Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
5 Tabel II.2. Analisis Kadar Selulosa dari limbah batang tanaman Manihot
esculanta Crantz setelah proses delignifikasi No.
Parameter Hasil Uji
1 Selulosa 96,44
2 ADF 1,600
3 Lignin 1,960
Sumber : Laboratorium Instrumentasi Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN “VETERAN” JAWA TIMUR
II.2. Kayu
Kayu adalah bagian batang atau cabang serta ranting tumbuhan yang mengeras karena mengalami lignifikasi pengayuan. Penyebab terbentuknya kayu
adalah akibat akumulasi selulosa dan lignin pada dinding sel berbagai jaringan di batang. Jenis kayu yang banyak digunakan dalam pembuatan kertas adalah:
- Kayu lunak softwood, adalah kayu dari tumbuhan konifer contohnya pohon pinus.
- Kayu keras hard wood, adalah kayu dari tumbuhan yang menggugurkan daunnya setiap tahun.
Kayu lunak yang memiliki panjang dan kekasaran lebih besar digunakan untuk memberi kekuatan pada kertas. Kayu keras lebih halus dan kompak
sehingga menghasilkan permukaan kertas yang halus. Kayu keras juga lebih mudah diputihkan hingga warnanya lebih terang karena memiliki lebih sedikit
lignin. Kertas umumnya tersusun atas campuran kayu keras dan kayu lunak untuk mencapai kekuatan dan permukaan cetak yang diinginkan pembeli.
Tabel II.3. Karakteristik serat dari kayu lunak dan kayu keras
Keterangan Kayu Lunak Kayu
Keras Selulosa
42 + 2 45 + 2
Lignin 28 + 3
20 + 4
Ekstraktif 3 + 2
5 + 3 Panjang Serat
2-6 mm 0,6-1,5 mm
Kekasaran 15-35 mg100 mm
5-10 mm
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
6 Kayu sebagai bahan dasar dalam industri kertas mengandung beberapa
komponen antara lain : -
Selulosa, tersusun atas molekul glukosa rantai lurus dan panjang yang merupakan komponen yang paling disukai dalam pembuatan kertas karena
panjang, kuat. -
Hemiselulosa, tersusun atas glukosa rantai pendek dan bercabang. Hemiselulosa lebih mudah larut dalam air dan biasanya dihilangkan dalam
proses pulping. -
Lignin, adalah jaringan polimer fenolik tiga dimensi yang berfungsi merekatkan serat selulosa sehingga menjadi kaku. Pulping kimia dan proses
pemutihan akan menghilangkan lignin tanpa mengurangi serat selusosa secara signifikan.
- Ekstraktif, adalah senyawa kimia yang terkandung dalam kayu maupun non
kayu dengan berat molekul rendah dan merupakan bahan organik non polimer yang dapat dipisahkan dengan cara pelarutan dalam pelarut netral seperti eter,
alcohol-benzena, aseton air. Komponen utama ekstraktif yaitu resin, lemak, asam lemak, asam-asam organic, terpene, tannin, fenol dan polisakarida
dengan berat molekul rendah. Ekstraktif dapat mengganggu dalam proses isolasi alfa selulosa zat ini mengkonsumsi bahan alkali yang tinggi selama
proses pemasakan sehingga menghambat proses delignifikasi dan dapat mengurangi rendemen. Sugesty, 1986
Prigi Arisandi. 3 Agustus 2008. pengetahuan tentang kertas. Online, http:pembalutanion.multiply.comjournalitem5 , diakses 27 September
2010
II.3. Selulosa
Selulosa adalah salah satu dari jenis polisakarida yang mempunyai bentuk
empiris C6H10O5n, berat molekul selulosa 162.000 sampai 2.430.000 dengan
derajat polimerisasi 1.000 sampai 15.000 dan menjadi penyusun utama dari dinding sel pada tumbuhan. Casey P,1980
Selulosa mendominasi karbohidrat yang berasal dari tumbuh-tumbuhan
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
7 hampir mencapai 50 karena selulosa merupakan bagian yang terpenting dari
dinding sel tumbuh-tumbuhan. Selulosa adalah unsur struktural dan komponen utama dinding sel dari pohon dan tanaman tinggi lainnya. Senyawa ini juga
dijumpai dalam tumbuhan rendah seperti paku, lumut, ganggang, dan jamur. Serat alami yang paling murni ialah serat kapas, yang terdiri dari sekitar 90 selulosa.
