OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA PADA PROSES PULP BLEACHING
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan kertas terus mengalami peningkatan, saat ini kebutuhan kertas dunia
mencapai sekitar 200 juta ton tiap tahun, dan terus mengalami kenaikan sekitar 3,5 %
tiap tahunnya. Peningkatan terhadap kebutuhan kertas ini juga memacu peningkatan
bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kertas. Bahan pemutih yang
merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam proses bleaching juga mengalami
peningkatan, diperkirakan kebutuhannya pada tahun 2007 di Amirika saja mencapai
sekitar 7000 juta kg per tahun (Bayer dkk., 1999). Saat ini bahan pemutih yang
banyak digunakan dalam proses bleaching adalah bahan yang mengandung klor.
Padahal bahan ini adalah bahan yang tidak ramah lingkungan. Oksidasi dengan
senyawa yang mengandung klor bisa membentuk campuran yang berbahaya seperti
kloroform, kloronitrometan, dan lain-lain. Beberapa campuran dari hasil halogenasi
ini banyak banyak yang mengandung racun dan sulit terdegradasi di lingkungan
berair.
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengamati efek samping pada proses
bleaching dengan menggunakan bahan yang mengandung klor. Daru (2001),
melakukan kajian tentang reaksi samping yang terjadi pada proses bleaching dengan
menggunakan bahan yang menggunakan klor. Klorin akan bereaksi dengan senyawa
organin dalam kayu membentuk senyawa toksik, misalnya dioksin. Dioksin
ditemukan dalam proses pembuatan kertas, air limbah bahkan di dalam produk kertas
yang dihasilkan. Meskipun konsentrasi dioksin di air limbah cukup kecil, tetapi jika
masuk ke dalam rantai makanan, konsentrasinya akan menjadi berlipat ganda karena
adanya proses biomagnifikasi.
Akibatnya, konsentrasi dioksin dalam tubuh ikan di
lingkungan ini, jauh lebih besar daripada konsentrasi dioksin di lingkungannya.
Coakley (2001) melakukan penelitian untuk mengamati cairan limbah yang
berasal dari proses bleaching dengan menggunakan ClO2 untuk mengetahui
dampaknya terhadap ikan yang hidup di lingkungan sekitarnya. Cairan limbah
dikumpulkan, diukur potensinya dalam mempengaruhi enzym mixed function
oxygenase (MFO) di hati, yang ditunjukkan dengan keaktifan ethoxyresorufin-odeethyase (EROD). Limbah yang diukur berasal dari proses bleaching untuk pulp dari
1
hard wood dan soft wood pada berbagai tahapan. Hasilnya menunjukkan filtrat yang
berasal dari bleaching pulp hard wood mempunyai potensi yang lebih besar daripada
filtrat yang berasal dari pulp soft wood. Filtrat yang berasal dari tahap akhir
menunjukkan potensi yang paling kecil.
Nakatama dkk (2004) melakukan proses pemutihan dengan menggunakan ClO2.
Dalam penelitiannya, air limbah dari proses inimengandung kloroform. Hal ini
dibuktikandengan pengujian sampel air buangan dan udara di sekitar proses, yang
ternyata mengandung kloroform pada batas yang dapat terukur. Pembentukan
kloroform pada elemen chlor free (ECF) bleaching pulp diperkirakan 2,07 sampai
5,34 g/ton pulp. Kloroform yanh terbentuk, diperkirakan 30 % nya tidak dapat
diuraikan oleh lumpur aktif, dan sekitar 97 % nya akan menguap ke udara. Kloroform
merupakan racun bagi organ-organ vital seperti jantung, ginjal maupun hati.
Kloroform telah dipastikan termasuk bahan carcinogenic serta sangat beracun.
Elemen chlor free (ECF) bleaching pulp merupakan proses bleaching yang
menggunakan ClO2 tanpa ada elemen klor yang bebas. Hal ini bertujuan untuk
meniadakan efek samping dari proses bleaching, namun demikian penelitianpenelitian yang telah dilakukan di atas menunjukkan bahwa efek samping tersebut
tidak bisa dihilangkan sama sekali. Mengingat betapa bahayanya senyawa-senyawa
yang mengandung klor, maka akhir-akhir ini banyak dikembangkan penelitianpenelitian yang terkait dengan proses pemutihan dengan prinsip total chlor free
(TCF), menggunakan bahan yang benar-benar bebas dari senyawa klor, sehingga
tidak ada bahan yang berbahaya dari sisa-sisa klorinasi yang berasal dari proses
pemutihan (Paren, dkk., 1995).
Hidrogen peroksida merupakan salah satu bahan pemutih yang bisa digunakan
untuk proses pemutihan dengan konsep TCF. Keefektifan hidrogen peroksida sebagai
bleaching agent sangat dipengaruhi oleh keberadaan metal ions di dalam pulp.
Pengaruh metal ions yang ada di dalam pulp terhadap hasil bleaching telah dilakukan
(Fuadi dan Harald, 2006). Dalam penelitiannya, pulp yang akan dibleaching dengan
hidrogen peroksida ada yang didahului dengan chelating dan ada yang tidak didahului
dengan chelating. Proses chelating bertujuan untuk melepaskan metal ions yang ada
di dalam pulp. Hasil bleaching menunjukkan bahwa pulp yang didahului dengan
chelating memberikan peningkatan derajat putih yang jauh lebih tinggi daripada pulp
yang tidak didahului dengan chelating. Disamping itu pemakaian hidrogen peroksida
pada proses bleaching yang didahului dengan proses chelating juga lebih efisien.
