2.2. Hidrogen Peroksida Sebagai Bahan Pemutih Pulp
Hidrogen peroksida adalah bahan pemutih berbentuk cair dan tidak berwarna. Hidrogen peroksida mudah terurai bila terkena cahaya menghasilkan air dan oksigen.
Biasanya hidrogen peroksida disimpan pada konsentrasi 50 dengan sifat-sifat fisik: b.
berat jenis pada 25 C
: 1,19
c. titik
beku :
-52 C
d. tekanan parsial pada 25
C : 13,5 mmHg
e. Titik
didih :
114 C
Dence dan Reeve,1996 Hidrogen peroksida telah digunakan secara luas pada industri pulp. Efek
pemutihan dengan hidrogen peroksida adalah pada kemampuannya untuk bereaksi dengan gugus karbonil lignin. Hidrogen peroksida yang digunakan pada tahap akhir
proses pemutihan pulp dapat meningkatkan derajat putih dan stabilitasnya.Suss dkk, 2004; Senior dan Ragauskas,1996.
Urutan tahap peroksida pada proses pemutihan ECF berpengaruh terhadap derajat putih yang dihasilkan. Senior dan Ragauskas 1996 telah melakukan
penelitian pada dua proses pemutihan pulp kayu berdaun jarum dengan urutan tahap yang berbeda yaitu; D
1
ED
2
P dan D
1
EPD
2
. Kedua proses menggunakan bahan kimia dengan dosis dan kondisi yang sama tetapi menghasilkan derajat putih yang berbeda
seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.1. Derajat putih pulp pada akhir proses final brightness yang diperoleh pada
proses D
1
ED
2
P lebih tinggi 3 ISO dari pada proses dengan urutan D
1
EPD
2
. Klor
Hasnah Ulia: Altrnatif Penggunaan Hidrogen Peroksida Pada Tahap Akhir Proses Pemutihan Pulp, 2007. USU e-Repository © 2008
dioksida pada tahap D
2
di proses pertama lebih efektif menghilangkan lignin aromatik dari pada tahap peroksida P pada proses kedua. Hidrogen peroksida lebih efektif
bereaksi dengan spesies non aromatik seperti struktur karbonil dan kuinon. Senior dan Ragauskas, 1996.
81 82
83 84
85 86
87 88
89
0.5 1
1.5 2
2.5 3
3.5 4
Dosis H
2
O
2
pulp D
er a
ja t P
u ti
h IS
O DEDP
DEPD
Gambar 2.1. Derajat Putih Pulp dengan Tahapan Pemutihan DEDP dan DEPD dengan Variasi Dosis H
2
O
2
Senior dan Ragauskas, 1996
2.3. Reaksi Hidrogen Peroksida
Mekanisme dekomposisi hidrogen peroksida dalam proses pemutihan pulp merupakan reaksi yang kompleks. Hidrogen peroksida bereaksi optimal dengan lignin
dalam kondisi alkali basa. Mekanisme reaksi dekomposisi hidrogen peroksida adalah sebagai berikut :
Hasnah Ulia: Altrnatif Penggunaan Hidrogen Peroksida Pada Tahap Akhir Proses Pemutihan Pulp, 2007. USU e-Repository © 2008
H
2
O
2
→ OOH
−
+ H
+
2.1 H
2
O
2
→ OH
+
+ OH
−
2.2 H
2
O
2
→ OOH
⋅
+ H
⋅
2.3 H
2
O
2
→ OH
⋅
+ OH
⋅
2.4 H
2
O
2
+ OH
−
→ OOH
−
+ H
2
O 2.5
H
2
O
2
+ OOH
−
→ H
2
O + OH
−
+ O
2
2.6 H
2
O
2
+ H
+
→ OH
+
+ H
2
O 2.7
H
2
O
2
→ H
2
O + 12O
2
2.8
Anion perhidroksil
OOH
-
adalah bahan yang aktif bereaksi dengan struktur karbonil pada lignin sehingga lignin terpecah-pecah, larut dan diekstraksi dalam
larutan NaOH. Konsentrasi ion perhidroksil meningkat dengan bertambahnya konsentrasi H
2
O
2
dan NaOH. Persamaan laju reaksi dekomposisi H
2
O
2
adalah : -d[H
2
O
2
]
T
dt = k[H
2
O
2
] [OOH
−
] 2.9
Dimana : [H
2
O
2
]
T
= total dekomposisi hidrogen peroksida, [H
2
O
2
] + [OOH
−
] k
= konstanta laju reaksi pada temperatur T [OOH
−
] = konsentrasi anion perhidroksil
[H
2
O
2
] = konsentrasi H
2
O
2
yang terionisasi Anderson, 1992 ; Dence dan Reeve, 1996
Hasnah Ulia: Altrnatif Penggunaan Hidrogen Peroksida Pada Tahap Akhir Proses Pemutihan Pulp, 2007. USU e-Repository © 2008
Formasi anion perhidroksil diatur melalui pH dan temperatur dalam suasana alkali. Jadi pH yang tinggi merupakan syarat utama delignifikasi atau pemutihan
pulp dengan menggunakan hidrogen peroksida. Anderson, 1992. Anion perhidroksil adalah oksidan lunak yang bereaksi terutama dengan
gugus karbonil. Anion perhidroksil menyerang gugus karbonil terutama struktur kuinon dan menguraikannya menjadi senyawa-senyawa yang tidak berwarna. Pada
Gambar 2.2 dapat dilihat reaksi anion perhidroksil menyerang struktur O-kuinon yang menghasilkan hidroperoksida dan selanjutnya terurai menjadi turunan asam mukonat
Sjostrom, 1998.
