visual memiliki warna coklat kehitaman dan
untuk isolat lignin kraft berwarna lebih hitam dibandingkan isolat lignin soda.
Kondisi isolasi terbaik adalah kondisi dimana lignin yang dihasilkan memiliki
nilai rendemen dan kadar lignin tetinggi. Berdasarkan hasil analisa keragaman dan
uji lanjut Duncan, maka kondisi isolasi terbaik yang dicapai adalah isolasi lignin
yang menggunakan lindi hitam sulfat (kraft) dengan konsentrasi H2SO4 20%.
Rendemen lignin yang dihasilkan sebesar 27,74% dari padatan totalnya dan kadar
lignin (kemurnian) sebesar 81,48%. Isolat lignin ini memiliki nilai pH (keasaman)
sebesar 2,70, kadar metoksil sebesar 3,30% dan bobot ekuivalen sebesar 2067.
Hasil identifikasi FT-IR dari isolat lignin sulfat (kraft) menunjukkan pola
serapan spektro yang sebagian besar mirip dengan lignin indulin-AT sebagai
standarnya. Isolat lignin kraft menunjukkan bahwa lignin memiliki gugus siringil
dan guaiasil yang merupakan prazat penyusun dalam lignin kayu daun lebar.
Sedangkan lignin indulin-AT, hanya memiliki gugus guaiasil yang menunjukkan
bahwa lignin standar indulin-AT berasal dari kayu daun jarum.
Kata kunci :Lignin; Lindi hitam; Pulp soda; Pulp sulfat (kraft)
Afni Ariani Lubis. F34102006. Lignin Isolation from Black Liquor of Soda
Pulping and Sulfate (Kraft) Pulping. Supervised by Ani Suryani and Erliza
Hambali.2007.
SUMMARY
Lignin is the major component in black liquor (approximately 46% of solid
content) so that lignin isolation and separation are more possible. Lignin can be
used for glue, rubber filler, and able to be sulfonate to lignosulfonat. Lignin can
be also used as polymer product and can be conferted to produce low molecular
product (such: vanillin), and relevant as raw component for synthetic fiber
producing (such: nylon, pharmacy goods, and qualified dye).
Black liquor is side result of pulp processing with water as main component,
non organic compound from vestige chemical liquid of chips cooker and process
result, as well as organic compound from chips it self. Black liquor can be waste
for environment because it has a toxic compound such methyl merkaptan and
hydrogen sulfate. However, any beneficial products can be produced from
component isolation and separating in the black liquor.
Black liquor production is continuously increase because increase of
production of pulp in successive year as the growth of paper demand. Center of
Statistical Bureau stated that Indonesian export for pulp of wood and waste of
paper in 2005 (140.533,124 tons) hikes instead of 2004 (31.788,157 tons).
The purposes of this research are to isolate lignin from black liquor and
figure out any effects of black liquor and acid concentrate (H2SO4) to produce
finest isolation condition lignin which supplies best yield and purity of lignin.
Research frame used is factorial comprehensive random with two test. The first
factor is black liquor (soda and sulfate (kraft) black liquor) and the second factor
is H2SO4 concentrate (5, 10, 15 dan 20%).
Characteristic of both kinds of black liquor is visually black-brown colored
and smelly. Sulfate (kraft) black liquor is darker instead of soda black liquor. pH
of soda and sulfate black liquor are respectively 9,50 and 13,10. Density of soda
and sulfate black liquor are respectively 1,03 and 1,10. Solid content of soda and
sulfate black liquor is respectively 5,88% and 18,67%, sulfated ashes of soda and
sulfate black liquor is respectively 37,30% and 31,80%, and organic compound in
soda and sulfate (kraft) black liquor is respectively 62,70% and 68,20%.
Based on random analysis with = 0,05, it is obtained that factor of black
liquor is significantly influential to yield of lignin, purity of lignin, pH, methoxyl
content, and equivalent weight. Whereas H2SO4 concentrate factor is significantly
influential to yield and purity of lignin, pH and equivalent weight. Interaction
between both of factor is significantly influential to yield of lignin and purity of
lignin.
Lignin produced is visually black-brown colored and darker for isolated kraft
lignin than isolated soda lignin. The finest isolation condition is a condition where
lignin produced possess the highest yield value and lignin content (purity). Based
on analysis of variance and Duncan test, the finest isolation test to obtain is lignin
isolation using sulfate black liquor with H2SO4 concentrate 20%. Lignin sample
resulted is 27,74% of entire dense and lignin content (purity) is 81,48%. The
isolated lignin has 2,70 of pH, methoxyl content 3,30%, and equivalent weight
lignin 2067.
Result of FT-IR identification of isolated sulfate (kraft) lignin shows
spectrum pattern which is mostly similiar to Indulin-AT lignin as standard.
Isolated kraft lignin shows that lignin has siringil and guaiasil cluster as compiler
essence in wide-leaf wood lignin. Whereas, indulin-AT lignin only has guaiasil
cluster which shows that Indulin-AT standard lignin is from needle-leaf wood.
Keywords : Lignin; Black liquor; Soda pulp; Sulfate (kraft) pulp
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
Dilahirkan pada tanggal 2 April 1985
di Pematang Siantar-Sumatera Utara
Tanggal Kelulusan : Februari 2007
Disetujui,
Bogor, Februari 2007
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA
Dr. Ir. Erliza Hambali, Msi
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” adalah hasil karya asli saya sendiri, dengan bimbingan dosen
pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Februari 2007
Yang membuat pernyataan,
Afni Ariani Lubis
F34102006
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pematang Siantar, Sumatera Utara pada
tanggal 2 April 1985. Penulis merupakan anak pertama dari 4
bersaudara, anak dari Bapak Ir. Akhmad Rifai Lubis dan Ibu
Asni Marwati Nst. Tahun 1988 penulis memulai pendidikan
di Taman Kanak-kanak Pematang Siantar dan dilanjutkan ke
pendidikan dasar di SD Taman Harapan dan lulus dari SD
Kartika I-2 Medan pada tahun 1996.
Kemudian penulis melanjutkan Pendidikan di SLTP Negeri 1 Medan dan lulus
pada tahun 1999. Pada tahun 1999 penulis melanjutkan pendidikan di SMU
Kartika I-2 Medan dan tahun 2002 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor
melalui jalur Undangan Seleksi Umum (USMI) pada Departemen Teknologi
Industri Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Selama masa perkuliahan penulis terlibat dalam organisasi kemahasiswaan yaitu
HIMALOGIN
(Himpunan
Mahasiswa
Teknologi
Industri)
sebagai
staf
Departemen Kesekretariatan kepengurusan 2003/2004 dan organisasi IMMAM
(Ikatan Mahasiswa Muslim Asal Medan). Penulis pernah mengikuti Lomba
Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) dengan judul “Penanganan Limbah Cair
dan Gas pada Industri Kecil dengan Teknologi Biotrickling Filter”, dan mengikuti
kepanitian kegiatan di kampus. Pada bulan Juni sampai Agustus 2005, penulis
mengikuti kegiatan Praktek Lapangan (PL) di Pabrik Minyak Nabati (PAMINA)
Belawan PTPN-IV Medan-Sumatera Utara yang mengambil judul “Mempelajari
Teknologi Proses Produksi Minyak Goreng (RBD Olein) berbasis CPO (Crude
Palm Oil)”. Pada bulan Mei 2006, penulis melaksanakan penelitian dengan judul
“Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan tugas akhir penulis.
Bogor, Februari 2007
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah Swt, karena dengan izin dan
petunjuk-Nya maka penulisan skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini berjudul
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan hasil penelitian yang dilakukan sejak awal
bulan Mei sampai dengan November 2006.
Kegiatan penelitian dan penulisan skripsi ini telah terlaksana dengan baik
berkat dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih kepada personalia di bawah ini.
1.
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA sebagai dosen pembimbing pertama, terima kasih
telah
memberikan
bimbingan
dalam
pelaksanaan
perkuliahan
dan
penyusunan skripsi.
2.
Dr. Ir. Erliza Hambali, MSi sebagai dosen pembimbing kedua, terima kasih
telah memberikan saran dan kritikan dalam penyusunan skripsi.
3.
Dr. Ono Suparno, Stp sebagai dosen penguji, terima kasih atas saran dan
kritikan dalam penyusunan skripsi.
4.
Bapak dan Ibu Laboran di Laboratorium Departemen Teknologi Industri
Pertanian Fateta (Lab. Teknologi Kimia, Lab. DIT 1 dan 2, Lab. Bioindustri,
Lab. Pengemasan, dan Lab. Pengawasan mutu), Laboratorium Departemen
Hama dan Penyakit Tanaman (HPT) Faperta dan Laboratorium Departemen
Ilmu Tanah Faperta.
5.
Seluruh keluarga (Mama, Papa, Lia, Dini, Nita dan keluarga besar) terima
kasih telah memberikan bantuan moril, dorongan semangat serta doa.
6.
Teman-temanku di Bogor (Balqis, Amir, Riri, Dana) dan saudaraku di
IMMAM terima kasih atas kritik, saran, dukungan dan bantuannya.
7.
Sahabatku (Sri, Ruly, Bunge, Astuti, Mimi, Agus, Dicky, Rizky, Jefri,
Maman), seluruh teman-temanku di Medan, dan Dedi Kesuma terima kasih
atas semua masukan, semangat dan dukungan moril serta doanya.
8.
Teman seperjuangan Heradewi, Qosih, Ibu Gustini, Ibu Ismi dan Sahabatku
di TIN : Euis, Vina, Asti, Wiwik dan seluruh rekan TIN’39 semoga tetap
kompak.
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
Afni Ariani Lubis. F34102006. Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor)
Proses Pemasakan Pulp Soda dan Pulp Sulfat (Kraft). Dibawah bimbingan Ani
Suryani dan Erliza Hambali.2007.
RINGKASAN
Kebutuhan pulp di dalam negeri dari tahun ke tahun semakin meningkat
seiring dengan peningkatan kebutuhan kertas. Peningkatan produksi pulp tersebut
akan meningkatkan pula produksi limbah cair yaitu lindi hitam (black liquor).
Badan Pusat Statistik menyatakan ekspor Indonesia terhadap pulp of wood and
waste of paper tahun 2005 (140.533,124 ton) mengalami peningkatan
dibandingkan dengan tahun 2004 (31.788,157 ton).
Lindi hitam (black liquor) merupakan hasil samping dari proses pembuatan
pulp yang memiliki komponen utama air, senyawa anorganik yang berasal dari
sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil reaksi yang berlangsung selama
proses pemasakan, serta senyawa organik yang berasal dari serpih kayunya. Lindi
hitam dapat mencemari lingkungan yang disebabkan oleh adanya beberapa
senyawa kimia yang bersifat racun seperti metil merkaptan dan hidrogen sulfida.
Namun, berbagai jenis produk yang bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi dan
pemisahan komponen yang terdapat dalam lindi hitam tersebut.
Lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam lindi hitam
(sekitar 46% dari total padatan), karena itu proses isolasi dan pemisahan lignin
lebih memungkinkan. Lignin dapat dimanfaatkan sebagai bahan perekat, bahan
pengisi karet, dan dapat disulfonasi menjadi lignosulfonat. Lignin juga dapat
digunakan sebagai produk polimer dan sumber bahan-bahan kimia berat molekul
rendah (seperti : vanilin), serta sebagai bahan mentah yang sangat baik untuk
pembuatan serat sintetik (seperti nilon, bahan farmasi dan pewarna yang baik).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengisolasi lignin dari lindi hitam, dan
mengetahui pengaruh jenis lindi hitam serta konsentrasi asam (H2SO4) untuk
memproduksi lignin dengan kondisi isolasi terbaik yang menghasilkan rendemen
dan kemurnian lignin terbaik. Rancangan percobaan yang digunakan adalah
rancangan acak lengkap faktorial dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah
jenis lindi hitam (lindi hitam soda dan sulfat (kraft))dan faktor kedua adalah
konsentrasi H2SO4 (5, 10, 15 dan 20%).