2
Hasil menunjukkan bahwa proses chelating merupakan tahapan yang sangat penting
pada proses bleaching dengan hidrogen peroksida. Penelitian ini akan mencari kondisi
yang optimum pada proses chelating sehingga keefektifan hidrogen peroksida sebagai
bahan pemutih pulp bisa maksimal.
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas dapat dirumuskan permasalahan yang akan diteliti,
yaitu:
“Mencari kondisi pada proses chelating yang bisa melepaskan metal ions
dari dalam pulp secara maksimal. Kondisi proses yang dimaksud meliputi suhu,
waktu, penambahan EDTA serta penambahan H2SO4.
3
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Basta,J., Holtinger,I.,Hook,J., 1991, Controling the profil of metal in the pulp
before
Hydrogen peroxide treatment, 6 th International Symposium on Wood and
Pulping Chemistry Notes, Appita, Parkville, Victoria, Australia, page:237.
[2]
Bayer,J., Dilme, Fernandez-Zapico,J.M.,1999, Tendenciaous on in Industria
Papelera en Los Inicious del Singlo XXI IngeneriaQuimico 3, 177-181.
[3]
Coakley,J.,Hondsen,P.V., Cross,T., 2001, MFO Induction in Fish By Filtrate
From Chlorine dioxide Bleaching of Wood Pulp, Wat.,Res., 35, 921-928.
[4]
Colodete,J.I., Rothenberg,S.,and Dence,C.W.,1988, Factor Affecting Hydrogen
Peroxide Stability in the Brightening of Mechanical and Chemimechanical Pulp
PartII: Hydrogen Peroxide in Presence Sodium Silicate, Journal Pulp and Paper
Science, 15(1) J3-J10.
[5]
Daru,
S.R.,2002,
Minimasi
limbah
Dalam
Pulp
dan
Paper,
W.W.W.Terranet.or.id.
[6]
Dence, C.W., Reeve,D.W., 1996, Pulp Bleaching Principle and Practice, Tappi
Perss, Atlanta, Page:349-415.
[7]
Fengel, D., dan Wegener, G., 1983, Wood :Chemistry, Ultrastructure, Reaction,
ed.1, Gadjah Mada University Perss, Jogjakarta.
[8]
Fuadi, A.M., and Harald, B., 2006, Benefits of Chelating Stage Prior to Peroxide
Bleaching, Gelagar, Vol., 17, Page:91-97.
[9]
Khan, I., Bigot, Y.L., Delmas, M., Avigron, G., 2005, Delignification of Wheat
Straw Using a Mixture of Carbaxilic Acids and Peroxoacids, Industrial Crops
and Products, 21, 9-15.
[10] Kristova, P., Tomkinson, J., Jones, G.L.,2003, Multistage Peroxide Bleaching of
French Hamp, Industrial Crops and Products, 18, 101-110.
[11] Lopez, F., Diaz, M.J., Eugenio, M.E., Ariza,J., Rodriguez,A., Jimenez,L., 2003
Optimization of Hydrogen Peroxide in Totally Chlorine Free Residues,
Bioresource Technology, 87, 225-261.
[12] Nakatama, K., Motoe, Y., Ohi,H., 2004, Evaluation of Chloroform Formed in
Process of Kraft Pulp BleachingMil Using Chlorine Dioxide, J., Wood Sci., 50,
242-247.
21
[13] Parren,A., Jakara,J.,Patola, J., 1995, Delignification of Chemical pulp with
Peroxide in the Presence of a Transsition Metal, US Pat., WO 95/35407.
[14] Rosyid,D., Kasunarno, Astini,S., Arifin, L.,1976, Teknologi Pengelantangan,
Pencelupan dan Pencapan, 2 ed., ITT., Bandung.
[15] Wahyudi,B.S., dan Agus, P., 1997, Pemodelan Matematis dan Penyelesaian
Numeris dalam Teknik Kimia, Andi, Jogyakarta.
22
REKAYASA
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Oleh:
Ir Ahmad M. Fuadi, MT.
Dr Kusmiyati, ST., MT.
Denny Vitasari,S.T., M.Eng.Sc.
DIBIAYAI OLEH PROYEK PENGKAJIAN DAN PENELITIAN ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI
DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN NOMOR:074/SP2H/PP/DP2M/IV/2009
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN MASYARAKAT
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL RI
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
NOPEMBER 2009
RINGKASAN
Pemakaian senyawa klor pada proses bleaching pulp menyebabkan munculnya
senyawa-senyawa yang berbahaya seperti dioksin, kloroform yang merupakan
hasil klorinasi senyawa organik, di samping itu, sisa senyawa klor juga sangat
mencemari lingkungan. Berbagai efek negatip dari proses pemutihan pulp
dengan menggunakan senyawa klor memicu penggantian pemakaian klor
dengan bahan yang ramah lingkungan sebagai bahan pemutih. Salah satu bahan
yang berpotensi untuk menggantikan senyawa klor untuk proses bleaching
adalah H2O2. Keefektifan H2O2 sebagai bahan pemutih berkurang karena
adanya berbagai metal ions yang ada di dalam pulp. Keberadaan metal ions di
dalam pulp bisa diturunkan dengan proses chelating. Sekitar 10 gram pulp
kering ditambah dengan EDTAdan H2SO4 pada berbagai komposisi, kemudian
dipanaskan di dalam pemanas air pada berbagai suhu dan waktu. Filtrat yang
diperoleh dianalisa kandungan metal ionnya dengan metode AAS. Hasil analisa
menunjukkan proses chelating bisa melepaskan ion Fe dan Cu dengan maksimal
ketika komposisi EDTA 0,2% dan H2SO4 0,2% dari pulp kering pada suhu 70oC
selama 60 menit akan tetapi kondisi ini kurang baik untuk melepaskan ion Mn.