Eko Nopianto. Pengetahuan Bahan Agroindustri, Selulosa. Online, http:eckonopianto.blogspot.com200904selulosa.html , diakses 25
September 2010.
Struktur molekul dari selulosa dapat dilihat dalam gambar sebagai berikut:
Gambar II.2. Rantai Selulosa Berdasarkan derajat polimerisasi DP dan kelarutan dalam senyawa
natrium hidroksida NaOH 17,5, selulosa dapat dibagi atas tiga jenis. Yaitu : a.
α - Selulosa Alpha Cellulose adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5 atau larutan basa kuat dengan DP
Derajat Polimerisasi 600 – 15000. α - selulosa dipakai sebagai penduga
dan atau tingkat kemurnian selulosa. Selulosa dengan derajat kemurnian α
92 memenuhi syarat untuk bahan baku utama pembuatan propelan
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
8 atau bahan peledak. Sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan
sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri kain serat rayon. Semakin tinggi kadar alfa selulosa, maka semakin baik mutu bahannya.
Rumus struktur alfa selulosa sebagai berikut Nuringtyas, 2010 :
Gambar II.3. Rumus struktur alfa selulosa b.
Selulosa Betha Cellulose adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5 atau basa kuat dengan DP Derajat Polimerisasi 15
– 90, dapat mengendap bila dinetralkan.
Gambar II.4. Rumus struktur beta selulosa c.
Selulosa Gamma Cellulose adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5 atau basa kuat dengan DP Derajat
Polimerisasi kurang dari 15, kandungan utamanya adalah hemiselulosa.
II.3.1. Kegunaan selulosa
Secara kimia, selulosa merupakan senyawa polisakarida yang terdapat banyak di alam. Secara niaga selulosa nitratNC adalah yang terpenting yang
banyak digunakan untuk bahan dasar pembuatan bahan peledak atau propelan. Untuk mengetahui kualitas dari selulosa, antara lain dengan pemantauan derajat
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
9 polimerisasi DP, maka kita dapat mengetahui kualitas dari selulosa yang ada dan
viscositas kekentalan. Di Indonesia jenis selulosa yang berkualitas baik untuk serat panjang adalah tanaman keras seperti pinus, aghatis, bambu, kenaf, abaca,
kapas dan rami serta untuk serat pendek adalah albasia, acasia dan eucalyptus. Pengaruh panjang serat, untuk kasus tertentu ada korelasi antara panjang serat
dengan kadar selulosa, sebagai contoh : serat kapas mempunyai kadar selulosa yang tinggi dibanding selulosa kayu.
Pemanfaatan Selulosa di bidang Kesejahteraan. Penggunaan selulosa dan
dibidang industri untuk kesejahteraan luas sekali. Industri-indusri yang menggunakan selulosa sebagai bahan baku meliputi industri kertas,
industri yang memproduksi bahan penyerap absorbent seperti popok bayi, kertas, tissue, pembalut wanita dan lain-lain. Industri yang
memproduksi Carboxy Methyl Cellulose CMC untuk digunakan pada industri makanan dan industri memproduksi selulosa asetat dan selulosa
nitrat sebagai bahan plastik dan tekstil rayon.