Karakteristik dari kedua jenis lindi hitam secara visual berwarna coklat
kehitaman dan memiliki bau yang tidak sedap. Lindi hitam sulfat (kraft) berwarna
lebih gelap dibandingkan lindi hitam soda. pH lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 9,50 dan 13,10. Massa jenis pada lindi hitam soda dan lindi
hitam sulfat adalah 1,03 dan 1,10, padatan total lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 5,88% dan 18,67%, abu tersulfatasi lindi hitam soda dan
lindi hitam sulfat adalah sebesar 37,30% dan 31,80% serta senyawa organik pada
lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat (kraft) adalah sebesar 62,70% dan 68,20%.
Berdasarkan analisa keragaman dengan α = 0,05, diperoleh bahwa faktor
jenis lindi hitam berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH,
kadar metoksil dan bobot ekuivalen, sedangkan faktor konsentrasi H2SO4
berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH dan bobot
ekuivalen. Interaksi antara jenis lindi hitam dan konsentrasi H2SO4 berpengaruh
sangat nyata terhadap rendemen dan kadar lignin.
Lignin yang dihasilkan secara visual memiliki warna coklat kehitaman dan
untuk isolat lignin kraft berwarna lebih hitam dibandingkan isolat lignin soda.
Kondisi isolasi terbaik adalah kondisi dimana lignin yang dihasilkan memiliki
nilai rendemen dan kadar lignin tetinggi. Berdasarkan hasil analisa keragaman dan
uji lanjut Duncan, maka kondisi isolasi terbaik yang dicapai adalah isolasi lignin
yang menggunakan lindi hitam sulfat (kraft) dengan konsentrasi H2SO4 20%.
Rendemen lignin yang dihasilkan sebesar 27,74% dari padatan totalnya dan kadar
lignin (kemurnian) sebesar 81,48%. Isolat lignin ini memiliki nilai pH (keasaman)
sebesar 2,70, kadar metoksil sebesar 3,30% dan bobot ekuivalen sebesar 2067.
Hasil identifikasi FT-IR dari isolat lignin sulfat (kraft) menunjukkan pola
serapan spektro yang sebagian besar mirip dengan lignin indulin-AT sebagai
standarnya. Isolat lignin kraft menunjukkan bahwa lignin memiliki gugus siringil
dan guaiasil yang merupakan prazat penyusun dalam lignin kayu daun lebar.
Sedangkan lignin indulin-AT, hanya memiliki gugus guaiasil yang menunjukkan
bahwa lignin standar indulin-AT berasal dari kayu daun jarum.
Kata kunci :Lignin; Lindi hitam; Pulp soda; Pulp sulfat (kraft)
Afni Ariani Lubis. F34102006. Lignin Isolation from Black Liquor of Soda
Pulping and Sulfate (Kraft) Pulping. Supervised by Ani Suryani and Erliza
Hambali.2007.
SUMMARY
Lignin is the major component in black liquor (approximately 46% of solid
content) so that lignin isolation and separation are more possible. Lignin can be
used for glue, rubber filler, and able to be sulfonate to lignosulfonat. Lignin can
be also used as polymer product and can be conferted to produce low molecular
product (such: vanillin), and relevant as raw component for synthetic fiber
producing (such: nylon, pharmacy goods, and qualified dye).
Black liquor is side result of pulp processing with water as main component,
non organic compound from vestige chemical liquid of chips cooker and process
result, as well as organic compound from chips it self. Black liquor can be waste
for environment because it has a toxic compound such methyl merkaptan and
hydrogen sulfate. However, any beneficial products can be produced from
component isolation and separating in the black liquor.
Black liquor production is continuously increase because increase of
production of pulp in successive year as the growth of paper demand. Center of
Statistical Bureau stated that Indonesian export for pulp of wood and waste of
paper in 2005 (140.533,124 tons) hikes instead of 2004 (31.788,157 tons).
The purposes of this research are to isolate lignin from black liquor and
figure out any effects of black liquor and acid concentrate (H2SO4) to produce
finest isolation condition lignin which supplies best yield and purity of lignin.
Research frame used is factorial comprehensive random with two test. The first
factor is black liquor (soda and sulfate (kraft) black liquor) and the second factor
is H2SO4 concentrate (5, 10, 15 dan 20%).
Characteristic of both kinds of black liquor is visually black-brown colored
and smelly. Sulfate (kraft) black liquor is darker instead of soda black liquor. pH
of soda and sulfate black liquor are respectively 9,50 and 13,10. Density of soda
and sulfate black liquor are respectively 1,03 and 1,10. Solid content of soda and
sulfate black liquor is respectively 5,88% and 18,67%, sulfated ashes of soda and
sulfate black liquor is respectively 37,30% and 31,80%, and organic compound in
soda and sulfate (kraft) black liquor is respectively 62,70% and 68,20%.
Based on random analysis with = 0,05, it is obtained that factor of black
liquor is significantly influential to yield of lignin, purity of lignin, pH, methoxyl
content, and equivalent weight. Whereas H2SO4 concentrate factor is significantly
influential to yield and purity of lignin, pH and equivalent weight. Interaction
between both of factor is significantly influential to yield of lignin and purity of
lignin.
Lignin produced is visually black-brown colored and darker for isolated kraft
lignin than isolated soda lignin. The finest isolation condition is a condition where
lignin produced possess the highest yield value and lignin content (purity). Based
on analysis of variance and Duncan test, the finest isolation test to obtain is lignin
isolation using sulfate black liquor with H2SO4 concentrate 20%. Lignin sample
resulted is 27,74% of entire dense and lignin content (purity) is 81,48%. The
isolated lignin has 2,70 of pH, methoxyl content 3,30%, and equivalent weight
lignin 2067.
Result of FT-IR identification of isolated sulfate (kraft) lignin shows
spectrum pattern which is mostly similiar to Indulin-AT lignin as standard.
Isolated kraft lignin shows that lignin has siringil and guaiasil cluster as compiler
essence in wide-leaf wood lignin. Whereas, indulin-AT lignin only has guaiasil
cluster which shows that Indulin-AT standard lignin is from needle-leaf wood.
Keywords : Lignin; Black liquor; Soda pulp; Sulfate (kraft) pulp
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
Dilahirkan pada tanggal 2 April 1985
di Pematang Siantar-Sumatera Utara
Tanggal Kelulusan : Februari 2007
Disetujui,
Bogor, Februari 2007
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA
Dr. Ir. Erliza Hambali, Msi
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” adalah hasil karya asli saya sendiri, dengan bimbingan dosen
pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Februari 2007
Yang membuat pernyataan,
Afni Ariani Lubis
F34102006
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pematang Siantar, Sumatera Utara pada
tanggal 2 April 1985. Penulis merupakan anak pertama dari 4
bersaudara, anak dari Bapak Ir. Akhmad Rifai Lubis dan Ibu
Asni Marwati Nst. Tahun 1988 penulis memulai pendidikan
di Taman Kanak-kanak Pematang Siantar dan dilanjutkan ke
pendidikan dasar di SD Taman Harapan dan lulus dari SD
Kartika I-2 Medan pada tahun 1996.
Kemudian penulis melanjutkan Pendidikan di SLTP Negeri 1 Medan dan lulus
pada tahun 1999. Pada tahun 1999 penulis melanjutkan pendidikan di SMU
Kartika I-2 Medan dan tahun 2002 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor
melalui jalur Undangan Seleksi Umum (USMI) pada Departemen Teknologi
Industri Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Selama masa perkuliahan penulis terlibat dalam organisasi kemahasiswaan yaitu
HIMALOGIN
(Himpunan
Mahasiswa
Teknologi
Industri)
sebagai
staf
Departemen Kesekretariatan kepengurusan 2003/2004 dan organisasi IMMAM
(Ikatan Mahasiswa Muslim Asal Medan). Penulis pernah mengikuti Lomba
Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) dengan judul “Penanganan Limbah Cair
dan Gas pada Industri Kecil dengan Teknologi Biotrickling Filter”, dan mengikuti
kepanitian kegiatan di kampus. Pada bulan Juni sampai Agustus 2005, penulis
mengikuti kegiatan Praktek Lapangan (PL) di Pabrik Minyak Nabati (PAMINA)
Belawan PTPN-IV Medan-Sumatera Utara yang mengambil judul “Mempelajari
Teknologi Proses Produksi Minyak Goreng (RBD Olein) berbasis CPO (Crude
Palm Oil)”. Pada bulan Mei 2006, penulis melaksanakan penelitian dengan judul
“Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan tugas akhir penulis.
Bogor, Februari 2007
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah Swt, karena dengan izin dan
petunjuk-Nya maka penulisan skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini berjudul
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan hasil penelitian yang dilakukan sejak awal
bulan Mei sampai dengan November 2006.
Kegiatan penelitian dan penulisan skripsi ini telah terlaksana dengan baik
berkat dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih kepada personalia di bawah ini.
1.
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA sebagai dosen pembimbing pertama, terima kasih
telah
memberikan
bimbingan
dalam
pelaksanaan
perkuliahan
dan
penyusunan skripsi.
2.
Dr. Ir. Erliza Hambali, MSi sebagai dosen pembimbing kedua, terima kasih
telah memberikan saran dan kritikan dalam penyusunan skripsi.
3.
Dr. Ono Suparno, Stp sebagai dosen penguji, terima kasih atas saran dan
kritikan dalam penyusunan skripsi.
4.
Bapak dan Ibu Laboran di Laboratorium Departemen Teknologi Industri
Pertanian Fateta (Lab. Teknologi Kimia, Lab. DIT 1 dan 2, Lab. Bioindustri,
Lab. Pengemasan, dan Lab. Pengawasan mutu), Laboratorium Departemen
Hama dan Penyakit Tanaman (HPT) Faperta dan Laboratorium Departemen
Ilmu Tanah Faperta.
5.
Seluruh keluarga (Mama, Papa, Lia, Dini, Nita dan keluarga besar) terima
kasih telah memberikan bantuan moril, dorongan semangat serta doa.
6.
Teman-temanku di Bogor (Balqis, Amir, Riri, Dana) dan saudaraku di
IMMAM terima kasih atas kritik, saran, dukungan dan bantuannya.
7.
Sahabatku (Sri, Ruly, Bunge, Astuti, Mimi, Agus, Dicky, Rizky, Jefri,
Maman), seluruh teman-temanku di Medan, dan Dedi Kesuma terima kasih
atas semua masukan, semangat dan dukungan moril serta doanya.
8.
Teman seperjuangan Heradewi, Qosih, Ibu Gustini, Ibu Ismi dan Sahabatku
di TIN : Euis, Vina, Asti, Wiwik dan seluruh rekan TIN’39 semoga tetap
kompak.
9.
Warga Kardhita (Bagus, Aga, Mb’Zainab) dan warga Griya Agriati terima
kasih atas semua masukan, semangat dan dukungan moril serta doanya.
10. Keluarga besar pengurus HIMALOGIN 2003-2004, khususnya Departemen
Kesekretariatan terima kasih atas pengalaman-pengalaman menarik.
11. Semua pihak yang telah membantu penelitian ini, terima kasih atas semua
dukungannya.
Penulis menyadari ketidaksempurnaan dan keterbatasan dalam tulisan ini,
maka kritik dan saran bagi penyempurnaan penulisan sangat diharapkan.
Akhirnya penulis
berharap semoga
tulisan
ini bermanfaat
bagi
yang
memerlukannya.