Pelepasan Mn maksimal ketika penambahan EDTA 0,8% dan H2SO4 0,2% pada
suhu 70oC selama 60 menit. Hasil bleaching menunjukkan penurunan bilangan
Kappa yang paling besar pada penambahan EDTA dan H2SO4 0,2%, pada
kisaran suhu antara 60oC sampai 80oC selama 60 menit.
iii
SUMMARY
The use of chlorine material at pulp bleaching process produces some dangerous
compounds such as dioxin and chloroform as result of chlorination of organic
material. Beside that, remain of chlorine is a toxic in environment. These
negative effects accelerate the substitution of chlorine as bleaching agent by
other environmentally friendly substance. Hydrogen peroxide is the potential
material which can replace chlorine compound in bleaching process. The
effectiveness of hydrogen peroxide as bleaching agent is influenced by some
metal ions in the pulp. Metal ions in the pulp can reduce the ability of hydrogen
peroxide to bleach the pulp. Metal ions in the pulp can be removed by chelating
process. About 10 gram dry pulp added by EDTA and H2SO4 at various
compositions and then heated at several time and temperature. Filtrates from
this process are analyzed by AAS. These results show that optimal condition to
remove Fe+2 and Cu+2 is found when chelating process was conducted with
addition of EDTA 0.2% and H2SO4 0.2% of dry pulp at 70oC and 60 minute.
Unfortunately, this condition is not appropriate to remove Mn+2. Suitable
conditions to remove Mn+2 are addition of EDTA is 0.8%, H2SO4 is 0.2% at 70oC
for 60 minute. Bleaching result showed that the decreasing of Kappa number is
maximum when the addition of EDTA and H2SO4 are 0.2% at temperature
range between 60oC and 80oC for 60 minute.
iv
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan YME, karena atas limpahan rachmat dan
karunianya, maka penelitian ini bisa berlangsung dengan baik.
Penelitian dengan judul “ Optimasi Proses Chelating dengan Menggunakan EDTA
dan H2SO4 Untuk Meningkatkan Bleach Ability Hidrogen Peroksida Pada Proses
Bleaching Pulp “ ini mempelajari hal-hal berpengaruh terhadap proses chelating
sehingga diperoleh kondisi pada proses chelating yang mampu melepaskan metal ions
dari dalam pulp semaksimal mungkin, agar pada proses bleaching dengan H2O2 bisa
diperoleh hasil yang baik. Penelitian ini didasari oleh meningkatnya kesadaran dan
perhatian masyarakat terhadap lingkungan, sementara pemutihan yang banyak
dilakukan saat ini adalah pemutihan dengan bahan yang mengandung klor yang
mempunyai dampak tidak baik terhadap lingkungan. Diharapkan penelitian ini bisa
memberikan kontribusi dalam memberikan solusi untuk mengatasi dampak
lingkungan dari proses bleaching.
Tim peneliti mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada DP2M Ditjen
DIKTI Depdiknas atas dibiayainya program penelitian ini melalui Program Penelitian
Hibah Bersaing dengan nomer kontrak 074/SP2H/PP/DP2M/IV/2009 tahun I. Tim
peneliti juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya terhadap semua pihak
atas segala perannya demi terselenggaranya penelitian ini.
Akhirnya peneliti menyadari bahwa penelitian ini belum sempurna, sehingga
sumbang saran yang konstruktif untuk kebaikan penelitian ini sangat kami harapkan.
Surakarta, 28 Oktober 2009
Tim Peneliti
v
DAFTAR ISI
Halaman
ii
iii
V
VI
VII
VIII
IX
Halaman Pengesahan
Ringkasan dan Summary
Prakata
Daftar isi
Dafrat Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Bab I Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Perumusan Masalah
Bab II. Dasar Teori
2.1 Tinjauan Pustaka
2.2 Dasar Teori
Bab III. Tujuan dan Manfaat Penelitian
3.1. Tujuan Khusus
3.2. Manfaat Penelitian
Bab IV. Metode Penelitian
4.1. Bahan Penelitian
4.2. Peralatan untuk penelitian
4.3. Pelaksanaan Penelitian
Bab V. Hasil dan Pembahasan
10
10
10
14
Bab VI. Kesimpulan
18
Daftar Lambang
Daftar Pustaka
Lampiran
20
21
23
vi
1
3
4
7
9
9
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Kandungan metal ions pada kraft pulp
Tabel 2. Sifat-sifat bahan baku
Tabel 3. Hasil chelating untuk berbagai penambahan EDTA pada 700C,
selama 60 menit
Tabel 4. Hasil chelating untuk berbagai penambahan H2SO4 pada 700C,
selama 60 menit
Tabel 5. Hasil chelating pada berbagai suhu , untuk H2SO4 0,2% dan EDTA
0,2% Selama 60 menit
Tabel 6. Hasil chelating pada berbagai waktu, untuk H2SO4 0,2% dan EDTA
0,2% pada suhu 70°C
Tabel 7. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 700C, selama
60 menit pada berbagai penambahan H2SO4
Tabel 8. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 700C, selama
60 menit pada berbagai penambahan EDTA.
Tabel 9. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 60 menit penambahan
EDTA 0,2 % H2SO4 0,2% pada berbagai suhu.
Tabel 10. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 70ºC penambahan
EDTA 0,2 % H2SO4 0,2% pada berbagai waktu
vii
4
10
14
14
14
15
15
15
16
16
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Proses chelating stage
Gambar 2. Proses bleaching stage
Gambar 3. Pengaruh penambahan EDTA terhadap pelepasan metal ion
Gambar 4. Pengaruh penambahan H2SO4 terhadap pelepasan metal ion
Gambar 5.Pengaruh suhu terhadap pelepasan metal ion
Gambar 6. Pengaruh waktu terhadap pelepasan metal ion
viii
11
12
16
17
17
18
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.