Pemanfaatan Selulosa di bidang Pertahanan. Pemanfaatan selulosa adalah sebagai bahan baku yang memenuhi syarat pembuatan bahan
peledakpropelan, yaitu Nitroselulosa NC. Untuk memperoleh NC yang memenuhi syarat sebagai bahan peledak tersebut memiliki kandungan
kadar nitrogen sekitar 12,5 - 13,5 . Kondisi tersebut dapat tercapai apabila kandungannya selulosa alfa dari pulp 92 , yaitu antara 94,06
- 98,16 yang memenuhi syarat untuk menghasilkan nitro selulosa sebagai bahan baku propelanbahan peledak.. Kebutuhan selulosa yang
diperlukan untuk membuat nitroselulosa yang perlu disisihkan oleh industri pulp.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
10
II.3.2. Kandungan selulosa pada beberapa jenis tanaman
Tabel II.4. Komposisi Kimia Serat Alam
NAMA SELULOSA
HEMI SELULOSA
LIGNIN KET
Abaka 60-65 6-8 5-10 Pisang
Coir 43 1 45
Sabut Kelapa
Kapas 90 6
- Bungkus,
Biji Flax 70-72
14 4-5 - Jute 61-63 13 3-13 -
Mesta 60 15 10 -
Palmirah 40-50 15
42-45 -
Nenas 80 -
12 Daunnya
Rami 80-85 3-4 0,5-1
Kulit Batang
Sisal 60-67 10-15 8-12 Daun Straw 40
28 18 - Jerami padi
39 27,5
33,5 -
Tandan Kosong
Kelapa Sawit
TKKS 45 26
29 -
Ampas Tebu 32-44
27-32 19-24
- Bambu 26-43 15-26 21-31 -
Rumput esparto
33-38 27-32 17-19 -
Kayu keras 40-45
7-14 26-34
- Kayu lunak
38-49 19-20
23-30 -
Sumber: Natural Organic Fiber by Hans Lilhot
Isroi. 13 Februari 2008. Potensi Bioethanol dari Biomassa Lignoselulosa,
Online, http:isroi.wordpress.com20080213potensi-bioethanol-dari- biomassa-lignoselulosa , diakses 26 September 2010.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
11 http:www.indobioethanol.comsumber_lain.php . Diakses 26 September 2010.
Tim Puslitbang Indhan Balitbang Dephan Kol. Umar S. Tarmansyah. PEMANFAATAN SERAT RAMI UNTUK PEMBUATAN SELULOSA,
Online, http:buletinlitbang.dephan.go.idindex.asp?vnomor=18mnorutisi=3,
diakses 26 September 2010.
Tabel II.5. Komposisi bahan baku kertas dalam industri Kadar Selulosa
45 Hemiselulosa 30
Lignin 20 Extractiver 5
Sumber : PT. Tjiwi Kimia, Mojokerto
II.4. Hemiselulosa Hemiselulosa adalah polisakarida yang bukan selulosa jika dihidrolisis
menghasilkan D-Manosa, D-Galaktosa, D-Xylosa, L-Arabinosa dan Asam Uranat. Derajat polimerisasi antara 150-200, dapat membentuk senyawa adisi pada gugus
hidroksil. Reaksi oksidasi dan degradasi akan terjadi lebih dahulu pada hemiselulosa daripada terhadap selulosa. Hemiselulosa tidak dapat larut dalam air,
akan tetapi larut dalam larutan alkali encer dan lebih mudah dihidrolisa asam.
Hemiselulosa berfungsi sebagai pelapis antar serat sehingga degradasi hemiselulosa menyebabkan rendahnya kekuatan antar serat, kandungan
hemiselulosa dalam pulp akan mempermudah pembentukan fibril serat Fibrilasi selama penggilingan. Hal ini disebabkan oleh struktur non kristal, berat molekul
yang rendah dan rantai yang bercabang. Struktur non bercabang juga akan menyebabkan hemiselulosa lebih reaktif terhadap alkali dan hidrolisis asam
dibandingkan dengan selulosa, sehingga komponen ini memiliki DP Derajat polimer yang rendah mengakibatkan bahan kimia pemasak mudah memutuskan
dan melarutkannya dalam larutan. Rumus bangun hemiselulosa yang telah larut dalam proses pemasakan adalah sebagai berikut :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
12 Gambar II.5. Rumus bangun hemiselulosa
Sumber : Casey, 1980 II.5. Lignin
Lignin adalah salah satu komponen penyusun tanaman. Pada batang tanaman, lignin berfungsi sebagai bahan pengikat komponen penyusun lainnya,
sehingga suatu pohon bisa berdiri tegak. Lignin terbentuk dari gugus aromatik yang saling dihubungkan dengan rantai alifatik, yang terdiri dari 2-3 karbon.
