96
4.1.6 Optimasi Kondisi Proses Sulfonasi Lignin Isolat Menjadi NLS terhadap
Respon Kemurnian NLS A.
Optimasi Nisbah Pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin, pH, dan Suhu Reaksi Proses Sulfonasi Lignin Isolat Menjadi NLS terhadap Kemurnian
NLS
Kondisi proses sulfonasi lignin menjadi NLS juga sangat menentukan kualitas produk yang dihasilkan. Adapun peubah-peubah yang berpengaruh terhadap
kemurnian NLS sama dengan peubah yang dilakukan pada peubah-peubah yang berpengaruh terhadap konversi yaitu perbandingan pereaksi lignin dan
agen penyulfonasi NaHSO
3
40 – 70 , pH 4 – 7, serta suhu reaksi 70 – 100
O
C. Optimasi proses sulfonasi pada penelitian ini bertujuan untuk mencari
variabel optimal pengaruh nisbah pereaksi, pH, dan suhu reaksi dapat memaksimalkan nilai kemurnian natrium lignosulfonat NLS dengan nilai
yang tinggi.
Pembentukan Model Ordo Dua
Matriks ordo dua optimasi pengaruh nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin, pH, serta suhu reaksi, terhadap kemurnian NLS Lamp. 28, hasil
analisis ragam ordo dua dapat dilihat pada Lampiran 29. Dari hasil penelitian dapat dilihat bahwa hasil pembentukan model ordo dua menggunakan
rancangan faktorial, titik pusat, dan titik bintang menunjukkan bahwa respon kemurnian NLS yang dihasilkan akibat pengaruh nisbah pereaksi lignin dengan
agen penyulfonasi, pH dan suhu berkisar antara 40,54 – 80,25 . Hasil
analisis ragam Lamp 29, menunjukkan bahwa nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin, pH, dan suhu reaksi berpengaruh nyata terhadap perolehan kemurnian NLS yang dihasilkan dan model merupakan persamaan kuadratik.
Untuk memeriksa signifikansi model Lampiran 30, bahwa model menunjukkan model linier p-value = .0001 dan model kuadratik p-value =
.0001, nilai tersebut signifikan karena p-value dari model linier dan kuadratik kurang dari alfa 0,05 Montgomery, 1991.
Menurut Box et al.,
97 1978 dan Gasperz 1995 syarat model yang baik mempunyai hasil uji
penyimpangan model yang bersifat tidak nyata α 0,05. Hasil analisis uji
kesesuaian model lack of fit dapat dilihat pada Lampiran 30 yang menunjukkan bahwa p-value hasil uji kesesuaian model lack of fit bernilai
0,1769. Apabila digunakan alfa 5, maka kesimpulannya model yang dibuat sesuai dengan data.
Analisis statistik terhadap pengaruh linier dari faktor penentu reaksi terhadap respon berguna untuk mengetahui besarnya pengaruh dari masing-masing
faktor dan interaksinya terhadap respon. Hasil persamaan regresi nilai estimasi proses sulfonasi ligin menjadi dapat dilihat pada Tabel 4.6
Tabel 4.6 Nilai estimasi proses sulfonasi lignin Parameter Kode
Nilai Estimasi
Intercept Nisbah Pereaksi NP
pH Ka Suhu Reaksi T
NP x NP Ka x NP
Ka x Ka T x NP
T x Ka T x T
X
1
X
2
X
3
X
1 2
X
2
X
1
X
2 2
X
3
X
1
X
3
X
2
X
3 2
77,045034 6,841892
1,238030 3,241366
-24,594325 0,347689
-26,474325 0,788618
-0,633016 -28,569325
Estimasi koefisien regresi untuk kemurnian NLS menunjukkan hasil taksiran parameter model, sebagai berikut :
Ŷ = 77,045032 + 6,841892 X
1
+ 1,238030 X
2
+ 3,241366 X
3
- 24,594325X
1 2
+ 0,347689 X
1
X
2
–26,474325 X
2 2
+ 0,788618 X
1
X
3
– 0,633016 X
2
X
3
– 28,569325 X
3 2
R - Kuadrat = 96,23
Keterangan: Y adalah : Kemurnian NLS
X
1
; X
2
; X
3
adalah variabel nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin , pH serta suhu T
98
B. Pengaruh Nisbah Pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin, pH serta Suhu Reaksi terhadap Kemurnian NLS
Berdasarkan analisis statistik menunjukkan bahwa kemurnian NLS hasil sulfonasi dipengaruhi oleh nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin, pH serta suhu operasi Lampiran 32 . Ketiga faktor ini mempunyai pengaruh yang positif
terhadap kemurnian NLS. Hal ini diperkirakan bahwa semakin tinggi nisbah pereaksi lignin dan agen penyulfonasi 40 , pH 4 dan suhu reaksi 70
O
C mengakibatkan semakin banyak reaktan lignin yang bereaksi dengan natrium
bisulfit menjadi natrium lignosulfonat NLS sehingga mengakibatkan peningkatan kemurnian NLS
Hasil analisis kanonik menunjukkan kemurnian NLS hasil sulfonasi adalah 80,20 yang terjadi pada nisbah pereaksi 60,30 , pH 6,11 dan suhu reaksi
90,1
O
C. Hasil uji di laboratorium diperoleh kemurnian NLS adalah 80,05 . Plot permukaan respon dan kontur perolehan konversi ;lignin menjadi
lignosulfonat terlihat pada Gambar 4.12; 4.13, 4.14; 4.15; 4.16 dan 4.17.
3D Surface Plot Spreadsheet3 4v20c Var4 = -535.2146+875.0822x+110.7337y-696.2963xx-2.2375xy-9.0545yy
60 40
20
Gambar 4.12 Respon permukaan kemurnian NLS hasil sulfonasi lignin sebagai fungsi dari nisbah reaktan dan pH.