Bogor, Februari 2007
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ............................................................................... iii
DAFTAR TABEL...................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. vii
DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................. viii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ..................................................................................... 1
B. Tujuan.................................................................................................. 4
C. Ruang Lingkup..................................................................................... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Lignin .................................................................................................. 5
B. Sifat Lignin .......................................................................................... 8
C. Manfaat Lignin..................................................................................... 10
D. Lindi Hitam (Black Liquor).................................................................. 13
E. Pulping Soda dan Pulping Sulfat (Kraft)............................................... 14
F. Isolasi Lignin ....................................................................................... 19
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Bahan dan Alat..................................................................................... 21
B. Metode Penelitian ................................................................................ 21
C. Rancangan Percobaan .......................................................................... 24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Karakteristik Lindi Hitam..................................................................... 26
B. Isolasi Lignin ....................................................................................... 29
C. Rendemen Lignin................................................................................. 31
D. Karakteristik Lignin ............................................................................. 34
1. Kadar Lignin .................................................................................. 34
2. Keasaman (pH) Lignin ................................................................... 36
3. Kadar Metoksil............................................................................... 38
4. Bobot Ekuivalen Lignin.................................................................. 40
5. Identifikasi Gugus Fungsi Lignin dengan
Spektrofotometer FT-IR ................................................................. 42
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan .......................................................................................... 47
B. Saran.................................................................................................... 48
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 49
LAMPIRAN .............................................................................................. 53
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.
Ekspor Indonesia terhadap Pulp of Wood and Waste of
Paper Tahun 2004 dan 2005........................................................... 3
Tabel 2.
Kadar lignin (klason) dari berbagai bahan baku .............................. 7
Tabel 3.
Gugus-gugus fungsi lignin (setiap 100 unit C6C3) ........................... 7
Tabel 4.
Penggunaan lignin dan sifat produknya........................................... 10
Tabel 5.
Komposisi lignin pada lindi hitam kraft kayu lunak ........................ 13
Tabel 6.
Karakteristik lindi hitam soda dan sulfat (kraft) .............................. 27
Tabel 7.
Pita serapan infra merah Isolat Lignin kraft dan lignin
standar indulin-AT ......................................................................... 45
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.
Unit-unit penyusun lignin ............................................................ 6
Gambar 2.
Struktur kimia (rumus bangun) lignin yang terdiri dari 16 unit
fenil-propana ............................................................................... 6
Gambar 3.
Diagram aplikasi lignin dalam berbagai industri .......................... 12
Gambar 4.
Reaksi lignin dengan gugus hidroksil dari NaOH......................... 16
Gambar 5
Proses kimia pulp ........................................................................ 18
Gambar 6.
Diagram alir proses isolasi lignin dari lindi hitam ........................ 23
Gambar 7.
Penampakan visual lindi hitam kraft dan lindi hitam
soda............................................................................................. 26
Gambar 8.
Isolat lignin ................................................................................. 31
Gambar 9.
Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap rendemen lignin............................................................. 32
Gambar 10 Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap kadar lignin ................................................................... 35
Gambar 11. Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap pH lignin ....................................................................... 37
Gambar 12. Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap kadar metoksil lignin ..................................................... 39
Gambar 13. Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap bobot ekuivalen lignin ................................................... 41
Gambar 14. Pita serapan pada spektrum inframerah isolat lignin dan lignin
standar indulin-AT ...................................................................... 44
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Prosedur persiapan sampel........................................................... 54
Lampiran 2. Prosedur karakterisasi isolat lignin............................................... 56
Lampiran 3. Data karakterisasi isolat lignin ..................................................... 59
Lampiran 4. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan
rendemen..................................................................................... 61
Lampiran 5. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan kadar
lignin ........................................................................................... 63
Lampiran 6. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan pH
lignin ........................................................................................... 65
Lampiran 7. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan kadar
metoksil lignin............................................................................. 66
Lampiran 8. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan bobot
ekuivalen lignin ........................................................................... 67
I. PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Lignin merupakan polimer alami yang terdapat dalam tumbuhan. Struktur
lignin sangat beraneka ragam tergantung dari jenis tanamannya. Namun, secara
umum lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil
propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Tanaman kayu atau non kayu
merupakan sumber utama lignin yang berfungsi sebagai pelindung dan pemberi
kekuatan pada tanaman sehingga mampu menahan tekanan mekanis. Lignin
berpotensi besar jika diaplikasikan dalam berbagai industri karena lignin memiliki
banyak manfaat. Lignin dapat digunakan sebagai bahan perekat, bahan pengisi
karet, sebagai bahan baku vanilin, disulfonasi menjadi lignosulfonat dan
sebagainya.
Selain terdapat di dalam tanaman, lignin juga dapat ditemukan dalam limbah
cair sisa proses pemasakan pulp yang dikenal dengan sebutan lindi hitam (black
liquor). Lindi hitam (black liquor) merupakan larutan sisa pemasak yang
dihasilkan dari proses pembuatan pulp (proses pulping). Dalam pembuatan pulp,
industri pulp dan kertas membutuhkan serat selulosa dari bahan-bahan
berlignoselulosa baik kayu maupun non kayu yang diperoleh dengan cara
pemasakan atau sering disebut dengan proses pulping (delignifikasi). Proses
pulping dapat dilakukan dengan cara mekanis, kimia, atau gabungan antara cara
kimia dan mekanis (semi kimia). Setiap proses akan menghasilkan pulp dengan
sifat yang berbeda dan untuk tujuan penggunaan yang berbeda pula.
Proses pulp sulfat (kraft) dan pulp soda merupakan dua teknik pokok
pembuatan pulp kimia alkalis. Menurut Fengel (1995), natrium hidroksida
merupakan bahan kimia pemasak utama dalam kedua proses tersebut, sedangkan
dalam pembuatan pulp sulfat (kraft) natrium sulfida merupakan komponen aktif
tambahan. Nama proses tersebut diperoleh dari bahan kimia yang dipulihkan yang
digunakan untuk mengimbangi hilangnya natrium hidroksida, masing-masing
natrium karbonat dan natrium sulfat.
Dalam pemanfaatan kayu sebagai bahan baku pembuatan pulp, lignin
dipisahkan dari selulosa sebagai limbah yang bercampur dengan komponen lain
yang berbentuk lindi hitam (black liquor) (Damris et al.,1999). Lindi hitam
merupakan campuran yang sangat kompleks yang mengandung sejumlah besar
komponen dengan struktur dan susunan yang berbeda. Bahan organik dalam lindi
hitam yang dihasilkan setelah pembuatan pulp pada dasarnya terdiri dari lignin
dan produk-produk degradasi karbohidrat disamping bagian-bagian kecil
ekstraktif dan produk-produk reaksinya. Lignin merupakan komponen terbesar
dalam lindi hitam sekitar 46% dari padatan totalnya (Sjostrom, 1995). Rudatin
(1991) mengemukakan bahwa lindi hitam memiliki komponen utama air, senyawa
anorganik yang berasal dari sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil
reaksi yang berlangsung selama proses pemasakan, serta senyawa organik yang
berasal dari serpih kayunya.
Lindi hitam secara potensial dapat mencemari lingkungan. Rudatin (1989)
menyatakan dari 15.000 ton pulp berat kering dari proses kraft dan sulfit netral,
akan dihasilkan limbah yang berbentuk lindi hitam sekitar 130.000 ton dengan
konsistensi 18% berat padatan per berat larutan. Oleh karena tingginya produksi
lindi hitam dalam proses pulping, maka perlu diupayakan penanganan dan
pemanfaatannya, karena larutan sisa pemasak merupakan limbah cair yang dapat
membahayakan kestabilan lingkungan. Menurut Santoso et al. (2001), lindi hitam
(black liquor) merupakan sumber pencemaran lingkungan yang potensial. Hal ini
disebabkan oleh adanya beberapa senyawa kimia seperti metil merkaptan dan
hidrogen sulfida yang bersifat racun. Dipihak lain, berbagai jenis produk yang
bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi dan pemisahan komponen yang terdapat
dalam larutan sisa pemasak tersebut.
Peningkatan produksi lindi hitam disebabkan oleh peningkatan kebutuhan
pulp yang diiringi dengan peningkatan kebutuhan kertas. Peningkatan produksi
pulp di dalam negeri dapat dilihat dari peningkatan jumlah perusahaan yang
menghasilkan bubur kertas (pulp). Berdasarkan statistik industri besar dan sedang,
jumlah perusahaan yang menghasilkan bubur kertas (pulp) tahun 2000 adalah 4
perusahaan, tahun 2001 dan 2002 sebanyak 7 perusahaan, dan tahun 2003
sebanyak 8 perusahaan. Menurut Badan Pusat Statistik (2005), ekspor Indonesia
terhadap pulp of wood and waste of paper mengalami peningkatan dibandingkan
dengan tahun 2004 yang dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Ekspor Indonesia terhadap pulp of wood and
waste of paper tahun 2004 dan 2005
Tahun
Berat Bersih (Ton)
November 2004
31.788,157
November 2005
140.533,124
Menurut Rudatin (1989), belum banyak manfaat yang dapat diambil dari
lindi hitam kecuali dibakar kembali untuk memperoleh nilai kalornya.
Pemanfaatan lindi hitam menjadi bahan-bahan yang bernilai ekonomis umumnya
sangat tergantung pada bahan-bahan pembantu serta proses yang digunakan, yang
biasanya sangat mahal. Menurut Damris et al. (1999), penanganan limbah dari
industri yang menggunakan kayu sebagai bahan baku, belum memberikan suatu
nilai ekonomi bagi industri yang bersangkutan, melainkan justru menyedot dana
untuk penanganannya sehingga mengurangi nilai ekonomi yang diperoleh. Pada
umumnya pengolahan lindi hitam di dalam industri pulp dan kertas berorientasi
pada upaya pemanfaatan kembali bahan kimia pemasak yang terkandung di
dalamnya, sedangkan seluruh senyawa organik dalam lindi hitam dimanfaatkan
sebagai bahan bakar untuk menghasilkan uap air.
Mengingat potensi lignin yang terkandung dalam lindi hitam cukup besar dan
memiliki banyak manfaat, maka perlu dilakukan penelitian mengenai isolasi
lignin dari lindi hitam. Beberapa metode yang sering digunakan dalam penelitianpenelitian terdahulu dilihat dari beberapa parameter seperti pengaruh dari
penggunaan jenis asam, pH, serta jenis basa yang digunakan. Penelitian ini
mengkaji tentang pengaruh jenis lindi hitam yaitu dari proses soda dan sulfat
(kraft) dan konsentrasi asam yaitu H2SO4 yang digunakan dalam mengendapkan
lignin dari lindi hitam. Konsentrasi H2SO4 yang digunakan adalah 5%, 10%, 15%
dan 20%.
B.
Tujuan
Tujuan umum penelitian ini adalah untuk memanfaatkan limbah cair sisa
pemasak proses pulping dari industri pulp dan kertas yaitu lindi hitam, yang
digunakan untuk memproduksi lignin. Tujuan khususnya adalah untuk
mengisolasi lignin dari dua jenis lindi hitam serta mengetahui pengaruh jenis lindi
hitam dan konsentrasi asam (H2SO4) untuk memproduksi lignin dengan kondisi
isolasi terbaik, rendemen tertinggi serta kemurnian lignin terbaik.
C.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini meliputi pengujian karakteristik lindi hitam
soda dan lindi hitam kraft, isolasi lignin dari kedua jenis lindi hitam (lindi hitam
soda dan lindi hitam kraft) dengan menggunakan konsentrasi H2SO4 yang berbeda
(5, 10, 15, dan 20%), serta pengujian isolat lignin yang dihasilkan dari lindi hitam
yang mendapat kombinasi perlakuan jenis lindi hitam dan penggunaan konsentrasi
H2SO4.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.