Lignin dapat juga mengurangi daya swelling pengembangan buah dan ikatan antar buah. Isolasi lignin digunakan pereaksi anorganik yaitu Na
2
S dan NaOH untuk mendestruksi karbohidratnya. Sugesty, 1986
Lignin di dalam tanaman berfungsi sebagai perekat selulosa dalam tanaman yang perlu dipisahkan dalam proses isolasi selulosa.
α - selulosa akan mempunyai sifat fisik yang baik apabila kandungan lignin dapat dikurangi karena
sifat lignin yang kaku dan rapuh. Lignin dapat mempengaruhi dalam hal pembentukan ikatan antar serat dan dapat menurunkan derajat putih Sugesty,
1986. Rumus bangun lignin sebagai berikut :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
13 Gambar II.6. Rumus bangun lignin
Sumber : Barton, et al., 1999
II.6. Landasan Teori
Pada produksi
α-selulosa digunakan proses delignifikasi yang mana pada proses tersebut berdasarkan reaksi antara serat limbah batang tanaman Manihot
esculenta Crantz dengan NaOH, Na
2
SO
3
, dan Na
2
SO
4
dan juga bleaching pemutih dengan menggunakan H
2
O
2
dan NaOCl. Dietrich Fengel – Gerd Wegener,1995
Pada proses produksi α-selulosa dalam skala laboratorium dapat dibagi
menjadi beberapa tahap proses, yaitu: a.
Proses perlakuan pretreatment terhadap bahan baku b.
Proses delignifikasi c.
Proses bleaching dan pencucian d.
Pengeringan e.
Analisis kadar α-selulosa
II.6.1. Proses Perlakuan Pretreatment Terhadap Bahan Baku
Limbah batang tanaman ubi kayu atau Manihot esculenta Crantz pada proses ini mengalami perlakuan antara lain :
a. Secara mekanis seperti pemotongan, pelepasan kulit dan spon, dan
pengecilan ukuran hingga berbentuk serat dengan ukuran yang
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
14 dikehendaki, tujuannya untuk lebih memudahkan dalam proses lebih lanjut
yang banyak menggunakan reaksi kimia. Setelah berbentuk serat bahan ini dikeringkan untuk menghilangkan kadar air yang berlebihan hingga
kering. b.
Prehidrolisis menggunakan aquadest pada suhu 100
o
C. Prehidrolisis bertujuan untuk mempercepat penghilangan pentosan hemiselulosa
dalam bahan baku pada waktu pemasakan cooking. Pretreatment menggunakan air lunak soft water atau larutan asam encer. Kondisi
pretreatment adalah sebagai berikut: 1 Temperatur maksimum
: 100°C 2 Rasio bahan baku terhadap cairan pemasak
: 1 : 6 3 Waktu
: 1 Jam
II.6.2. Proses Delignifikasi Limbah Batang Tanaman Manihot esculenta Crantz
Definisi delignifikasi adalah sebuah proses pemisahan atau penghilangan
senyawa lignin yang terdapat pada kayu yang bertujuan untuk memperoleh selulosa, di mana lignin dipisahkan dari selulosa dan bahan karbohidrat dari kayu
dan bahan kayu, seperti oleh pemutihan pulp. Delignifikasi dilakukan dengan
menggunakan basa kuat seperti sejenis reaksi epoksida. Salah satunya adalah NaOH Natrium hidroksida. Proses delignifikasi disini adalah memisahkan serat
batang singkong dengan impuritis – impuritis dari α-selulosa dengan cara
membuka atau merengkahkan rantai pada serat sehingga impuritis – impuritis terutama lignin dapat dikeluarkan dari serat. Delignifikasi yang dilakukan dengan
menggunakan NaOH Natrium hidroksida ini biasanya digunakan untuk mengolah bahan – bahan non kayu, seperti : jerami, bagas, alang – alang dan jenis
rumput – rumputan lainnya menjadi pulp. Selain itu juga dapat digunakan pada bahan kayu yang berserat pendek.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
15
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses delignifikasi ini adalah:
1. Waktu pemasakan, dipengaruhi oleh lignin semakin besar konsentrasi lignin semakin lama waktu pemasakan dan kisaran waktu pemasakan antara 1- 4
jam. 2. Konsentrasi larutan pemasak, jika kadar lignin besar maka konsentrasi larutan
pemasak juga harus besar. 3. Pencampuran bahan, dipengaruhi oleh pengadukan. Dengan pengadukan, akan
dapat meratakan larutan dengan bahan baku yang akan dipisahkan ligninnya. 4. Perbandingan larutan pemasak dengan bahan baku, didasarkan pada
perbandingan larutan pemasak dengan bahan baku. Semakin kecil perbandingan larutan pemasak dengan bahan baku maka lignin yang
didegradasi akan kecil juga. 5. Ukuran bahan, semakin besar ukuran bahan maka semakin lama waktu
prosesnya. 6. Suhu dan Tekanan, semakin besar suhu dan tekanan maka semakin cepat
waktu prosesnya, kisaran suhunya antara 100
o
C - 110
o
C dan untuk tekanannya 1 atm.
