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