Lignin
Zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan selain
selulosa adalah lignin. Lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang
terdiri dari unit fenil propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Polimer lignin
tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk
dasarnya. Lignin yang melindungi selulosa, bersifat tahan terhadap hidrolisa
disebabkan oleh adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin
dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol,
asam asetat, aseton, vanilin dan lain-lain, sedangkan bagian lainnya mengalami
kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989).
Menurut Badan Penelitian Kehutanan Indonesia (1997), lignin adalah
polimer alami yang terdiri dari molekul fenil propana yang terdapat di dalam
dinding sel dan di daerah antar sel (atau lamela tengah) serta menyebabkan kayu
menjadi keras dan kaku sehingga mampu menahan tekanan mekanis yang besar.
Kadar lignin dalam kayu ada diantara 18-33 persen. Pada kayu daun lebar kadar
lignin berkisar 18-33 persen sedangkan pada kayu daun jarum berkisar 28-32
persen. Rahmawati (1999) menyatakan kadar lignin pada kayu daun jarum
bervariasi antara 26-34% dan pada kayu daun lebar antara 23-30%.
Jumlah lignin yang terdapat di dalam tumbuhan yang berbeda sangat
bervariasi. Distribusi lignin di dalam dinding sel dan kandungan lignin bagian
pohon yang berbeda tidak sama. Sebagai contoh kandungan lignin yang tinggi
adalah khas untuk bagian batang yang paling rendah, paling tinggi dan paling
dalam, untuk cabang kayu lunak, kulit, dan kayu tekan. Dalam kebanyakan
penggunaan kayu, lignin digunakan sebagai bagian integral kayu. Hanya dalam
pembuatan pulp dan pengelantangan, lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk
terdegradasi dan berubah (Fengel, 1995).
Fengel (1995) juga menyatakan bahwa p-koumaril alkohol, koniferil alkohol
dan sinapil alkohol merupakan senyawa induk (precursor) primer dan merupakan
unit pembentuk semua lignin (Gambar 1).
Gambar 1. Unit-unit penyusun lignin :
(1) p-koumaril alkohol, (2) koniferil alkohol, (3) sinapil alkohol
Sumber : Achmadi (1990)
Salah satu bentuk struktur kimia (rumus bangun) lignin dapat dilihat pada
Gambar 2 (Achmadi, 1990).
Gambar 2. Struktur kimia (rumus bangun) lignin yang terdiri dari
16 unit fenil-propana
Menurut Damat (1989), tanaman jenis kayu maupun non kayu merupakan
sumber utama lignin. Kandungan lignin daun jarum lebih besar dari pada
kandungan lignin pada kayu daun lebar. Menurut Rahmawati (1999), kadar
selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif sangat bervariasi antara satu jenis
kayu dengan jenis kayu yang lain. Variasi tersebut juga terlihat dalam satu pohon
pada lokasi yang berbeda. Kadar lignin dari beberapa bahan baku disajikan dalam
Tabel 2.
Tabel 2. Kadar lignin (metode klason) dari berbagai bahan baku
No.
Bahan Baku
Lignin (%)
1
Eceng Gondok (serat)
15,90
2
Damen Giling
25,48
3
Bambu Beru
20,78
4
Pinus Merkusi
24,35
5
Eucalyptus
27,36
Sumber : Sugesty (1984)
Sjostrom
(1995)
menyatakan
bahwa
gugus-gugus
fungsi
sangat
mempengaruhi reaktivitas lignin. Polimer lignin mengandung gugus-gugus
metoksil, gugus hidroksil fenol, dan beberapa gugus aldehida ujung dalam rantai
samping. Menurut Achmadi (1990), gugus fungsi yang sangat mempengaruhi
reaktivitas lignin terdiri dari hidroksil fenolik, hidroksil benzilik, dan gugus
karbonil. Frekuensinya beragam sesuai dengan lokasi morfologis dari lignin.
Contoh keadaan gugus fungsi pada lignin dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Gugus-gugus fungsi lignin (setiap 100 unit C6C3)
Gugus
Lignin Kayu Lunak
Lignin Kayu Keras
Metoksil
92-97
139-158
Hidroksil fenol
15-30
10-15
Benzil alkohol
30-40
50-50
Karbonil
10-15
*Kadar beragam bergantung pada asal lignin (misalnya dari lamella
tengah atau dari dinding sekunder) (Sumber : Achmadi, 1990)
Lignin merupakan komponen kimia yang menentukan morfologi spesifik
dari jaringan tumbuhan tingkat tinggi. Tanaman primitif tanpa jaringan sel yang
berdiferensiasi seperti fungi dan alga tidak mengandung lignin, karena kumpulan
sel mereka tidak membutuhkan perlindungan (protective) dan kekuatan
(supportive) yang diberikan oleh lignin. Lignin hanya dihasilkan oleh tanaman
vascular, yang mengembangkan jaringan yang mempunyai fungsi khusus sebagai
transportasi cairan dan kekuatan mekanik (Rahmawati, 1999).
Lignin dapat dibagi menjadi beberapa kelas menurut unsur-unsur strukturnya
yaitu (Achmadi, 1990) :
a. Lignin guaiasil
: terdapat pada kayu jarum (26-32%), dengan
prazat koniferil alkohol.
b. Lignin guaiasil-siringil
: merupakan ciri kayu daun lebar (20-28%,
pada kayu tropis > 30%), dengan prazat
koniferil
alkohol : sinapil alkohol,
nisbah 4:1 sampai 1:2.
Menurut Sugesty et al. (1986), lignin pada jenis gymnosperms terdiri dari
unit guaiasil, lignin pada jenis angiosperms terdiri dari unit guaiasil dan siringil,
sedangkan pada jenis rumput-rumputan terdiri dari unit guaiasil, siringil dan
p-hidroksifenil.
B.
Sifat Lignin
Secara fisis lignin berwujud amorf (tidak berbentuk), berwarna kuning cerah
dengan bobot jenis berkisar antara 1,3-1,4 bergantung pada sumber ligninnya.
Indeks refraksi lignin sebesar 1,6. Sifatnya yang amorf menyebabkan lignin sulit
dianalisa dengan sinar-X. Lignin juga tidak larut dalam air, dalam larutan asam
dan larutan hidrokarbon. Karena lignin tidak larut dalam asam sulfat 72%, maka
sifat ini sering digunakan untuk uji kuantitatif lignin. Lignin tidak dapat mencair,
tetapi akan melunak dan kemudian menjadi hangus bila dipanaskan. Lignin yang
diperdagangkan larut dalam alkali encer dan dalam beberapa senyawa organik
(Kirk dan Othmer, 1952).
Menurut Damris et al. (1999), lignin mempunyai kelarutan yang sangat
rendah dalam kebanyakan pelarut dan sangat sedikit larut dalam air. Fengel
(1995) menyatakan pelarut-pelarut yang cocok untuk lignin analitik yang diisolasi
dengan pelarut-pelarut organik adalah dioksana, dimetilsulfoksida (DMSO),
formamida,
dimetilformamida
(DMF),
tetrahidrofuran
(THF),
piridin,
dikloroetana dan etilenaglikol-monoetileter (metil selosolv). Pelarut yang lain
adalah asetil bromida dalam asam asetat dan heksa fluoropropanol. Lignin asam
hampir tidak larut dalam semua pelarut. Lignin alkali teknis dan lignin sulfonat
umumnya larut dalam air, alkali encer, larutan garam dan buffer.
Titik didih lignin secara pasti tidak dapat ditentukan. Namun, pemanasan
kayu secara bertahap dengan suhu tinggi dapat dilihat penguraian thermal dari
komponen kayu. Hemiselulosa terurai pada suhu 200-260oC, selulosa pada suhu
240-350oC dan lignin terurai pada rentang temperatur yang lebih luas yaitu 280500oC (Sjostrom, 1995).
Salah satu faktor yang mempengaruhi fungsi lignin adalah bobot molekul.
Bobot molekul rata-rata lignin tidak seragam karena beragamnya proses
pembuatan pulp, proses isolasi lignin, degradasi makromolekul selama isolasi,
efek kondensasi terutama pada kondisi asam dan ketidakteraturan sifat fisis lignin
terlarut. Lignin umumnya tidak larut dalam pelarut sederhana, namun lignin alkali
dan lignin sulfonat larut dalam air dan alkali encer. Lignin yang terlarut
mempunyai distribusi bobot molekul yang bersifat ganda. Beberapa dari
komponennya memiliki bobot molekul yang lebih tinggi. Lignin yang bobot
molekulnya rendah, dalam larutan bobot molekulnya menjadi lebih tinggi. Hal ini
menunjukkan bahwa lignin mempunyai berat molekul yang lebih tinggi ketika
terlarut (Salminah, 2001).
Menurut Kirk dan Othmer (1952), lignin terdiri dari 61-65 persen karbon, 5
sampai 6,1 persen hidrogen dengan panas pembakarannya sebesar 11.300 Btu/lb
(6.280 kal/gram). Jumlah gugus metoksil dalam lignin bergantung pada sumber
lignin dan proses isolasi yang digunakan. Casey (1980) juga menyatakan bahwa
selain mengandung karbon dan hidrogen, lignin juga mengandung gugus
metoksil.
Karakteristik kimia lignin dapat diperoleh dengan analisis unsur dan
penentuan gugus metoksil. Di samping itu, komponen-komponen non lignin
diperhitungkan dengan cara penentuan abu dan polisakarida. Karakteristik analitik
lebih lanjut adalah kandungan gugus fungsional lain (misalnya gugus fenolat dan
hidroksil alifatik, gugus karbonil, karboksil) yang men
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
Afni Ariani Lubis. F34102006. Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor)
Proses Pemasakan Pulp Soda dan Pulp Sulfat (Kraft). Dibawah bimbingan Ani
Suryani dan Erliza Hambali.2007.
RINGKASAN
Kebutuhan pulp di dalam negeri dari tahun ke tahun semakin meningkat
seiring dengan peningkatan kebutuhan kertas. Peningkatan produksi pulp tersebut
akan meningkatkan pula produksi limbah cair yaitu lindi hitam (black liquor).
Badan Pusat Statistik menyatakan ekspor Indonesia terhadap pulp of wood and
waste of paper tahun 2005 (140.533,124 ton) mengalami peningkatan
dibandingkan dengan tahun 2004 (31.788,157 ton).
Lindi hitam (black liquor) merupakan hasil samping dari proses pembuatan
pulp yang memiliki komponen utama air, senyawa anorganik yang berasal dari
sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil reaksi yang berlangsung selama
proses pemasakan, serta senyawa organik yang berasal dari serpih kayunya. Lindi
hitam dapat mencemari lingkungan yang disebabkan oleh adanya beberapa
senyawa kimia yang bersifat racun seperti metil merkaptan dan hidrogen sulfida.
Namun, berbagai jenis produk yang bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi dan
pemisahan komponen yang terdapat dalam lindi hitam tersebut.
Lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam lindi hitam
(sekitar 46% dari total padatan), karena itu proses isolasi dan pemisahan lignin
lebih memungkinkan. Lignin dapat dimanfaatkan sebagai bahan perekat, bahan
pengisi karet, dan dapat disulfonasi menjadi lignosulfonat. Lignin juga dapat
digunakan sebagai produk polimer dan sumber bahan-bahan kimia berat molekul
rendah (seperti : vanilin), serta sebagai bahan mentah yang sangat baik untuk
pembuatan serat sintetik (seperti nilon, bahan farmasi dan pewarna yang baik).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengisolasi lignin dari lindi hitam, dan
mengetahui pengaruh jenis lindi hitam serta konsentrasi asam (H2SO4) untuk
memproduksi lignin dengan kondisi isolasi terbaik yang menghasilkan rendemen
dan kemurnian lignin terbaik. Rancangan percobaan yang digunakan adalah
rancangan acak lengkap faktorial dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah
jenis lindi hitam (lindi hitam soda dan sulfat (kraft))dan faktor kedua adalah
konsentrasi H2SO4 (5, 10, 15 dan 20%).