Bahan kimia yang dapat digunakan dalam proses delignifikasi adalah : 1. Natrium Hidroksida NaOH
Sistem pemasakan alkali bertekanan pada suhu tinggi dapat dilakukan melakukan penambahan Natrium Hidroksida NaOH. Proses ini dinamakan proses
soda.
Proses soda merupakan proses dasar dalam pembuatan kertas. Bahan kimia utama yang digunakan adalah soda koustik atau natrium hidroksida. Proses ini
biasanya digunakan untuk mengolah bahan – bahan non kayu, seperti : jerami, bagas, alang – alang dan jenis rumput – rumputan lainnya menjadi pulp. Selain itu
proses ini juga dapat digunakan pada bahan kayu yang berserat pendek seperti : maple, poplar dan chestnut. Seperti halnya proses lainnya, soda berfungsi untuk
memisahkan lignin dan senyawa – senyawa lain yang terkandung dalam selulosa. Pulp dari proses ini berwarna gelap dan sukar diputihkan. George, 1975
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
16 Degradasi selulosa oleh larutan NaOH terjadi pada temperatur diatas 100
o
C semakin tinggi temperatur pemasakan maka jumlah selulosa yang hilang semakin banyak. Apabila waktu terlalu lama maka bahan baku yang terlarut
semakin bertambah besar. Kecepatan kelarutan lignin tergantung pada waktu pemasakan, temperatur dan efektif NaOH. Nursyamsu, 1990
Alasan :
1. Cocok untuk bahan baku serat pendek merang, jerami. 2. Tidak menggunakan senyawa sulfur, sehingga bahan polusi sedikit dan tidak
perlu recovery. 3. Kapasitas kecil 25 – 50 tonhai, murah.
Apry Shinsetsu Silver Fox. 10 Agustus 2010. MAKALAH ”PEMBUATAN PULP DAN KERTAS DARI AMPAS TEBU DENGAN PROSES ACETOSOLV”.
Online,http:aprysilverfox.blogspot.com201008makalah-pembuatan- pulp-dan-kertas-dari.html , diakses 1 Oktober 2010.