Riwayat Hidup Peneliti
Lampiran 2.
Publikasi karya Ilmiah
ix
RINGKASAN
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Oleh
Ahmad M Fuadi
Kusmiyati
Denny Vitasari
RINGKASAN
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Kebutuhan kertas terus mengalami peningkatan, saat ini kebutuhan kertas dunia
mencapai sekitar 200 juta ton tiap tahun, dan terus mengalami kenaikan sekitar 3,5 %
tiap tahunnya. Peningkatan terhadap kebutuhan kertas ini juga memacu peningkatan
bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kertas. Bahan pemutih yang
merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam proses bleaching juga mengalami
peningkatan, diperkirakan kebutuhannya pada tahun 2007 di Amirika saja mencapai
sekitar 7000 juta kg per tahun (Bayer dkk., 1999). Saat ini bahan pemutih yang
banyak digunakan dalam proses bleaching adalah bahan yang mengandung klor.
Padahal bahan ini adalah bahan yang tidak ramah lingkungan. Oksidasi dengan
senyawa yang mengandung klor bisa membentuk campuran yang berbahaya seperti
kloroform, kloronitrometan, dan lain-lain. Beberapa campuran dari hasil halogenasi
ini banyak yang mengandung racun dan sulit terdegradasi di lingkungan berair.
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk mengamati dampak negatip pemakaian
senyawa klor pada proses bleaching. Berdasarkan hasil-hasil penelitian ini, maka
perlu dicari bahan yang ramah lingkungan untuk menggantikan senyawa klor pada
proses bleaching.
Hidrogen peroksida merupakan salah satu bahan pemutih yang bisa digunakan
untuk proses pemutihan dengan konsep totally chlorine free (TCF) yang benar-benar
bebas senyawa klor. Keefektifan hidrogen peroksida sebagai bleaching agent sangat
dipengaruhi oleh keberadaan metal ions di dalam pulp. Adanya metal ions akan
menurunkan bleach ability dari hidrogen peroksida. Beberapa metal ions yang
berpengaruh buruk terhadap keefektifan hidrogen peroksida adalah Fe, Cu dan Mn.
Ion Mn mempunyai pengaruh yang paling buruk terhadap keefektifan hidrogen
peroksida. Proses chelating bertujuan untuk melepaskan metal ions yang ada di dalam
pulp Dengan berkurangnya metal ion di dalam pulp, maka kefektifan hidrogen
peroksida akan meningkat.
Penelitian ini bertujuan untuk mencari kondisi yang optimum untuk melepaskan
metal ions di dalam pulp dengan proses chelating. Bahan chelating yang digunakan
adalah campuran antara asam sulfat dengan ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
Sebanyak 10 gram pulp kering ditambah dengan larutan H2SO4 dan larutan
ethylenediaminetetraacetat (EDTA) pada berbagai komposisi. Kemudian ditambah
aquades sehingga konsistensinya 10 %, dicampur sampai benar-benar homogen lalu
dimasukkan dalam kantong plastik, dipanaskan dalam waterbath pada berbagai waktu
dan suhu. Setelah kondisi yang diinginkan tercapai, pulp disaring untuk memisahkan
pulp dengan filtratnya. Filtrat yang diperoleh dianalisa kandungan metal ionnya
dengan menggunakan alat AAS, pulp dibleaching dengan H2O2.
Hasil analisa menunjukkan bahwa pada pemakaian H2SO4 yang konstan,
pemakaian EDTA 0,2% mampu melepaskan ion Fe dan Cu maksimum, yaitu 0,4126
ppm untuk ion Fe dan 0,2769 ppm untuk ion Cu, akan tetapi kondisi ini tidak
maksimal untuk melepaskan ion Mn. Pelepasan ion Mn maksimal ketika penambahan
EDTA 0,8%, yaitu 5,3846 ppm. Pada pemakaian EDTA konstan, pemakaian H2SO4
0,2% mampu melepaskan ion Fe dan Cu maksimum, yaitu 0,4126 ppm untuk ion Fe
dan 0,2769 ppm untuk ion Cu, akan tetapi kondisi ini tidak maksimal untuk
melepaskan ion Mn. Pelepasan ion Mn maksimal ketika penambahan H2SO4 0,8%,
yaitu 3,0668 ppm. Suhu yang optimal untuk melepaskan ion Fe dan Cu adalah 70oC.
Akan tetapi suhu ini kurang cocok untuk melepaskan ion Mn. Waktu yang optimal
untuk melepaskan ion Fe dan Cu adalah 60 menit, akan tetapi untuk ion Mn semakin
lama waktu chelating semakin banyak juga ion yang bisa dilepaskan. Hasil bleaching
menunjukkan ada pengaruh penambahan EDTA dan H2SO4 yaitu pada penambahan
EDTA dan H2SO4 0,2% mampu menurunkan bilangan Kappa yang paling besar, yaitu
menjadi 7,75. Suhu di proses chelating juga mempunyai pengaruh terhadap hasil
bleaching. Suhu yang baik di proses chelating pada kisaran 60oCsampai 80oC. Waktu
chelating yang mampu memberikan hasil bleaching terbaik adalah 60 menit.