Karakteristik dari kedua jenis lindi hitam secara visual berwarna coklat
kehitaman dan memiliki bau yang tidak sedap. Lindi hitam sulfat (kraft) berwarna
lebih gelap dibandingkan lindi hitam soda. pH lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 9,50 dan 13,10. Massa jenis pada lindi hitam soda dan lindi
hitam sulfat adalah 1,03 dan 1,10, padatan total lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 5,88% dan 18,67%, abu tersulfatasi lindi hitam soda dan
lindi hitam sulfat adalah sebesar 37,30% dan 31,80% serta senyawa organik pada
lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat (kraft) adalah sebesar 62,70% dan 68,20%.
Berdasarkan analisa keragaman dengan α = 0,05, diperoleh bahwa faktor
jenis lindi hitam berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH,
kadar metoksil dan bobot ekuivalen, sedangkan faktor konsentrasi H2SO4
berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH dan bobot
ekuivalen. Interaksi antara jenis lindi hitam dan konsentrasi H2SO4 berpengaruh
sangat nyata terhadap rendemen dan kadar lignin.
Lignin yang dihasilkan secara visual memiliki warna coklat kehitaman dan
untuk isolat lignin kraft berwarna lebih hitam dibandingkan isolat lignin soda.
Kondisi isolasi terbaik adalah kondisi dimana lignin yang dihasilkan memiliki
nilai rendemen dan kadar lignin tetinggi. Berdasarkan hasil analisa keragaman dan
uji lanjut Duncan, maka kondisi isolasi terbaik yang dicapai adalah isolasi lignin
yang menggunakan lindi hitam sulfat (kraft) dengan konsentrasi H2SO4 20%.
Rendemen lignin yang dihasilkan sebesar 27,74% dari padatan totalnya dan kadar
lignin (kemurnian) sebesar 81,48%. Isolat lignin ini memiliki nilai pH (keasaman)
sebesar 2,70, kadar metoksil sebesar 3,30% dan bobot ekuivalen sebesar 2067.
Hasil identifikasi FT-IR dari isolat lignin sulfat (kraft) menunjukkan pola
serapan spektro yang sebagian besar mirip dengan lignin indulin-AT sebagai
standarnya. Isolat lignin kraft menunjukkan bahwa lignin memiliki gugus siringil
dan guaiasil yang merupakan prazat penyusun dalam lignin kayu daun lebar.
Sedangkan lignin indulin-AT, hanya memiliki gugus guaiasil yang menunjukkan
bahwa lignin standar indulin-AT berasal dari kayu daun jarum.
Kata kunci :Lignin; Lindi hitam; Pulp soda; Pulp sulfat (kraft)
Afni Ariani Lubis. F34102006. Lignin Isolation from Black Liquor of Soda
Pulping and Sulfate (Kraft) Pulping. Supervised by Ani Suryani and Erliza
Hambali.2007.
SUMMARY
Lignin is the major component in black liquor (approximately 46% of solid
content) so that lignin isolation and separation are more possible. Lignin can be
used for glue, rubber filler, and able to be sulfonate to lignosulfonat. Lignin can
be also used as polymer product and can be conferted to produce low molecular
product (such: vanillin), and relevant as raw component for synthetic fiber
producing (such: nylon, pharmacy goods, and qualified dye).
Black liquor is side result of pulp processing with water as main component,
non organic compound from vestige chemical liquid of chips cooker and process
result, as well as organic compound from chips it self. Black liquor can be waste
for environment because it has a toxic compound such methyl merkaptan and
hydrogen sulfate. However, any beneficial products can be produced from
component isolation and separating in the black liquor.
Black liquor production is continuously increase because increase of
production of pulp in successive year as the growth of paper demand. Center of
Statistical Bureau stated that Indonesian export for pulp of wood and waste of
paper in 2005 (140.533,124 tons) hikes instead of 2004 (31.788,157 tons).
The purposes of this research are to isolate lignin from black liquor and
figure out any effects of black liquor and acid concentrate (H2SO4) to produce
finest isolation condition lignin which supplies best yield and purity of lignin.
Research frame used is factorial comprehensive random with two test. The first
factor is black liquor (soda and sulfate (kraft) black liquor) and the second factor
is H2SO4 concentrate (5, 10, 15 dan 20%).
Characteristic of both kinds of black liquor is visually black-brown colored
and smelly. Sulfate (kraft) black liquor is darker instead of soda black liquor. pH
of soda and sulfate black liquor are respectively 9,50 and 13,10. Density of soda
and sulfate black liquor are respectively 1,03 and 1,10. Solid content of soda and
sulfate black liquor is respectively 5,88% and 18,67%, sulfated ashes of soda and
sulfate black liquor is respectively 37,30% and 31,80%, and organic compound in
soda and sulfate (kraft) black liquor is respectively 62,70% and 68,20%.
Based on random analysis with = 0,05, it is obtained that factor of black
liquor is significantly influential to yield of lignin, purity of lignin, pH, methoxyl
content, and equivalent weight. Whereas H2SO4 concentrate factor is significantly
influential to yield and purity of lignin, pH and equivalent weight. Interaction
between both of factor is significantly influential to yield of lignin and purity of
lignin.
Lignin produced is visually black-brown colored and darker for isolated kraft
lignin than isolated soda lignin. The finest isolation condition is a condition where
lignin produced possess the highest yield value and lignin content (purity). Based
on analysis of variance and Duncan test, the finest isolation test to obtain is lignin
isolation using sulfate black liquor with H2SO4 concentrate 20%. Lignin sample
resulted is 27,74% of entire dense and lignin content (purity) is 81,48%. The
isolated lignin has 2,70 of pH, methoxyl content 3,30%, and equivalent weight
lignin 2067.
Result of FT-IR identification of isolated sulfate (kraft) lignin shows
spectrum pattern which is mostly similiar to Indulin-AT lignin as standard.
Isolated kraft lignin shows that lignin has siringil and guaiasil cluster as compiler
essence in wide-leaf wood lignin. Whereas, indulin-AT lignin only has guaiasil
cluster which shows that Indulin-AT standard lignin is from needle-leaf wood.
Keywords : Lignin; Black liquor; Soda pulp; Sulfate (kraft) pulp
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
Dilahirkan pada tanggal 2 April 1985
di Pematang Siantar-Sumatera Utara
Tanggal Kelulusan : Februari 2007
Disetujui,
Bogor, Februari 2007
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA
Dr. Ir. Erliza Hambali, Msi
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” adalah hasil karya asli saya sendiri, dengan bimbingan dosen
pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Februari 2007
Yang membuat pernyataan,
Afni Ariani Lubis
F34102006
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pematang Siantar, Sumatera Utara pada
tanggal 2 April 1985. Penulis merupakan anak pertama dari 4
bersaudara, anak dari Bapak Ir. Akhmad Rifai Lubis dan Ibu
Asni Marwati Nst. Tahun 1988 penulis memulai pendidikan
di Taman Kanak-kanak Pematang Siantar dan dilanjutkan ke
pendidikan dasar di SD Taman Harapan dan lulus dari SD
Kartika I-2 Medan pada tahun 1996.
Kemudian penulis melanjutkan Pendidikan di SLTP Negeri 1 Medan dan lulus
pada tahun 1999. Pada tahun 1999 penulis melanjutkan pendidikan di SMU
Kartika I-2 Medan dan tahun 2002 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor
melalui jalur Undangan Seleksi Umum (USMI) pada Departemen Teknologi
Industri Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Selama masa perkuliahan penulis terlibat dalam organisasi kemahasiswaan yaitu
HIMALOGIN
(Himpunan
Mahasiswa
Teknologi
Industri)
sebagai
staf
Departemen Kesekretariatan kepengurusan 2003/2004 dan organisasi IMMAM
(Ikatan Mahasiswa Muslim Asal Medan). Penulis pernah mengikuti Lomba
Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) dengan judul “Penanganan Limbah Cair
dan Gas pada Industri Kecil dengan Teknologi Biotrickling Filter”, dan mengikuti
kepanitian kegiatan di kampus. Pada bulan Juni sampai Agustus 2005, penulis
mengikuti kegiatan Praktek Lapangan (PL) di Pabrik Minyak Nabati (PAMINA)
Belawan PTPN-IV Medan-Sumatera Utara yang mengambil judul “Mempelajari
Teknologi Proses Produksi Minyak Goreng (RBD Olein) berbasis CPO (Crude
Palm Oil)”. Pada bulan Mei 2006, penulis melaksanakan penelitian dengan judul
“Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan tugas akhir penulis.
Bogor, Februari 2007
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah Swt, karena dengan izin dan
petunjuk-Nya maka penulisan skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini berjudul
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan hasil penelitian yang dilakukan sejak awal
bulan Mei sampai dengan November 2006.
Kegiatan penelitian dan penulisan skripsi ini telah terlaksana dengan baik
berkat dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih kepada personalia di bawah ini.
1.
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA sebagai dosen pembimbing pertama, terima kasih
telah
memberikan
bimbingan
dalam
pelaksanaan
perkuliahan
dan
penyusunan skripsi.
2.
Dr. Ir. Erliza Hambali, MSi sebagai dosen pembimbing kedua, terima kasih
telah memberikan saran dan kritikan dalam penyusunan skripsi.
3.
Dr. Ono Suparno, Stp sebagai dosen penguji, terima kasih atas saran dan
kritikan dalam penyusunan skripsi.
4.
Bapak dan Ibu Laboran di Laboratorium Departemen Teknologi Industri
Pertanian Fateta (Lab. Teknologi Kimia, Lab. DIT 1 dan 2, Lab. Bioindustri,
Lab. Pengemasan, dan Lab. Pengawasan mutu), Laboratorium Departemen
Hama dan Penyakit Tanaman (HPT) Faperta dan Laboratorium Departemen
Ilmu Tanah Faperta.
5.
Seluruh keluarga (Mama, Papa, Lia, Dini, Nita dan keluarga besar) terima
kasih telah memberikan bantuan moril, dorongan semangat serta doa.
6.
Teman-temanku di Bogor (Balqis, Amir, Riri, Dana) dan saudaraku di
IMMAM terima kasih atas kritik, saran, dukungan dan bantuannya.
7.
Sahabatku (Sri, Ruly, Bunge, Astuti, Mimi, Agus, Dicky, Rizky, Jefri,
Maman), seluruh teman-temanku di Medan, dan Dedi Kesuma terima kasih
atas semua masukan, semangat dan dukungan moril serta doanya.
8.
Teman seperjuangan Heradewi, Qosih, Ibu Gustini, Ibu Ismi dan Sahabatku
di TIN : Euis, Vina, Asti, Wiwik dan seluruh rekan TIN’39 semoga tetap
kompak.
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
Afni Ariani Lubis. F34102006. Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor)
Proses Pemasakan Pulp Soda dan Pulp Sulfat (Kraft). Dibawah bimbingan Ani
Suryani dan Erliza Hambali.2007.
RINGKASAN
Kebutuhan pulp di dalam negeri dari tahun ke tahun semakin meningkat
seiring dengan peningkatan kebutuhan kertas. Peningkatan produksi pulp tersebut
akan meningkatkan pula produksi limbah cair yaitu lindi hitam (black liquor).