2. Sulfit
Pembuatan pulp proses sulfit yang pertama dilakukan dengan menambahkan cairan kalsium hidrogen sulfit dan belerang dioksida dalam sistem
bertekanan. Proses ini menggunakan bahan kimia aktif, yaitu asam sulfit, kalsium bisulfit, sulfur dioksida yang dinyatakan dalam larutan CaHSO
3 2
dengan H
2
SO
3
berlebih. Proses sulfit dibuat untuk menghasilkan pulp dengan selulosa yang murni. Proses ini menggunakan garam dan cairan asam. Garam yang digunakan
misalnya adalah sulfat SO
3 2-
atau bisulfit HSO
3 2-
. Pulp sulfit digunakan untuk membuat kertas, tisu, dan juga menambahkan kekuatan pada kertas koran. Cairan
pemasak yang digunakan adalah asam sulfit yang dibuat dengan membakar sulfur menghasilkan sulfur dioksida, sulfur ini dapat menyerap air menghasilkan asam
sulfit. Cairan pemasak disiapkan dengan menambahkan ion hidroksida atau karbonat. Nilai pH pulp sulfit berkisar antara 1,5-5 dimana nilainya bergantung
kepada penambahan sulfit atau bisulfit. Cairan pemasak yang dikeluarkan disebut sebagai cairan coklat atau cairan merah bandingkan dengan cairan hitam pada
proses kraft. Pembersihan pulp dilakukan dengan aliran bolak balik untuk
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
17 menghilangkan cairan coklat yang dihasilkan dari pulp dan menghilangkan lignin
dan hemiselulosa. Ekstrak cairan coklat dikonsentrasikan dalam wadah evaporator efek ganda. Beberapa keuntungan proses sulfit adalah :
1. Yield yang dihasilkan lebih besar daripada proses kraft 2. Pulpnya dapat menghasilkan turunan selulosa
3. Lebih mudah dioperasikan Pulp sulfit biasanya sedikit lebih rusak jika dibandingkan dengan pulp
hasil kraft, sehingga produknya sedikit yang digunakan. Reaksi pembuatan larutan pemasak adalah :
S + O
2
→ SO
2
SO
2
+ H
2
O + CaCO
3
→ CaHSO
3 2
+ CO
2
Lignin yang terikat pada selulosa akan bereaksi dengan larutan CaHSO
3 2
membentuk lignin sulfonat dengan reaksi sebagai berikut : CaHSO
3 2
→ Ca
2+
+ 2 HSO
3 -
Lignin + 2 HSO
3 -
→ SO
2
+ lignin-OH lignin-OH + 2 HSO
3 -
→ Lignin-SO
3
+ H
2
O http:repository.usu.ac.idbitstream123456789184714Chapter20II.pdf.
diakses pada tanggal 1 Oktober 2010
3.
Sulfat
Proses ini dinamakan proses sulfat Kraft. Larutan pemasak yang digunakan adalah sodium hidroksida dan sodium sulfit. Sodium hidroksida
dihasilkan dari reduksi sulfat selama proses. Reaksinya sebagai berikut : Na
2
SO
4
+ C → Na
2
S + CO
2
Sodium hidroksid dihasilkan dari hidrolisa sodium sulfit di dalam air dengan reaksi :
Na
2
S + H
2
O → NaOH + NaHS
NaHS berfungsi sebagai buffer dan akan mengurangi efek degradasi selulosa oleh NaOH. Pengaruh NaHS adalah reaksi dengan lignin yang menyebabkan mudah
larut dalam alkali, sehingga butuh waktu pemasakan lebih singkat dan temperatur dapat diturunkan antara 160
o
C – 170
o
C.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
18 Keuntungan dari proses sulfat ini adalah sebagai berikut :
1. Pulp yang dihasilkan mempunyai kekuatan yang tinggi.
2. Dapat dipakai untuk proses pembuatan pulp dari bahan baku kayu dari
spesies yang berbeda. 3.
Tersedianya bahan kimia pengganti dengan berbagai alternatif dan harganya tidak mahal.
4. Tersedianya peralatan-peralatan operasi yang standar.
5. Banyak pilihan yang dipakai untuk proses pemucatan.
6. Dampak pencemarannya dapat dikatakan sangat rendah
7. Pendaur ulangan panas yang begitu efisien.
8. Pendaur ulangan bahan kimia yang sangat efisien
9. Masalah getah pitch dari kayu yang mengandung resin-resin sangat
berkurang. 10.
