HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
4.2.2 Analisis Struktur Kristal Kertas dengan XRD
4.2.2.1 Analisis Struktur Kristal Kertas Konvensional dan Kertas dengan Perlakuan Alkalin dan Ultrasonikasi-NaOH
Gambar 4.5 Difraktogram XRD dari Pulp Kertas Konvensional dengan Pulp Kertas Melalui Perlakuan Alkalin dengan Ultrasonikasi-NaOH
Pada Gambar 4.5 menunjukkan pola difraksi kertas konvensional dan pulp kertas dengan perlakuan ultrasonik-NaOH, dimana perubahan kristalinitas selulosa pulp kertas konvensional dengan pulp kertas yang diberikan perlakuan ultrasonikasi-NaOH selama 30, 60 serta 90 menit memiliki persentasi sedikit berbeda. Nilai kristalinitas pulp hasil penelitian ini disajikan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Nilai Kristalinitas Pulp Kertas Konvensional, Ultrasonikasi-NaOH 30 menit, 60 menit dan 90 menit
Perlakuan Waktu (menit) Kristalinitas (%)
Konvensional - 86,88
30 74,27
Ultrasonik-NaOH 60 74,00
90 73,08
Pada Tabel 4.1 menunjukkan bahwa larutan alkali dapat memberikan pengaruh pada nilai kristalinitasnya. Hal ini dilihat dari nilai kristalinitas yang berbeda-beda pada sampel dengan ultrasonik-NaOH. Pulp kertas konvensional menunjukkan pola difraksi yang luas karena adanya selulosa, hemiselulosa dan lignin. Crystallinity index (CrI) dari kertas konvensional yaitu 86,88% dibandingkan pulp kertas perlakuan ultrasonikasi-NaOH yaitu 74,27%, 74,00%, 73,08%.
Semakin teratur dan panjang susunan suatu atom yang membentuk kristal, maka jumlah cacahan dari intensitas yang mengenai atom-atom akan semakin banyak sehingga semakin banyak pula cacahan difraksi yang diterima oleh detektor yang menyebabkan intensitas terbentuk runcing dan tajam.
4.2.2.2 Analisis Struktur Kristal Kertas Konvensional dan Kertas dengan
Gambar 4.6 Difraktogram XRD dari Kertas Konvensional dengan Kertas Melalui Perlakuan Alkalin dengan Ultrasonikasi- Mg(OH)2
Pada Gambar 4.6 menunjukkan bahwa nilai kristalinitas pulp kertas konvensional dengan pulp kertas yang diberikan perlakuan ultrasonikasi- Mg(OH)2 selama 30, 60 serta 90 menit mengalami penurunan. Nilai kristalinitas pulp hasil penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Nilai Kristalinitas Pulp Kertas Konvensional, Ultrasonikasi-Mg(OH)2 30 menit, 60 menit dan 90 menit
Perlakuan Waktu (menit) Kristalinitas (%)
Konvensional - 86,88
Ultrasonik-Mg(OH)2
30 72,41
60 71,92
90 71,49
Berdasarkan Tabel 4.2 terlihat dengan jelas bahwa nilai kristalinitas dari kertas konvensional lebih tinggi yaitu 86,88% dibandingkan pulp kertas dengan perlakuan ultrasonikasi-Mg(OH)2 yaitu 72,41%, 71,92% dan 71,49%. Nilai
kristalintas mengalami penurunan seiring dengan perlakuan alkali dan lamanya waktu ultrasonik yang dilakukan. Hal ini dikarenakan selama pemasakan digunakan larutan alkali yang selektif menyerang lignin (dibandingkan terhadap selulosa) sehingga terdegradasi dan larut. Degradasi lignin selama perlakuan alkali terjadi karena rusaknya rantai aril eter yang merupakan sekitar 50-70% dari total rantai pada lignin (Subhedar & Gogate, 2014). Hasil data menyajikan pola-pola amorf berdasarkan refleksi kecil sudut dan puncak 2θ antara 25 hingga 30 tidak menunjukkan perubahan pada pola struktur pulp kertas. Dimana gelombang ultrasonik merambat melalui medium cair menghasilkan turbulensi dan sirkulasi cair (streaming mikro) yang menghasilkan peningkatan kecepatan transfer massa yang signifikan sehingga meningkatkan tingkat delignifikasi (Wu, Lin, & Chau, 2001).
4.2.3 Analisis Gugus Fungsi dengan FT-IR
Karakterisasi menggunakan FT-IR dilakukan untuk mengetahui perubahan gugus fungsi sebelum dan sesudah proses ultasonokimia dengan penggunaan alkalin.
Analisis FT-IR menggunakan alat Shimadzu IR Prestige-21 dilakukan pada rentang bilangan gelombang 4500-500 cm-1. Semua sampel yang dianalisis dalam bentuk padat berupa pelet KBr.