Badan Pusat Statistik menyatakan ekspor Indonesia terhadap pulp of wood and
waste of paper tahun 2005 (140.533,124 ton) mengalami peningkatan
dibandingkan dengan tahun 2004 (31.788,157 ton).
Lindi hitam (black liquor) merupakan hasil samping dari proses pembuatan
pulp yang memiliki komponen utama air, senyawa anorganik yang berasal dari
sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil reaksi yang berlangsung selama
proses pemasakan, serta senyawa organik yang berasal dari serpih kayunya. Lindi
hitam dapat mencemari lingkungan yang disebabkan oleh adanya beberapa
senyawa kimia yang bersifat racun seperti metil merkaptan dan hidrogen sulfida.
Namun, berbagai jenis produk yang bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi dan
pemisahan komponen yang terdapat dalam lindi hitam tersebut.
Lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam lindi hitam
(sekitar 46% dari total padatan), karena itu proses isolasi dan pemisahan lignin
lebih memungkinkan. Lignin dapat dimanfaatkan sebagai bahan perekat, bahan
pengisi karet, dan dapat disulfonasi menjadi lignosulfonat. Lignin juga dapat
digunakan sebagai produk polimer dan sumber bahan-bahan kimia berat molekul
rendah (seperti : vanilin), serta sebagai bahan mentah yang sangat baik untuk
pembuatan serat sintetik (seperti nilon, bahan farmasi dan pewarna yang baik).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengisolasi lignin dari lindi hitam, dan
mengetahui pengaruh jenis lindi hitam serta konsentrasi asam (H2SO4) untuk
memproduksi lignin dengan kondisi isolasi terbaik yang menghasilkan rendemen
dan kemurnian lignin terbaik. Rancangan percobaan yang digunakan adalah
rancangan acak lengkap faktorial dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah
jenis lindi hitam (lindi hitam soda dan sulfat (kraft))dan faktor kedua adalah
konsentrasi H2SO4 (5, 10, 15 dan 20%).
Karakteristik dari kedua jenis lindi hitam secara visual berwarna coklat
kehitaman dan memiliki bau yang tidak sedap. Lindi hitam sulfat (kraft) berwarna
lebih gelap dibandingkan lindi hitam soda. pH lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 9,50 dan 13,10. Massa jenis pada lindi hitam soda dan lindi
hitam sulfat adalah 1,03 dan 1,10, padatan total lindi hitam soda dan lindi hitam
sulfat adalah sebesar 5,88% dan 18,67%, abu tersulfatasi lindi hitam soda dan
lindi hitam sulfat adalah sebesar 37,30% dan 31,80% serta senyawa organik pada
lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat (kraft) adalah sebesar 62,70% dan 68,20%.
Berdasarkan analisa keragaman dengan α = 0,05, diperoleh bahwa faktor
jenis lindi hitam berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH,
kadar metoksil dan bobot ekuivalen, sedangkan faktor konsentrasi H2SO4
berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH dan bobot
ekuivalen. Interaksi antara jenis lindi hitam dan konsentrasi H2SO4 berpengaruh
sangat nyata terhadap rendemen dan kadar lignin.
Lignin yang dihasilkan secara visual memiliki warna coklat kehitaman dan
untuk isolat lignin kraft berwarna lebih hitam dibandingkan isolat lignin soda.
Kondisi isolasi terbaik adalah kondisi dimana lignin yang dihasilkan memiliki
nilai rendemen dan kadar lignin tetinggi. Berdasarkan hasil analisa keragaman dan
uji lanjut Duncan, maka kondisi isolasi terbaik yang dicapai adalah isolasi lignin
yang menggunakan lindi hitam sulfat (kraft) dengan konsentrasi H2SO4 20%.
Rendemen lignin yang dihasilkan sebesar 27,74% dari padatan totalnya dan kadar
lignin (kemurnian) sebesar 81,48%. Isolat lignin ini memiliki nilai pH (keasaman)
sebesar 2,70, kadar metoksil sebesar 3,30% dan bobot ekuivalen sebesar 2067.
Hasil identifikasi FT-IR dari isolat lignin sulfat (kraft) menunjukkan pola
serapan spektro yang sebagian besar mirip dengan lignin indulin-AT sebagai
standarnya. Isolat lignin kraft menunjukkan bahwa lignin memiliki gugus siringil
dan guaiasil yang merupakan prazat penyusun dalam lignin kayu daun lebar.
Sedangkan lignin indulin-AT, hanya memiliki gugus guaiasil yang menunjukkan
bahwa lignin standar indulin-AT berasal dari kayu daun jarum.
Kata kunci :Lignin; Lindi hitam; Pulp soda; Pulp sulfat (kraft)
Afni Ariani Lubis. F34102006. Lignin Isolation from Black Liquor of Soda
Pulping and Sulfate (Kraft) Pulping. Supervised by Ani Suryani and Erliza
Hambali.2007.
SUMMARY
Lignin is the major component in black liquor (approximately 46% of solid
content) so that lignin isolation and separation are more possible. Lignin can be
used for glue, rubber filler, and able to be sulfonate to lignosulfonat. Lignin can
be also used as polymer product and can be conferted to produce low molecular
product (such: vanillin), and relevant as raw component for synthetic fiber
producing (such: nylon, pharmacy goods, and qualified dye).
Black liquor is side result of pulp processing with water as main component,
non organic compound from vestige chemical liquid of chips cooker and process
result, as well as organic compound from chips it self. Black liquor can be waste
for environment because it has a toxic compound such methyl merkaptan and
hydrogen sulfate. However, any beneficial products can be produced from
component isolation and separating in the black liquor.
Black liquor production is continuously increase because increase of
production of pulp in successive year as the growth of paper demand. Center of
Statistical Bureau stated that Indonesian export for pulp of wood and waste of
paper in 2005 (140.533,124 tons) hikes instead of 2004 (31.788,157 tons).
The purposes of this research are to isolate lignin from black liquor and
figure out any effects of black liquor and acid concentrate (H2SO4) to produce
finest isolation condition lignin which supplies best yield and purity of lignin.
Research frame used is factorial comprehensive random with two test. The first
factor is black liquor (soda and sulfate (kraft) black liquor) and the second factor
is H2SO4 concentrate (5, 10, 15 dan 20%).
Characteristic of both kinds of black liquor is visually black-brown colored
and smelly. Sulfate (kraft) black liquor is darker instead of soda black liquor. pH
of soda and sulfate black liquor are respectively 9,50 and 13,10. Density of soda
and sulfate black liquor are respectively 1,03 and 1,10. Solid content of soda and
sulfate black liquor is respectively 5,88% and 18,67%, sulfated ashes of soda and
sulfate black liquor is respectively 37,30% and 31,80%, and organic compound in
soda and sulfate (kraft) black liquor is respectively 62,70% and 68,20%.
Based on random analysis with = 0,05, it is obtained that factor of black
liquor is significantly influential to yield of lignin, purity of lignin, pH, methoxyl
content, and equivalent weight. Whereas H2SO4 concentrate factor is significantly
influential to yield and purity of lignin, pH and equivalent weight. Interaction
between both of factor is significantly influential to yield of lignin and purity of
lignin.
Lignin produced is visually black-brown colored and darker for isolated kraft
lignin than isolated soda lignin. The finest isolation condition is a condition where
lignin produced possess the highest yield value and lignin content (purity). Based
on analysis of variance and Duncan test, the finest isolation test to obtain is lignin
isolation using sulfate black liquor with H2SO4 concentrate 20%. Lignin sample
resulted is 27,74% of entire dense and lignin content (purity) is 81,48%. The
isolated lignin has 2,70 of pH, methoxyl content 3,30%, and equivalent weight
lignin 2067.
Result of FT-IR identification of isolated sulfate (kraft) lignin shows
spectrum pattern which is mostly similiar to Indulin-AT lignin as standard.
Isolated kraft lignin shows that lignin has siringil and guaiasil cluster as compiler
essence in wide-leaf wood lignin. Whereas, indulin-AT lignin only has guaiasil
cluster which shows that Indulin-AT standard lignin is from needle-leaf wood.
Keywords : Lignin; Black liquor; Soda pulp; Sulfate (kraft) pulp
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)
PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
AFNI ARIANI LUBIS
F34102006
Dilahirkan pada tanggal 2 April 1985
di Pematang Siantar-Sumatera Utara
Tanggal Kelulusan : Februari 2007
Disetujui,
Bogor, Februari 2007
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA
Dr. Ir. Erliza Hambali, Msi
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” adalah hasil karya asli saya sendiri, dengan bimbingan dosen
pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Februari 2007
Yang membuat pernyataan,
Afni Ariani Lubis
F34102006
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pematang Siantar, Sumatera Utara pada
tanggal 2 April 1985. Penulis merupakan anak pertama dari 4
bersaudara, anak dari Bapak Ir. Akhmad Rifai Lubis dan Ibu
Asni Marwati Nst. Tahun 1988 penulis memulai pendidikan
di Taman Kanak-kanak Pematang Siantar dan dilanjutkan ke
pendidikan dasar di SD Taman Harapan dan lulus dari SD
Kartika I-2 Medan pada tahun 1996.
Kemudian penulis melanjutkan Pendidikan di SLTP Negeri 1 Medan dan lulus
pada tahun 1999. Pada tahun 1999 penulis melanjutkan pendidikan di SMU
Kartika I-2 Medan dan tahun 2002 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor
melalui jalur Undangan Seleksi Umum (USMI) pada Departemen Teknologi
Industri Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Selama masa perkuliahan penulis terlibat dalam organisasi kemahasiswaan yaitu
HIMALOGIN
(Himpunan
Mahasiswa
Teknologi
Industri)
sebagai
staf
Departemen Kesekretariatan kepengurusan 2003/2004 dan organisasi IMMAM
(Ikatan Mahasiswa Muslim Asal Medan). Penulis pernah mengikuti Lomba
Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) dengan judul “Penanganan Limbah Cair
dan Gas pada Industri Kecil dengan Teknologi Biotrickling Filter”, dan mengikuti
kepanitian kegiatan di kampus. Pada bulan Juni sampai Agustus 2005, penulis
mengikuti kegiatan Praktek Lapangan (PL) di Pabrik Minyak Nabati (PAMINA)
Belawan PTPN-IV Medan-Sumatera Utara yang mengambil judul “Mempelajari
Teknologi Proses Produksi Minyak Goreng (RBD Olein) berbasis CPO (Crude
Palm Oil)”. Pada bulan Mei 2006, penulis melaksanakan penelitian dengan judul
“Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan tugas akhir penulis.
Bogor, Februari 2007
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah Swt, karena dengan izin dan
petunjuk-Nya maka penulisan skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini berjudul
”Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda dan
Pulp Sulfat (Kraft)” yang merupakan hasil penelitian yang dilakukan sejak awal
bulan Mei sampai dengan November 2006.
Kegiatan penelitian dan penulisan skripsi ini telah terlaksana dengan baik
berkat dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih kepada personalia di bawah ini.
1.
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA sebagai dosen pembimbing pertama, terima kasih
telah
memberikan
bimbingan
dalam
pelaksanaan
perkuliahan
dan
penyusunan skripsi.
2.
Dr. Ir. Erliza Hambali, MSi sebagai dosen pembimbing kedua, terima kasih
telah memberikan saran dan kritikan dalam penyusunan skripsi.
3.
Dr. Ono Suparno, Stp sebagai dosen penguji, terima kasih atas saran dan
kritikan dalam penyusunan skripsi.
4.