Dapat dihasilkan berbagai jenis pulp. Proses delignifikasi dari limbah batang tanaman Manihot esculenta Crantz
ini dilakukan dengan pengolahan limbah batang tanaman Manihot esculenta Crantz kering menjadi serat dimana pada proses ini bertujuan untuk
menghilangkan kandungan lignin dan zat – zat lain yang ada dalam kandungan serat. Proses delignifikasi dilakukan dengan bahan kimia NaOH, Na
2
SO
3
, dan Na
2
SO
4
. Proses pemasakan dengan menambahkan NaOH 5 - 25, Na
2
SO
3
5 - 25, dan Na
2
SO
4
5 - 25. 1 Temperatur
: 105°C
2 Rasio bahan baku terhadap cairan pemasak : 1 : 8
3 Waktu menuju suhu maksimum : 1,5 Jam
4 Waktu pada suhu maksimum : 2 Jam
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
19
II.6.3. Proses bleaching dan pencucian
Pemurnian selulosa setelah proses pemasakan bertujuan untuk menghasilkan tingkat kemurnian selulosa lebih tinggi yang stabil dan memiliki
tingkat pengrusakan serat yang minimum sehingga sifat fisik selulosa tetap tinggi. Proses ini untuk melarutkan sisa senyawa lignin yang dapat menyebabkan
perubahan warna, dengan cara mendegradasi rantai lignin yang panjang oleh bahan-bahan kimia pemutih menjadi rantai-rantai lignin yang pendek, maka lignin
dapat larut pada saat pencucian dalam air atau alkali. Dua jenis bahan kimia yang dipakai dalam pemurnian yaitu :
a. Bahan kimia oksidator yaitu bahan kimia yang fungsinya untuk mendegradasi
dan menghilangkan zat penyebab warna yaitu lignin. Oksidasi yang dipakai seperti : Khlor Cl
2
, Khlordioksida ClO
2
, Oksigen O
2
, Ozon O
3
dan Hidrogen peroksida H
2
O
2
. b.
Sebagai bahan kimia ekstraksi alkali yaitu : bahan kimia yang fungsinya mendegradasi lignin secara hidrolisa dan membantu pelarutan senyawa lignin
terdegradasi yang dihasilkan pada proses oksidasi sebelumnya. Alkali digunakan untuk mendegradasi lignin secara hidrolisa dan melarutkannya.
Bahan kimia yang dipakai seperti : Natrium hidroksida NaOH. Pemurnian dapat dilakukan dengan beberapa proses :
1. Klorinasi
Proses pemurnian selulosa dengan menggunakan gas Cl
2
gas ini diperoleh antara reaksi asam klorida HCl dengan natrium klorit NaClO
3
terjadi reaksi klor dengan lignin yang menyebabkan lignin terdegradasi dan larut.
Persamaan reaksi kimia adalah : 6 HCl + NaClO
3
→ NaCl + 3Cl
2
+ 3H
2
O
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
20 Reaksi ini berlangsung pada suhu kamar selama 90 menit sambil diaduk
kemudian dicuci dengan air bersih dan disaring dengan saringan 150 mesh. Dace and Annergen, 1979
2. Ekstraksi dengan Natrium Hidroksida
Natrium hidroksida NaOH dipakai sebagai bahan pengekstraksi digunakan setelah tahap Khlordioksida. Lignin terklorinasi mempunyai kelartan yang
kecil dalam air dengan adanya alkali encer akan terbentuk garam organik sehingga lebih mudah larut. Kondisi temperatur pada proses ekstraksi antara
55 – 80
o
C selama 60 – 120 menit. Sampel dan pelarut diaduk sampai merata. Kemudian dicuci dengan air bersih dan saring dengan screen 150 mesh
Rapson dan Spinner, 1979. Konsistensi dalam proses ekstraksi dipakai antara 10 - 18 .
3. Hipoklorinasi
Reaksi yang terjadi pada hipoklorinasi adalah oksidasi dan melarutkan lignin. Larutan yang digunakan CaOCl
2
atau NaOCl dan NaOH. Temperatur 40
o
C selama 120 menit. Diaduk secara merata kemudian dicuci dengan air bersih
dan disaring dengan saringan 150 mesh. Persaman reaksi sebagai persamaan 3.1
2NaOH + Cl
2
↔ NaOCl + NaCl + H
2
O 3.1 Alkali berlebih diperlukan untuk mempercepat reaksi kesebelah kanan dan
juga mencegah dekompoisi hipoklorit menjadi klorat, di dalam air natrium hipoklorit akan terhidrolisa menghasilkan asam hipoklorit dan natrium
hidroksida. NaOCl + H
2
O → NaOH +HOCl
3.2
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
21 Asam hipoklorit yang terbentuk dapat mempercepat degradasi selulosa dan
karena bentuknya tidak stabil asam akan mengalami peruraian terjadi reaksi sebagai berikut :
HOCl → HClO
3
+ 2HCl 3.3
Reaksi hipoklorit menghilangkan lignin. Penurunan berat molekul dan masuknya gugus asam karboksilat mendukung pelarutan bagian lignin yang
telah hancur. NaOCl + lignin
→ NaCl + lignin teroksidasi 3.4
Sampel diaduk secara merata dan masukkan ke dalam waterbath pada temperatur 40
o
C selama 120 menit kemudian dicuci dengan air bersih dan disaring dengan saringan 150 mesh. Rapson dan Spinner, 1979
4. Khlordioksida
Pemurnian dengan khlordioksida menggunakan konsistensi 10 - 12 . Bertambahnya substitusi khlordioksida akan mengurangi konsumsi bahan
kimia pemutihan memperbaiki kualitas limbah unit pemutih, juga mengurangi pembentukan senyawa klor organik. Pemutihan dengan menggunakan ClO
2
dilaksanakan untuk mencapai tingkat kemurnian yang tinggi. ClO
2
dihasilkan dari reaksi :
NaOCl
3
+ 2 HCl → ClO
2
+ ½ Cl
2
+ NaCl + H
2
O Temperatur pada suhu 50
o
C – 90
o
C selama 120 menit kemudian sampel dicuci dengan air bersih dan disaring dengan saringan 150 mesh. Zellerbach 1983.