Berdasarkan hasil penelitian ini bisa disimpulkan bahwa untuk melepaskan ion Fe
dan Cu secara maksimal melalui proses chelating bisa dilakukan pada kondisi yang
sama, akan tetapi untuk melepaskan ion Mn kondisinya berbeda. Jadi untuk
melepaskan ion Fe, Cu dan Mn sebanyak-banyaknya dari dalam pulp perlu dilakukan
proses chelating lebih dari satu stage.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan kertas terus mengalami peningkatan, saat ini kebutuhan kertas dunia
mencapai sekitar 200 juta ton tiap tahun, dan terus mengalami kenaikan sekitar 3,5 %
tiap tahunnya. Peningkatan terhadap kebutuhan kertas ini juga memacu peningkatan
bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kertas. Bahan pemutih yang
merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam proses bleaching juga mengalami
peningkatan, diperkirakan kebutuhannya pada tahun 2007 di Amirika saja mencapai
sekitar 7000 juta kg per tahun (Bayer dkk., 1999). Saat ini bahan pemutih yang
banyak digunakan dalam proses bleaching adalah bahan yang mengandung klor.
Padahal bahan ini adalah bahan yang tidak ramah lingkungan. Oksidasi dengan
senyawa yang mengandung klor bisa membentuk campuran yang berbahaya seperti
kloroform, kloronitrometan, dan lain-lain. Beberapa campuran dari hasil halogenasi
ini banyak banyak yang mengandung racun dan sulit terdegradasi di lingkungan
berair.
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengamati efek samping pada proses
bleaching dengan menggunakan bahan yang mengandung klor. Daru (2001),
melakukan kajian tentang reaksi samping yang terjadi pada proses bleaching dengan
menggunakan bahan yang menggunakan klor. Klorin akan bereaksi dengan senyawa
organin dalam kayu membentuk senyawa toksik, misalnya dioksin. Dioksin
ditemukan dalam proses pembuatan kertas, air limbah bahkan di dalam produk kertas
yang dihasilkan. Meskipun konsentrasi dioksin di air limbah cukup kecil, tetapi jika
masuk ke dalam rantai makanan, konsentrasinya akan menjadi berlipat ganda karena
adanya proses biomagnifikasi.
Akibatnya, konsentrasi dioksin dalam tubuh ikan di
lingkungan ini, jauh lebih besar daripada konsentrasi dioksin di lingkungannya.
Coakley (2001) melakukan penelitian untuk mengamati cairan limbah yang
berasal dari proses bleaching dengan menggunakan ClO2 untuk mengetahui
dampaknya terhadap ikan yang hidup di lingkungan sekitarnya. Cairan limbah
dikumpulkan, diukur potensinya dalam mempengaruhi enzym mixed function
oxygenase (MFO) di hati, yang ditunjukkan dengan keaktifan ethoxyresorufin-odeethyase (EROD). Limbah yang diukur berasal dari proses bleaching untuk pulp dari
1
hard wood dan soft wood pada berbagai tahapan. Hasilnya menunjukkan filtrat yang
berasal dari bleaching pulp hard wood mempunyai potensi yang lebih besar daripada
filtrat yang berasal dari pulp soft wood. Filtrat yang berasal dari tahap akhir
menunjukkan potensi yang paling kecil.
Nakatama dkk (2004) melakukan proses pemutihan dengan menggunakan ClO2.
Dalam penelitiannya, air limbah dari proses inimengandung kloroform. Hal ini
dibuktikandengan pengujian sampel air buangan dan udara di sekitar proses, yang
ternyata mengandung kloroform pada batas yang dapat terukur. Pembentukan
kloroform pada elemen chlor free (ECF) bleaching pulp diperkirakan 2,07 sampai
5,34 g/ton pulp. Kloroform yanh terbentuk, diperkirakan 30 % nya tidak dapat
diuraikan oleh lumpur aktif, dan sekitar 97 % nya akan menguap ke udara. Kloroform
merupakan racun bagi organ-organ vital seperti jantung, ginjal maupun hati.
Kloroform telah dipastikan termasuk bahan carcinogenic serta sangat beracun.
Elemen chlor free (ECF) bleaching pulp merupakan proses bleaching yang
menggunakan ClO2 tanpa ada elemen klor yang bebas. Hal ini bertujuan untuk
meniadakan efek samping dari proses bleaching, namun demikian penelitianpenelitian yang telah dilakukan di atas menunjukkan bahwa efek samping tersebut
tidak bisa dihilangkan sama sekali. Mengingat betapa bahayanya senyawa-senyawa
yang mengandung klor, maka akhir-akhir ini banyak dikembangkan penelitianpenelitian yang terkait dengan proses pemutihan dengan prinsip total chlor free
(TCF), menggunakan bahan yang benar-benar bebas dari senyawa klor, sehingga
tidak ada bahan yang berbahaya dari sisa-sisa klorinasi yang berasal dari proses
pemutihan (Paren, dkk., 1995).
Hidrogen peroksida merupakan salah satu bahan pemutih yang bisa digunakan
untuk proses pemutihan dengan konsep TCF. Keefektifan hidrogen peroksida sebagai
bleaching agent sangat dipengaruhi oleh keberadaan metal ions di dalam pulp.
Pengaruh metal ions yang ada di dalam pulp terhadap hasil bleaching telah dilakukan
(Fuadi dan Harald, 2006). Dalam penelitiannya, pulp yang akan dibleaching dengan
hidrogen peroksida ada yang didahului dengan chelating dan ada yang tidak didahului
dengan chelating. Proses chelating bertujuan untuk melepaskan metal ions yang ada
di dalam pulp. Hasil bleaching menunjukkan bahwa pulp yang didahului dengan
chelating memberikan peningkatan derajat putih yang jauh lebih tinggi daripada pulp
yang tidak didahului dengan chelating. Disamping itu pemakaian hidrogen peroksida
pada proses bleaching yang didahului dengan proses chelating juga lebih efisien.
2
Hasil menunjukkan bahwa proses chelating merupakan tahapan yang sangat penting
pada proses bleaching dengan hidrogen peroksida. Penelitian ini akan mencari kondisi
yang optimum pada proses chelating sehingga keefektifan hidrogen peroksida sebagai
bahan pemutih pulp bisa maksimal.