O-Kuinon hidroperoksida
turunan asam
mukonat O
O O
OO
-
O
-
O OH
O O
-
Gambar 2.2. Reaksi Anion Perhidroksil Dengan Struktur O-Kuinon Sjostrom, 1998
Radikal OOH
.
dan OH
.
yang terbentuk dari Persamaan 2.3 dan 2.4 juga ikut berperan dalam proses pemutihan pulp untuk mendegradasi lignin. Namun
oksidan ini tidak selektif sehingga dapat juga mendegradasi selulosaSjostrom, 1998 ; Fengel dan Gerd, 1989 ; Dence dan Reeve, 1996
Hasnah Ulia: Altrnatif Penggunaan Hidrogen Peroksida Pada Tahap Akhir Proses Pemutihan Pulp, 2007. USU e-Repository © 2008
Dekomposisi hidrogen peroksida dalam proses pemutihan pulp dikatalisasi oleh unsur metal transisi seperti Fe, Mn dan Cu yang secara normal terkandung dalam
pulp. Metal transisi berperan dalam pembentukan hidroksil radikal OH
.
dan anion superoksida radikal O
2 -
seperti pada reaksi berikut ini. M
n+
+ H
2
O
2
HO
.
+ OH
+
+ M
n+1
2.10 HO
.
+ OOH
-
O
2 -
+ H
2
O 2.11
O
2
+ H
2
O
2
O
2 -
+ HO
.
+ OH
-
2.12 M : Metal transisi
Gambar 2.3 menunjukkan reaksi pemutusan rantai polisakarida oleh radikal O
2 -
dan OH
.
Reaksi yang disebabkan oleh radikal O
2 -
dan OH
.
adalah pembentukan gugus karbonil pada kedudukan C
2
dari unit monomer selulosa B yang mengakibatkan pemutusan ikatan polisakarida dengan mengeliminasi -alkoksi.
Oksidasi kedudukan C
3
C dan oksidasi hidroksil C
6
D menghasilkan reaksi yang dapat menyebabkan pemutusan rantai. Jika kedudukan C
2
dan C
3
dioksidasi secara simultan maka terbentuk struktur 2, 3 diketo E yang dapat berubah menjadi gugus
karboksifuranosida F tanpa pemutusan rantai atau mudah didegradasi dalam media alkali Fengel dan Gerd 1989.
Hasnah Ulia: Altrnatif Penggunaan Hidrogen Peroksida Pada Tahap Akhir Proses Pemutihan Pulp, 2007. USU e-Repository © 2008
OH
OH O
O
R R
CH
2
O
H
O O
OH
R O
O
CH
2
O
H
O
OH
.
OH R
O
CH
2
O
H O
O
-
R O
R O
OH
.
O
2
A B
C
-RO
-
O R
COOH HO
O
CH
2
O
H O
OH O
CH
2
O
H
O O
R O
CH
2
O
H
OH R
O
F E
D
Gambar 2.3. Reaksi Degradasi Selulosa oleh Hidroksil dan Superoksida Radikal Fengel dan Gerd 1989
2.4. Penurunan Derajat Putih Brightness Reversion
Kategori