5. Hidrogen Peroksida Hidrogen peroksida termasuk zat oksidator yang bisa digunakan sebagai
pemutih pulp yang ramah lingkungan. Di samping itu, hydrogen peroksida juga mempunyai beberapa kelebihan antara lain pulp yang diputihkan
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
22 mempunyai ketahanan yang tinggi serta penurunan kekuatan serat sangat
kecil. Pada kondisi asam, hidrogen peroksida sangat stabil, pada kondisi basa mudah terurai. Peruraian hidrogen peroksida juga dipercepat oleh naiknya
suhu. Zat reaktif dalam sistem pemutihan dengan hidrogen peroksida dalam suasana basa adalah perhydroxyl anion HOO- Dence and Reeve, 1996.
Pada proses pemutihan menggunakan hydrogen peroksida, mula-mula hydrogen peroksida akan terurai sesuai dengan persamaan reaksi berikut ini :
H
2
O
2
→ H
2
O + O
n
Mekanisme reaksi penguraian hydrogen peroksida adalah Othmer, 1992 H
2
O
2
→ 2OH H
2
O
2
+ OH → OOH + H
2
O OOH + OH
→ H
2
O + 2On Pada proses bleaching dari limbah batang Manihot esculenta Cranz,
menggunakan larutan NaOCl dan H
2
O
2
. Berdasarkan penelitian pendahuluan Rahma, 2002, serat diputihkan dengan menggunakan H
2
O
2
2 dan NaOCl 5. Kondisi pemutihan H
2
O
2
dan NaOCl umumnya dilakukan pada kisaran suhu antara 60
o
C hingga 80
o
C selama 30 menit hingga 180 menit. Dence and Reeve, 1996
II.6.4. Pengeringan
Pengeringan dilakukan pada suhu 100
o
C dalam oven.
II.6.5. Analisis kadar α-selulosa
Analisis kadar
α-selulosa dilakukan dengan metode spectrofotometrie UV- VIS SIMITZU 6200 Balai Penelitian dan Konsultasi Industri Jl. Ketintang XVII
No.14 Surabaya.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
23
II.7. Hipotesis
Berdasarkan analisis bahan baku limbah batang tanaman Manihot esculanta Crantz yang mengandung
α-selulosa sehingga dimungkinkan untuk mendapatkan kandungan
α-selulosa yang tinggi dengan proses delignifikasi menggunakan NaOH, Na
2
SO
3
, Na
2
SO
4
serta proses bleaching dengan H
2
O
2
2 dan NaOCl 5.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Penelitian
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
24
BAB III METODE PENELITIAN
III.1. Bahan – bahan Yang digunakan
III.1.1. Bahan utama Limbah batang tanaman Manihot esculenta Crantz
a b
c
d e
Gambar III.1. abatang ubi kayu yang dibelah; bkulit luar batang ubi kayu; ckambium batang ubi kayu; dBatang ubi kayu yang sudah
dibelah, dikupas, dan dihilangkan kambiumnya; e batang ubi kayu setelah diparut.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.