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas dapat dirumuskan permasalahan yang akan diteliti,
yaitu:
“Mencari kondisi pada proses chelating yang bisa melepaskan metal ions
dari dalam pulp secara maksimal. Kondisi proses yang dimaksud meliputi suhu,
waktu, penambahan EDTA serta penambahan H2SO4.
3
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Basta,J., Holtinger,I.,Hook,J., 1991, Controling the profil of metal in the pulp
before
Hydrogen peroxide treatment, 6 th International Symposium on Wood and
Pulping Chemistry Notes, Appita, Parkville, Victoria, Australia, page:237.
[2]
Bayer,J., Dilme, Fernandez-Zapico,J.M.,1999, Tendenciaous on in Industria
Papelera en Los Inicious del Singlo XXI IngeneriaQuimico 3, 177-181.
[3]
Coakley,J.,Hondsen,P.V., Cross,T., 2001, MFO Induction in Fish By Filtrate
From Chlorine dioxide Bleaching of Wood Pulp, Wat.,Res., 35, 921-928.
[4]
Colodete,J.I., Rothenberg,S.,and Dence,C.W.,1988, Factor Affecting Hydrogen
Peroxide Stability in the Brightening of Mechanical and Chemimechanical Pulp
PartII: Hydrogen Peroxide in Presence Sodium Silicate, Journal Pulp and Paper
Science, 15(1) J3-J10.
[5]
Daru,
S.R.,2002,
Minimasi
limbah
Dalam
Pulp
dan
Paper,
W.W.W.Terranet.or.id.
[6]
Dence, C.W., Reeve,D.W., 1996, Pulp Bleaching Principle and Practice, Tappi
Perss, Atlanta, Page:349-415.
[7]
Fengel, D., dan Wegener, G., 1983, Wood :Chemistry, Ultrastructure, Reaction,
ed.1, Gadjah Mada University Perss, Jogjakarta.
[8]
Fuadi, A.M., and Harald, B., 2006, Benefits of Chelating Stage Prior to Peroxide
Bleaching, Gelagar, Vol., 17, Page:91-97.
[9]
Khan, I., Bigot, Y.L., Delmas, M., Avigron, G., 2005, Delignification of Wheat
Straw Using a Mixture of Carbaxilic Acids and Peroxoacids, Industrial Crops
and Products, 21, 9-15.
[10] Kristova, P., Tomkinson, J., Jones, G.L.,2003, Multistage Peroxide Bleaching of
French Hamp, Industrial Crops and Products, 18, 101-110.
[11] Lopez, F., Diaz, M.J., Eugenio, M.E., Ariza,J., Rodriguez,A., Jimenez,L., 2003
Optimization of Hydrogen Peroxide in Totally Chlorine Free Residues,
Bioresource Technology, 87, 225-261.
[12] Nakatama, K., Motoe, Y., Ohi,H., 2004, Evaluation of Chloroform Formed in
Process of Kraft Pulp BleachingMil Using Chlorine Dioxide, J., Wood Sci., 50,
242-247.
21
[13] Parren,A., Jakara,J.,Patola, J., 1995, Delignification of Chemical pulp with
Peroxide in the Presence of a Transsition Metal, US Pat., WO 95/35407.
[14] Rosyid,D., Kasunarno, Astini,S., Arifin, L.,1976, Teknologi Pengelantangan,
Pencelupan dan Pencapan, 2 ed., ITT., Bandung.
[15] Wahyudi,B.S., dan Agus, P., 1997, Pemodelan Matematis dan Penyelesaian
Numeris dalam Teknik Kimia, Andi, Jogyakarta.
22
REKAYASA
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Oleh:
Ir Ahmad M. Fuadi, MT.
Dr Kusmiyati, ST., MT.
Denny Vitasari,S.T., M.Eng.Sc.
DIBIAYAI OLEH PROYEK PENGKAJIAN DAN PENELITIAN ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI
DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN NOMOR:074/SP2H/PP/DP2M/IV/2009
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN MASYARAKAT
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL RI
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
NOPEMBER 2009
RINGKASAN
Pemakaian senyawa klor pada proses bleaching pulp menyebabkan munculnya
senyawa-senyawa yang berbahaya seperti dioksin, kloroform yang merupakan
hasil klorinasi senyawa organik, di samping itu, sisa senyawa klor juga sangat
mencemari lingkungan. Berbagai efek negatip dari proses pemutihan pulp
dengan menggunakan senyawa klor memicu penggantian pemakaian klor
dengan bahan yang ramah lingkungan sebagai bahan pemutih. Salah satu bahan
yang berpotensi untuk menggantikan senyawa klor untuk proses bleaching
adalah H2O2. Keefektifan H2O2 sebagai bahan pemutih berkurang karena
adanya berbagai metal ions yang ada di dalam pulp. Keberadaan metal ions di
dalam pulp bisa diturunkan dengan proses chelating. Sekitar 10 gram pulp
kering ditambah dengan EDTAdan H2SO4 pada berbagai komposisi, kemudian
dipanaskan di dalam pemanas air pada berbagai suhu dan waktu. Filtrat yang
diperoleh dianalisa kandungan metal ionnya dengan metode AAS. Hasil analisa
menunjukkan proses chelating bisa melepaskan ion Fe dan Cu dengan maksimal
ketika komposisi EDTA 0,2% dan H2SO4 0,2% dari pulp kering pada suhu 70oC
selama 60 menit akan tetapi kondisi ini kurang baik untuk melepaskan ion Mn.