Bapak dan Ibu Laboran di Laboratorium Departemen Teknologi Industri
Pertanian Fateta (Lab. Teknologi Kimia, Lab. DIT 1 dan 2, Lab. Bioindustri,
Lab. Pengemasan, dan Lab. Pengawasan mutu), Laboratorium Departemen
Hama dan Penyakit Tanaman (HPT) Faperta dan Laboratorium Departemen
Ilmu Tanah Faperta.
5.
Seluruh keluarga (Mama, Papa, Lia, Dini, Nita dan keluarga besar) terima
kasih telah memberikan bantuan moril, dorongan semangat serta doa.
6.
Teman-temanku di Bogor (Balqis, Amir, Riri, Dana) dan saudaraku di
IMMAM terima kasih atas kritik, saran, dukungan dan bantuannya.
7.
Sahabatku (Sri, Ruly, Bunge, Astuti, Mimi, Agus, Dicky, Rizky, Jefri,
Maman), seluruh teman-temanku di Medan, dan Dedi Kesuma terima kasih
atas semua masukan, semangat dan dukungan moril serta doanya.
8.
Teman seperjuangan Heradewi, Qosih, Ibu Gustini, Ibu Ismi dan Sahabatku
di TIN : Euis, Vina, Asti, Wiwik dan seluruh rekan TIN’39 semoga tetap
kompak.
9.
Warga Kardhita (Bagus, Aga, Mb’Zainab) dan warga Griya Agriati terima
kasih atas semua masukan, semangat dan dukungan moril serta doanya.
10. Keluarga besar pengurus HIMALOGIN 2003-2004, khususnya Departemen
Kesekretariatan terima kasih atas pengalaman-pengalaman menarik.
11. Semua pihak yang telah membantu penelitian ini, terima kasih atas semua
dukungannya.
Penulis menyadari ketidaksempurnaan dan keterbatasan dalam tulisan ini,
maka kritik dan saran bagi penyempurnaan penulisan sangat diharapkan.
Akhirnya penulis
berharap semoga
tulisan
ini bermanfaat
bagi
yang
memerlukannya.
Bogor, Februari 2007
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ............................................................................... iii
DAFTAR TABEL...................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. vii
DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................. viii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ..................................................................................... 1
B. Tujuan.................................................................................................. 4
C. Ruang Lingkup..................................................................................... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Lignin .................................................................................................. 5
B. Sifat Lignin .......................................................................................... 8
C. Manfaat Lignin..................................................................................... 10
D. Lindi Hitam (Black Liquor).................................................................. 13
E. Pulping Soda dan Pulping Sulfat (Kraft)............................................... 14
F. Isolasi Lignin ....................................................................................... 19
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Bahan dan Alat..................................................................................... 21
B. Metode Penelitian ................................................................................ 21
C. Rancangan Percobaan .......................................................................... 24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Karakteristik Lindi Hitam..................................................................... 26
B. Isolasi Lignin ....................................................................................... 29
C. Rendemen Lignin................................................................................. 31
D. Karakteristik Lignin ............................................................................. 34
1. Kadar Lignin .................................................................................. 34
2. Keasaman (pH) Lignin ................................................................... 36
3. Kadar Metoksil............................................................................... 38
4. Bobot Ekuivalen Lignin.................................................................. 40
5. Identifikasi Gugus Fungsi Lignin dengan
Spektrofotometer FT-IR ................................................................. 42
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan .......................................................................................... 47
B. Saran.................................................................................................... 48
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 49
LAMPIRAN .............................................................................................. 53
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.
Ekspor Indonesia terhadap Pulp of Wood and Waste of
Paper Tahun 2004 dan 2005........................................................... 3
Tabel 2.
Kadar lignin (klason) dari berbagai bahan baku .............................. 7
Tabel 3.
Gugus-gugus fungsi lignin (setiap 100 unit C6C3) ........................... 7
Tabel 4.
Penggunaan lignin dan sifat produknya........................................... 10
Tabel 5.
Komposisi lignin pada lindi hitam kraft kayu lunak ........................ 13
Tabel 6.
Karakteristik lindi hitam soda dan sulfat (kraft) .............................. 27
Tabel 7.
Pita serapan infra merah Isolat Lignin kraft dan lignin
standar indulin-AT ......................................................................... 45
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.
Unit-unit penyusun lignin ............................................................ 6
Gambar 2.
Struktur kimia (rumus bangun) lignin yang terdiri dari 16 unit
fenil-propana ............................................................................... 6
Gambar 3.
Diagram aplikasi lignin dalam berbagai industri .......................... 12
Gambar 4.
Reaksi lignin dengan gugus hidroksil dari NaOH......................... 16
Gambar 5
Proses kimia pulp ........................................................................ 18
Gambar 6.
Diagram alir proses isolasi lignin dari lindi hitam ........................ 23
Gambar 7.
Penampakan visual lindi hitam kraft dan lindi hitam
soda............................................................................................. 26
Gambar 8.
Isolat lignin ................................................................................. 31
Gambar 9.
Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap rendemen lignin............................................................. 32
Gambar 10 Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap kadar lignin ................................................................... 35
Gambar 11. Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap pH lignin ....................................................................... 37
Gambar 12. Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap kadar metoksil lignin ..................................................... 39
Gambar 13. Grafik pengaruh konsentrasi H2SO4 dan jenis lindi hitam
terhadap bobot ekuivalen lignin ................................................... 41
Gambar 14. Pita serapan pada spektrum inframerah isolat lignin dan lignin
standar indulin-AT ...................................................................... 44
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Prosedur persiapan sampel........................................................... 54
Lampiran 2. Prosedur karakterisasi isolat lignin............................................... 56
Lampiran 3. Data karakterisasi isolat lignin ..................................................... 59
Lampiran 4. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan
rendemen..................................................................................... 61
Lampiran 5. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan kadar
lignin ........................................................................................... 63
Lampiran 6. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan pH
lignin ........................................................................................... 65
Lampiran 7. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan kadar
metoksil lignin............................................................................. 66
Lampiran 8. Hasil analisis keragaman dan uji lanjut duncan bobot
ekuivalen lignin ........................................................................... 67
I. PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Lignin merupakan polimer alami yang terdapat dalam tumbuhan. Struktur
lignin sangat beraneka ragam tergantung dari jenis tanamannya. Namun, secara
umum lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil
propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Tanaman kayu atau non kayu
merupakan sumber utama lignin yang berfungsi sebagai pelindung dan pemberi
kekuatan pada tanaman sehingga mampu menahan tekanan mekanis. Lignin
berpotensi besar jika diaplikasikan dalam berbagai industri karena lignin memiliki
banyak manfaat. Lignin dapat digunakan sebagai bahan perekat, bahan pengisi
karet, sebagai bahan baku vanilin, disulfonasi menjadi lignosulfonat dan
sebagainya.
Selain terdapat di dalam tanaman, lignin juga dapat ditemukan dalam limbah
cair sisa proses pemasakan pulp yang dikenal dengan sebutan lindi hitam (black
liquor). Lindi hitam (black liquor) merupakan larutan sisa pemasak yang
dihasilkan dari proses pembuatan pulp (proses pulping). Dalam pembuatan pulp,
industri pulp dan kertas membutuhkan serat selulosa dari bahan-bahan
berlignoselulosa baik kayu maupun non kayu yang diperoleh dengan cara
pemasakan atau sering disebut dengan proses pulping (delignifikasi). Proses
pulping dapat dilakukan dengan cara mekanis, kimia, atau gabungan antara cara
kimia dan mekanis (semi kimia). Setiap proses akan menghasilkan pulp dengan
sifat yang berbeda dan untuk tujuan penggunaan yang berbeda pula.
Proses pulp sulfat (kraft) dan pulp soda merupakan dua teknik pokok
pembuatan pulp kimia alkalis. Menurut Fengel (1995), natrium hidroksida
merupakan bahan kimia pemasak utama dalam kedua proses tersebut, sedangkan
dalam pembuatan pulp sulfat (kraft) natrium sulfida merupakan komponen aktif
tambahan. Nama proses tersebut diperoleh dari bahan kimia yang dipulihkan yang
digunakan untuk mengimbangi hilangnya natrium hidroksida, masing-masing
natrium karbonat dan natrium sulfat.
Dalam pemanfaatan kayu sebagai bahan baku pembuatan pulp, lignin
dipisahkan dari selulosa sebagai limbah yang bercampur dengan komponen lain
yang berbentuk lindi hitam (black liquor) (Damris et al.,1999). Lindi hitam
merupakan campuran yang sangat kompleks yang mengandung sejumlah besar
komponen dengan struktur dan susunan yang berbeda. Bahan organik dalam lindi
hitam yang dihasilkan setelah pembuatan pulp pada dasarnya terdiri dari lignin
dan produk-produk degradasi karbohidrat disamping bagian-bagian kecil
ekstraktif dan produk-produk reaksinya. Lignin merupakan komponen terbesar
dalam lindi hitam sekitar 46% dari padatan totalnya (Sjostrom, 1995). Rudatin
(1991) mengemukakan bahwa lindi hitam memiliki komponen utama air, senyawa
anorganik yang berasal dari sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil
reaksi yang berlangsung selama proses pemasakan, serta senyawa organik yang
berasal dari serpih kayunya.
Lindi hitam secara potensial dapat mencemari lingkungan. Rudatin (1989)
menyatakan dari 15.000 ton pulp berat kering dari proses kraft dan sulfit netral,
akan dihasilkan limbah yang berbentuk lindi hitam sekitar 130.000 ton dengan
konsistensi 18% berat padatan per berat larutan. Oleh karena tingginya produksi
lindi hitam dalam proses pulping, maka perlu diupayakan penanganan dan
pemanfaatannya, karena larutan sisa pemasak merupakan limbah cair yang dapat
membahayakan kestabilan lingkungan. Menurut Santoso et al. (2001), lindi hitam
(black liquor) merupakan sumber pencemaran lingkungan yang potensial. Hal ini
disebabkan oleh adanya beberapa senyawa kimia seperti metil merkaptan dan
hidrogen sulfida yang bersifat racun. Dipihak lain, berbagai jenis produk yang
bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi dan pemisahan komponen yang terdapat
dalam larutan sisa pemasak tersebut.
Peningkatan produksi lindi hitam disebabkan oleh peningkatan kebutuhan
pulp yang diiringi dengan peningkatan kebutuhan kertas. Peningkatan produksi
pulp di dalam negeri dapat dilihat dari peningkatan jumlah perusahaan yang
menghasilkan bubur kertas (pulp). Berdasarkan statistik industri besar dan sedang,
jumlah perusahaan yang menghasilkan bubur kertas (pulp) tahun 2000 adalah 4
perusahaan, tahun 2001 dan 2002 sebanyak 7 perusahaan, dan tahun 2003
sebanyak 8 perusahaan. Menurut Badan Pusat Statistik (2005), ekspor Indonesia
terhadap pulp of wood and waste of paper mengalami peningkatan dibandingkan
dengan tahun 2004 yang dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Ekspor Indonesia terhadap pulp of wood and
waste of paper tahun 2004 dan 2005
Tahun
Berat Bersih (Ton)
November 2004
31.788,157
November 2005
140.533,124
Menurut Rudatin (1989), belum banyak manfaat yang dapat diambil dari
lindi hitam kecuali dibakar kembali untuk memperoleh nilai kalornya.
Pemanfaatan lindi hitam menjadi bahan-bahan yang bernilai ekonomis umumnya
sangat tergantung pada bahan-bahan pembantu serta proses yang digunakan, yang
biasanya sangat mahal. Menurut Damris et al. (1999), penanganan limbah dari
industri yang menggunakan kayu sebagai bahan baku, belum memberikan suatu
nilai ekonomi bagi industri yang bersangkutan, melainkan justru menyedot dana
untuk penanganannya sehingga mengurangi nilai ekonomi yang diperoleh. Pada
umumnya pengolahan lindi hitam di dalam industri pulp dan kertas berorientasi
pada upaya pemanfaatan kembali bahan kimia pemasak yang terkandung di
dalamnya, sedangkan seluruh senyawa organik dalam lindi hitam dimanfaatkan
sebagai bahan bakar untuk menghasilkan uap air.