99
3D Contour Plot Spreadsheet3 4v20c Var4 = -535.2146+875.0822x+110.7337y-696.2963xx-2.2375xy-9.0545yy
60 40
20 0.35
0.40 0.45
0.50 0.55
0.60 0.65
0.70 0.75
0.80 Nisbah Reaktan
4.0 4.5
5.0 5.5
6.0 6.5
7.0 7.5
8.0
pH
Gambar 4.13 Kontur respon kemurnian NLS hasil sulfonasi lignin sebagai fungsi dari nisbah reaktan dan pH.
3D Surface Plot yield.sta 4v22c Var4 = -1074.7638+6.3222x+20.5707y-0.0622xx+0.0158xy-0.1177yy
60 50
40 30
20 10
-10
Gambar 4.14. Respon permukaan kemurnian NLS hasil sulfonasi lignin sebagai fungsi dari nisbah reaktan dan suhu reaksi.
100
3D Contour Plot Spreadsheet3 4v20c Var4 = -1005.5149+846.7488x+17.8233y-704.8038xx+0.2788xy-0.0985yy
60 40
20 -20
0.35 0.40
0.45 0.50
0.55 0.60
0.65 0.70
0.75 0.80
Nisbah Reaktan 70
75 80
85 90
95 100
105 110
Suhu C
Gambar 4.15 Kontur respon kemurnian NLS hasil sulfonasi lignin sebagai fungsi dari nisbah reaktan dan suhu reaksi.
3D Surface Plot Spreadsheet3 4v20c Var4 = -846.7085+71.8441x+15.2948y-9.0053xx+0.4106xy-0.0972yy
60 40
20 -20
Gambar 4.16. Respon permukaan kemurnian NLS hasil sulfonasi lignin sebagai fungsi dari pH dan suhu reaksi
101
Dari hasil penelitian, pada Gambar 4.12; 4.14 dan 4.16 terlihat bahwa pengaruh nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin, pH dan suhu reaksi berpengaruh pada kemurnian produk NLS yang tebentuk. Sesuai dengan kondisi yang mempengaruhi
nilai konversi diatas, nisbah pereaksi juga sangat berpengaruh terhadap kemunian NLS yang dihasilkan. Kemurnian ditentukan oleh terbentuknya gugus sulfonat
yang mensubstitusi gugus hidroksil -OH lignin, semakin tinggi nisbah pereaksi pembentukan gugus sulfonat semakin meningkat, hal ini disebabkan karena
frekuensi terjadinya tumbukan atau interaksi antar pereaksi semakin baik. Kondisi terbaik terjadi pada nisbah pereaksi 60 . Nisbah pereaksi diatas 60 , telah terjadi
kejenuhan reaksi dan mengakibatkan kelebihan pereaksi sehinnga menimbulkan kemurnian yang semakin menurun.
Nilai pH pada reaksi sulfonasi dipengaruhi oleh nilai nisbah pereaksi dan penambahan basa NaOH sebagai katalis. Kemurnian juga dipengaruhi oleh pH
reaksi yang menentukan terbentuknya masuknya gugus sulfonat dan garamnya - NaSO
3
. Nilai pH yang rendah dibawah 5 masih terjadi kondensasi lignin sehingga sulit untuk terbentuknya reaksi mengakibatkan kemurnian rendah. Pemasukan gugus
sulfonat dan garamnya -NaSO
3
terjadi pada pH diatas 5. Kemurnian tertinggi dicapai pada pH 6, hal ini disebabkan karena degradasi gugus –OH yang akan
disubstitusi oleh gugus sulfonat dan garamnya -NaSO
3
cukup tinggi. Namun pada
3D Contour Plot Spreadsheet3 4v20c Var4 = -846.7085+71.8441x+15.2948y-9.0053xx+0.4106xy-0.0972yy
60 40
20 -20
4.0 4.5
5.0 5.5
6.0 6.5
7.0 7.5
8.0 pH
70 75
80 85
90 95
100 105
110
Suhu C
Gambar 4.17 Kontur respon kemurnian NLS hasil sulfonasi lignin sebagai fungsi pH dan suhu reaksi.
102 pH yang terlalu tinggi diatas 6, terjadi degradasi yang lebih kuat, sehingga
terbentuknya reaksi samping dan mengakibatkan penurunan kemurnian NLS. Kemurnian NLS yang dihasilkan cukup dipengaruhi oleh suhu. Hal ini
disebabkan karena tenaga kinetik yang dimiliki oleh molekul-molekul zat pereaksi semakin besar. Dengan demikian semakin banyak molekul-molekul yang memiliki
energi pengaktif, akan semakin banyak tumbukan antar molekul yang berinteraksi antar reaktan serta masuknya gugus sulfonat dan garam-nya -NaSO
3 -
mensubtitusi gugus hidroksil lignin -OH semakin sempurna. Pada suhu 70
O
C belum terjadi kenaikan kemurnian NLS dan terjadi kemurnian yang maksimum
ketika suhu mencapai 90
O
C, pada suhu diatas 100
O
C terjadi penurunan kemurnian NLS. Hal ini disebabkan karena temperatur diatas suhu reaksi juga mengakibatkan
degradasi yang kuat dan membentuk reaksi samping yang ditandai dengan perubahan warna produk NLS yang cenderung semakin berwarna coklat tua
Operasi pemisahan dan penanganan sisa lignin dan sisa agen penyulfonasi natrium bisulfit dengan NLS yang terbentuk juga sangat mempengaruhi tingkat
kemurnian NLS, serta suhu pengeringan dijaga dipertahankan dibawah 60 C
4.1.7 Identifikasi Produksi Natrium Lignosulfonat NLS