Pelepasan Mn maksimal ketika penambahan EDTA 0,8% dan H2SO4 0,2% pada
suhu 70oC selama 60 menit. Hasil bleaching menunjukkan penurunan bilangan
Kappa yang paling besar pada penambahan EDTA dan H2SO4 0,2%, pada
kisaran suhu antara 60oC sampai 80oC selama 60 menit.
iii
SUMMARY
The use of chlorine material at pulp bleaching process produces some dangerous
compounds such as dioxin and chloroform as result of chlorination of organic
material. Beside that, remain of chlorine is a toxic in environment. These
negative effects accelerate the substitution of chlorine as bleaching agent by
other environmentally friendly substance. Hydrogen peroxide is the potential
material which can replace chlorine compound in bleaching process. The
effectiveness of hydrogen peroxide as bleaching agent is influenced by some
metal ions in the pulp. Metal ions in the pulp can reduce the ability of hydrogen
peroxide to bleach the pulp. Metal ions in the pulp can be removed by chelating
process. About 10 gram dry pulp added by EDTA and H2SO4 at various
compositions and then heated at several time and temperature. Filtrates from
this process are analyzed by AAS. These results show that optimal condition to
remove Fe+2 and Cu+2 is found when chelating process was conducted with
addition of EDTA 0.2% and H2SO4 0.2% of dry pulp at 70oC and 60 minute.
Unfortunately, this condition is not appropriate to remove Mn+2. Suitable
conditions to remove Mn+2 are addition of EDTA is 0.8%, H2SO4 is 0.2% at 70oC
for 60 minute. Bleaching result showed that the decreasing of Kappa number is
maximum when the addition of EDTA and H2SO4 are 0.2% at temperature
range between 60oC and 80oC for 60 minute.
iv
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan YME, karena atas limpahan rachmat dan
karunianya, maka penelitian ini bisa berlangsung dengan baik.
Penelitian dengan judul “ Optimasi Proses Chelating dengan Menggunakan EDTA
dan H2SO4 Untuk Meningkatkan Bleach Ability Hidrogen Peroksida Pada Proses
Bleaching Pulp “ ini mempelajari hal-hal berpengaruh terhadap proses chelating
sehingga diperoleh kondisi pada proses chelating yang mampu melepaskan metal ions
dari dalam pulp semaksimal mungkin, agar pada proses bleaching dengan H2O2 bisa
diperoleh hasil yang baik. Penelitian ini didasari oleh meningkatnya kesadaran dan
perhatian masyarakat terhadap lingkungan, sementara pemutihan yang banyak
dilakukan saat ini adalah pemutihan dengan bahan yang mengandung klor yang
mempunyai dampak tidak baik terhadap lingkungan. Diharapkan penelitian ini bisa
memberikan kontribusi dalam memberikan solusi untuk mengatasi dampak
lingkungan dari proses bleaching.
Tim peneliti mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada DP2M Ditjen
DIKTI Depdiknas atas dibiayainya program penelitian ini melalui Program Penelitian
Hibah Bersaing dengan nomer kontrak 074/SP2H/PP/DP2M/IV/2009 tahun I. Tim
peneliti juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya terhadap semua pihak
atas segala perannya demi terselenggaranya penelitian ini.
Akhirnya peneliti menyadari bahwa penelitian ini belum sempurna, sehingga
sumbang saran yang konstruktif untuk kebaikan penelitian ini sangat kami harapkan.
Surakarta, 28 Oktober 2009
Tim Peneliti
v
DAFTAR ISI
Halaman
ii
iii
V
VI
VII
VIII
IX
Halaman Pengesahan
Ringkasan dan Summary
Prakata
Daftar isi
Dafrat Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Bab I Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Perumusan Masalah
Bab II. Dasar Teori
2.1 Tinjauan Pustaka
2.2 Dasar Teori
Bab III. Tujuan dan Manfaat Penelitian
3.1. Tujuan Khusus
3.2. Manfaat Penelitian
Bab IV. Metode Penelitian
4.1. Bahan Penelitian
4.2. Peralatan untuk penelitian
4.3. Pelaksanaan Penelitian
Bab V. Hasil dan Pembahasan
10
10
10
14
Bab VI. Kesimpulan
18
Daftar Lambang
Daftar Pustaka
Lampiran
20
21
23
vi
1
3
4
7
9
9
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Kandungan metal ions pada kraft pulp
Tabel 2. Sifat-sifat bahan baku
Tabel 3. Hasil chelating untuk berbagai penambahan EDTA pada 700C,
selama 60 menit
Tabel 4. Hasil chelating untuk berbagai penambahan H2SO4 pada 700C,
selama 60 menit
Tabel 5. Hasil chelating pada berbagai suhu , untuk H2SO4 0,2% dan EDTA
0,2% Selama 60 menit
Tabel 6. Hasil chelating pada berbagai waktu, untuk H2SO4 0,2% dan EDTA
0,2% pada suhu 70°C
Tabel 7. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 700C, selama
60 menit pada berbagai penambahan H2SO4
Tabel 8. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 700C, selama
60 menit pada berbagai penambahan EDTA.
Tabel 9. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 60 menit penambahan
EDTA 0,2 % H2SO4 0,2% pada berbagai suhu.
Tabel 10. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 70ºC penambahan
EDTA 0,2 % H2SO4 0,2% pada berbagai waktu
vii
4
10
14
14
14
15
15
15
16
16
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Proses chelating stage
Gambar 2. Proses bleaching stage
Gambar 3. Pengaruh penambahan EDTA terhadap pelepasan metal ion
Gambar 4. Pengaruh penambahan H2SO4 terhadap pelepasan metal ion
Gambar 5.Pengaruh suhu terhadap pelepasan metal ion
Gambar 6. Pengaruh waktu terhadap pelepasan metal ion
viii
11
12
16
17
17
18
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.