Mengingat potensi lignin yang terkandung dalam lindi hitam cukup besar dan
memiliki banyak manfaat, maka perlu dilakukan penelitian mengenai isolasi
lignin dari lindi hitam. Beberapa metode yang sering digunakan dalam penelitianpenelitian terdahulu dilihat dari beberapa parameter seperti pengaruh dari
penggunaan jenis asam, pH, serta jenis basa yang digunakan. Penelitian ini
mengkaji tentang pengaruh jenis lindi hitam yaitu dari proses soda dan sulfat
(kraft) dan konsentrasi asam yaitu H2SO4 yang digunakan dalam mengendapkan
lignin dari lindi hitam. Konsentrasi H2SO4 yang digunakan adalah 5%, 10%, 15%
dan 20%.
B.
Tujuan
Tujuan umum penelitian ini adalah untuk memanfaatkan limbah cair sisa
pemasak proses pulping dari industri pulp dan kertas yaitu lindi hitam, yang
digunakan untuk memproduksi lignin. Tujuan khususnya adalah untuk
mengisolasi lignin dari dua jenis lindi hitam serta mengetahui pengaruh jenis lindi
hitam dan konsentrasi asam (H2SO4) untuk memproduksi lignin dengan kondisi
isolasi terbaik, rendemen tertinggi serta kemurnian lignin terbaik.
C.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini meliputi pengujian karakteristik lindi hitam
soda dan lindi hitam kraft, isolasi lignin dari kedua jenis lindi hitam (lindi hitam
soda dan lindi hitam kraft) dengan menggunakan konsentrasi H2SO4 yang berbeda
(5, 10, 15, dan 20%), serta pengujian isolat lignin yang dihasilkan dari lindi hitam
yang mendapat kombinasi perlakuan jenis lindi hitam dan penggunaan konsentrasi
H2SO4.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.
Lignin
Zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan selain
selulosa adalah lignin. Lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang
terdiri dari unit fenil propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Polimer lignin
tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk
dasarnya. Lignin yang melindungi selulosa, bersifat tahan terhadap hidrolisa
disebabkan oleh adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin
dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol,
asam asetat, aseton, vanilin dan lain-lain, sedangkan bagian lainnya mengalami
kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989).
Menurut Badan Penelitian Kehutanan Indonesia (1997), lignin adalah
polimer alami yang terdiri dari molekul fenil propana yang terdapat di dalam
dinding sel dan di daerah antar sel (atau lamela tengah) serta menyebabkan kayu
menjadi keras dan kaku sehingga mampu menahan tekanan mekanis yang besar.
Kadar lignin dalam kayu ada diantara 18-33 persen. Pada kayu daun lebar kadar
lignin berkisar 18-33 persen sedangkan pada kayu daun jarum berkisar 28-32
persen. Rahmawati (1999) menyatakan kadar lignin pada kayu daun jarum
bervariasi antara 26-34% dan pada kayu daun lebar antara 23-30%.
Jumlah lignin yang terdapat di dalam tumbuhan yang berbeda sangat
bervariasi. Distribusi lignin di dalam dinding sel dan kandungan lignin bagian
pohon yang berbeda tidak sama. Sebagai contoh kandungan lignin yang tinggi
adalah khas untuk bagian batang yang paling rendah, paling tinggi dan paling
dalam, untuk cabang kayu lunak, kulit, dan kayu tekan. Dalam kebanyakan
penggunaan kayu, lignin digunakan sebagai bagian integral kayu. Hanya dalam
pembuatan pulp dan pengelantangan, lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk
terdegradasi dan berubah (Fengel, 1995).
Fengel (1995) juga menyatakan bahwa p-koumaril alkohol, koniferil alkohol
dan sinapil alkohol merupakan senyawa induk (precursor) primer dan merupakan
unit pembentuk semua lignin (Gambar 1).
Gambar 1. Unit-unit penyusun lignin :
(1) p-koumaril alkohol, (2) koniferil alkohol, (3) sinapil alkohol
Sumber : Achmadi (1990)
Salah satu bentuk struktur kimia (rumus bangun) lignin dapat dilihat pada
Gambar 2 (Achmadi, 1990).
Gambar 2. Struktur kimia (rumus bangun) lignin yang terdiri dari
16 unit fenil-propana
Menurut Damat (1989), tanaman jenis kayu maupun non kayu merupakan
sumber utama lignin. Kandungan lignin daun jarum lebih besar dari pada
kandungan lignin pada kayu daun lebar. Menurut Rahmawati (1999), kadar
selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif sangat bervariasi antara satu jenis
kayu dengan jenis kayu yang lain. Variasi tersebut juga terlihat dalam satu pohon
pada lokasi yang berbeda. Kadar lignin dari beberapa bahan baku disajikan dalam
Tabel 2.
Tabel 2. Kadar lignin (metode klason) dari berbagai bahan baku
No.
Bahan Baku
Lignin (%)
1
Eceng Gondok (serat)
15,90
2
Damen Giling
25,48
3
Bambu Beru
20,78
4
Pinus Merkusi
24,35
5
Eucalyptus
27,36
Sumber : Sugesty (1984)
Sjostrom
(1995)
menyatakan
bahwa
gugus-gugus
fungsi
sangat
mempengaruhi reaktivitas lignin. Polimer lignin mengandung gugus-gugus
metoksil, gugus hidroksil fenol, dan beberapa gugus aldehida ujung dalam rantai
samping. Menurut Achmadi (1990), gugus fungsi yang sangat mempengaruhi
reaktivitas lignin terdiri dari hidroksil fenolik, hidroksil benzilik, dan gugus
karbonil. Frekuensinya beragam sesuai dengan lokasi morfologis dari lignin.
Contoh keadaan gugus fungsi pada lignin dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Gugus-gugus fungsi lignin (setiap 100 unit C6C3)
Gugus
Lignin Kayu Lunak
Lignin Kayu Keras
Metoksil
92-97
139-158
Hidroksil fenol
15-30
10-15
Benzil alkohol
30-40
50-50
Karbonil
10-15
*Kadar beragam bergantung pada asal lignin (misalnya dari lamella
tengah atau dari dinding sekunder) (Sumber : Achmadi, 1990)
Lignin merupakan komponen kimia yang menentukan morfologi spesifik
dari jaringan tumbuhan tingkat tinggi. Tanaman primitif tanpa jaringan sel yang
berdiferensiasi seperti fungi dan alga tidak mengandung lignin, karena kumpulan
sel mereka tidak membutuhkan perlindungan (protective) dan kekuatan
(supportive) yang diberikan oleh lignin. Lignin hanya dihasilkan oleh tanaman
vascular, yang mengembangkan jaringan yang mempunyai fungsi khusus sebagai
transportasi cairan dan kekuatan mekanik (Rahmawati, 1999).
Lignin dapat dibagi menjadi beberapa kelas menurut unsur-unsur strukturnya
yaitu (Achmadi, 1990) :
a. Lignin guaiasil
: terdapat pada kayu jarum (26-32%), dengan
prazat koniferil alkohol.
b. Lignin guaiasil-siringil
: merupakan ciri kayu daun lebar (20-28%,
pada kayu tropis > 30%), dengan prazat
koniferil
alkohol : sinapil alkohol,
nisbah 4:1 sampai 1:2.
Menurut Sugesty et al. (1986), lignin pada jenis gymnosperms terdiri dari
unit guaiasil, lignin pada jenis angiosperms terdiri dari unit guaiasil dan siringil,
sedangkan pada jenis rumput-rumputan terdiri dari unit guaiasil, siringil dan
p-hidroksifenil.
B.
Sifat Lignin
Secara fisis lignin berwujud amorf (tidak berbentuk), berwarna kuning cerah
dengan bobot jenis berkisar antara 1,3-1,4 bergantung pada sumber ligninnya.
Indeks refraksi lignin sebesar 1,6. Sifatnya yang amorf menyebabkan lignin sulit
dianalisa dengan sinar-X. Lignin juga tidak larut dalam air, dalam larutan asam
dan larutan hidrokarbon. Karena lignin tidak larut dalam asam sulfat 72%, maka
sifat ini sering digunakan untuk uji kuantitatif lignin. Lignin tidak dapat mencair,
tetapi akan melunak dan kemudian menjadi hangus bila dipanaskan. Lignin yang
diperdagangkan larut dalam alkali encer dan dalam beberapa senyawa organik
(Kirk dan Othmer, 1952).
Menurut Damris et al. (1999), lignin mempunyai kelarutan yang sangat
rendah dalam kebanyakan pelarut dan sangat sedikit larut dalam air. Fengel
(1995) menyatakan pelarut-pelarut yang cocok untuk lignin analitik yang diisolasi
dengan pelarut-pelarut organik adalah dioksana, dimetilsulfoksida (DMSO),
formamida,
dimetilformamida
(DMF),
tetrahidrofuran
(THF),
piridin,
dikloroetana dan etilenaglikol-monoetileter (metil selosolv). Pelarut yang lain
adalah asetil bromida dalam asam asetat dan heksa fluoropropanol. Lignin asam
hampir tidak larut dalam semua pelarut. Lignin alkali teknis dan lignin sulfonat
umumnya larut dalam air, alkali encer, larutan garam dan buffer.
Titik didih lignin secara pasti tidak dapat ditentukan. Namun, pemanasan
kayu secara bertahap dengan suhu tinggi dapat dilihat penguraian thermal dari
komponen kayu. Hemiselulosa terurai pada suhu 200-260oC, selulosa pada suhu
240-350oC dan lignin terurai pada rentang temperatur yang lebih luas yaitu 280500oC (Sjostrom, 1995).
Salah satu faktor yang mempengaruhi fungsi lignin adalah bobot molekul.
Bobot molekul rata-rata lignin tidak seragam karena beragamnya proses
pembuatan pulp, proses isolasi lignin, degradasi makromolekul selama isolasi,
efek kondensasi terutama pada kondisi asam dan ketidakteraturan sifat fisis lignin
terlarut. Lignin umumnya tidak larut dalam pelarut sederhana, namun lignin alkali
dan lignin sulfonat larut dalam air dan alkali encer. Lignin yang terlarut
mempunyai distribusi bobot molekul yang bersifat ganda. Beberapa dari
komponennya memiliki bobot molekul yang lebih tinggi. Lignin yang bobot
molekulnya rendah, dalam larutan bobot molekulnya menjadi lebih tinggi. Hal ini
menunjukkan bahwa lignin mempunyai berat molekul yang lebih tinggi ketika
terlarut (Salminah, 2001).
Menurut Kirk dan Othmer (1952), lignin terdiri dari 61-65 persen karbon, 5
sampai 6,1 persen hidrogen dengan panas pembakarannya sebesar 11.300 Btu/lb
(6.280 kal/gram). Jumlah gugus metoksil dalam lignin bergantung pada sumber
lignin dan proses isolasi yang digunakan. Casey (1980) juga menyatakan bahwa
selain mengandung karbon dan hidrogen, lignin juga mengandung gugus
metoksil.
Karakteristik kimia lignin dapat diperoleh dengan analisis unsur dan
penentuan gugus metoksil. Di samping itu, komponen-komponen non lignin
diperhitungkan dengan cara penentuan abu dan polisakarida. Karakteristik analitik
lebih lanjut adalah kandungan gugus fungsional lain (misalnya gugus fenolat dan
hidroksil alifatik, gugus karbonil, karboksil) yang men