Riwayat Hidup Peneliti
Lampiran 2.
Publikasi karya Ilmiah
ix
RINGKASAN
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Oleh
Ahmad M Fuadi
Kusmiyati
Denny Vitasari
RINGKASAN
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Kebutuhan kertas terus mengalami peningkatan, saat ini kebutuhan kertas dunia
mencapai sekitar 200 juta ton tiap tahun, dan terus mengalami kenaikan sekitar 3,5 %
tiap tahunnya. Peningkatan terhadap kebutuhan kertas ini juga memacu peningkatan
bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kertas. Bahan pemutih yang
merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam proses bleaching juga mengalami
peningkatan, diperkirakan kebutuhannya pada tahun 2007 di Amirika saja mencapai
sekitar 7000 juta kg per tahun (Bayer dkk., 1999). Saat ini bahan pemutih yang
banyak digunakan dalam proses bleaching adalah bahan yang mengandung klor.
Padahal bahan ini adalah bahan yang tidak ramah lingkungan. Oksidasi dengan
senyawa yang mengandung klor bisa membentuk campuran yang berbahaya seperti
kloroform, kloronitrometan, dan lain-lain. Beberapa campuran dari hasil halogenasi
ini banyak yang mengandung racun dan sulit terdegradasi di lingkungan berair.
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk mengamati dampak negatip pemakaian
senyawa klor pada proses bleaching. Berdasarkan hasil-hasil penelitian ini, maka
perlu dicari bahan yang ramah lingkungan untuk menggantikan senyawa klor pada
proses bleaching.
Hidrogen peroksida merupakan salah satu bahan pemutih yang bisa digunakan
untuk proses pemutihan dengan konsep totally chlorine free (TCF) yang benar-benar
bebas senyawa klor. Keefektifan hidrogen peroksida sebagai bleaching agent sangat
dipengaruhi oleh keberadaan metal ions di dalam pulp. Adanya metal ions akan
menurunkan bleach ability dari hidrogen peroksida. Beberapa metal ions yang
berpengaruh buruk terhadap keefektifan hidrogen peroksida adalah Fe, Cu dan Mn.
Ion Mn mempunyai pengaruh yang paling buruk terhadap keefektifan hidrogen
peroksida. Proses chelating bertujuan untuk melepaskan metal ions yang ada di dalam
pulp Dengan berkurangnya metal ion di dalam pulp, maka kefektifan hidrogen
peroksida akan meningkat.
Penelitian ini bertujuan untuk mencari kondisi yang optimum untuk melepaskan
metal ions di dalam pulp dengan proses chelating. Bahan chelating yang digunakan
adalah campuran antara asam sulfat dengan ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
Sebanyak 10 gram pulp kering ditambah dengan larutan H2SO4 dan larutan
ethylenediaminetetraacetat (EDTA) pada berbagai komposisi. Kemudian ditambah
aquades sehingga konsistensinya 10 %, dicampur sampai benar-benar homogen lalu
dimasukkan dalam kantong plastik, dipanaskan dalam waterbath pada berbagai waktu
dan suhu. Setelah kondisi yang diinginkan tercapai, pulp disaring untuk memisahkan
pulp dengan filtratnya. Filtrat yang diperoleh dianalisa kandungan metal ionnya
dengan menggunakan alat AAS, pulp dibleaching dengan H2O2.
Hasil analisa menunjukkan bahwa pada pemakaian H2SO4 yang konstan,
pemakaian EDTA 0,2% mampu melepaskan ion Fe dan Cu maksimum, yaitu 0,4126
ppm untuk ion Fe dan 0,2769 ppm untuk ion Cu, akan tetapi kondisi ini tidak
maksimal untuk melepaskan ion Mn. Pelepasan ion Mn maksimal ketika penambahan
EDTA 0,8%, yaitu 5,3846 ppm. Pada pemakaian EDTA konstan, pemakaian H2SO4
0,2% mampu melepaskan ion Fe dan Cu maksimum, yaitu 0,4126 ppm untuk ion Fe
dan 0,2769 ppm untuk ion Cu, akan tetapi kondisi ini tidak maksimal untuk
melepaskan ion Mn. Pelepasan ion Mn maksimal ketika penambahan H2SO4 0,8%,
yaitu 3,0668 ppm. Suhu yang optimal untuk melepaskan ion Fe dan Cu adalah 70oC.
Akan tetapi suhu ini kurang cocok untuk melepaskan ion Mn. Waktu yang optimal
untuk melepaskan ion Fe dan Cu adalah 60 menit, akan tetapi untuk ion Mn semakin
lama waktu chelating semakin banyak juga ion yang bisa dilepaskan. Hasil bleaching
menunjukkan ada pengaruh penambahan EDTA dan H2SO4 yaitu pada penambahan
EDTA dan H2SO4 0,2% mampu menurunkan bilangan Kappa yang paling besar, yaitu
menjadi 7,75. Suhu di proses chelating juga mempunyai pengaruh terhadap hasil
bleaching. Suhu yang baik di proses chelating pada kisaran 60oCsampai 80oC. Waktu
chelating yang mampu memberikan hasil bleaching terbaik adalah 60 menit.
Berdasarkan hasil penelitian ini bisa disimpulkan bahwa untuk melepaskan ion Fe
dan Cu secara maksimal melalui proses chelating bisa dilakukan pada kondisi yang
sama, akan tetapi untuk melepaskan ion Mn kondisinya berbeda. Jadi untuk
melepaskan ion Fe, Cu dan Mn sebanyak-banyaknya dari dalam pulp perlu dilakukan
proses chelating lebih dari satu stage.