4.2.3.1 Analisis Gugus Fungsi Kertas Konvensional dan Kertas dengan Perlakuan Alkalin dan Ultrasonikasi-NaOH
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
% T
Bilangan Gelombang (cm-1)
Pulp
Konvensional
NaOH 30 menit NaOH 60 menit
NaOH 90 menit
Gambar 4.7 Spektrum FTIR dari Pulp Kertas, Kertas Konvensional dengan Kertas Melalui Perlakuan Alkalin dengan Ultrasonikasi-NaOH
Pada Gambar 4.7 menunjukkan hasil uji FT-IR dari pulp kertas, kertas konvensional dan perlakuan ultrasonikasi-NaOH selama 30 menit, 60 menit dan 90 menit. Pada grafik pola FT-IR terdapat cekungan atau gelombang pada spektrum transmitansi yang menunjukkan adanya partikel yang berinteraksi dengan radiasi inframerah pada panjang gelombang tersebut. Cekungan tersebut menunjukkan ikatan unsur pada sampel yang diuji. Hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Bilangan Gelombang dari Gugus Fungsi pada Pulp Kertas, Kertas Konvensional, Ultrasonikasi-NaOH selama 30 menit, 60 menit, dan 90 menit.
Bilangan Gelombang (cm-1)
Pulp Konvensional Ultrasonikasi-NaOH Gugus
30 menit 60 menit 90 menit Fungsi
Berdasarkan Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa terdapat ikatan O-H stretching pada puncak gelombang 3348 cm-1 dan 1033-1273 cm-1 menunjukkan adanya selulosa di dalam sampel. Pita-pita ini dikaitkan dengan adanya vibrasi O-H stretching dan ikatan hidrogen antar molekul dalam struktur fenolik dan alifatik.
Adanya hemiselulosa dikonfirmasi pada pita dengan panjang gelombang 1273 cm-1 dan 902 cm-1. Pita-pita ini menunjukkan unconjugated C=O stretching dalam kelompok asetil pada hemiselulosa. Pita pada 1427 dan 1635 cm-1 menunjukkan kerangka aromatik C=C lignin. Hasil ini merupakan komponen utama penyusun kertas koran.
Perlakuan ultrasonikasi-NaOH dengan waktu 60 menit pada panjang gelombang 2924 cm-1 memiliki intensitas sebesar 20,809 lebih tinggi dibandingkan dengan kertas metode konvensional pada panjang gelombang 2900 cm-1 memiliki intensitas sebesar 11,417. Ini menunjukkan adanya penurunan intensitas yang disebabkan sifat NaOH yang dapat menghilangkan atau memutus ikatan lignin pada proses delignifikasi.
4.2.3.2 Analisis Gugus Fungsi Kertas Konvensional dan Kertas dengan Perlakuan Alkalin dan Ultrasonikasi- Mg(OH)2
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
% T
Bilangan Gelombang (cm-1) Pulp
Konvensional
Mg(OH)2 30 menit Mg(OH)2 60 menit
Mg(OH)2 90 menit
Gambar 4.8 Spektrum FTIR dari Pulp Kertas, Kertas Konvensional dengan Pulp Kertas Melalui Perlakuan Alkalin dengan Ultrasonikasi-Mg(OH)2
Pada Gambar 4.8 menunjukkan hasil uji FT-IR dari pulp kertas, kertas konvensional dan perlakuan ultrasonikasi- Mg(OH)2 selama 30 menit, 60 menit dan 90 menit. Perbandngan spektrum FT-IR perlakuan ultrasonikasi-NaOH dengan ultrasonikasi-Mg(OH)2 memiliki struktur yang mirip dan hampir tidak memiliki perubahan struktur yang signifikan. Hasil analisis dengan perlakuan ultrasonikasi- Mg(OH)2 dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Bilangan Gelombang dari Gugus Fungsi pada Pulp Kertas, Kertas Konvensional, Ultrasonikasi-Mg(OH)2 selama 30 menit, 60 menit, dan 90 menit.
Bilangan Gelombang (cm-1)
Pulp Konvensional Ultrasonikasi-Mg(OH)2 Gugus
30 menit 60 menit 90 menit Fungsi jauh berbeda jika dibandingkan dengan perlakuan ultrasonikasi-NaOH. Berdasarkan hasil analisis gugus fungsi menggunakan FT-IR terlihat bahwa penghilangan tinta menggunakan metode ultrasonokimia tidak mempengaruhi gugus fungsi yang terdapat dalam sampel.
Perlakuan ultrasonikasi-Mg(OH)2 dengan waktu 30 menit pada panjang gelombang 2916 cm-1 memiliki intensitas sebesar 4,887 lebih rendah dibandingkan dengan kertas metode konvensional pada panjang gelombang 2900 cm-1 memiliki intensitas sebesar 11,417. Ini menunjukkan adanya kenaikan intensitas yang disebabkan sifat Mg(OH)2 yang merupakan basa lemah.
Dapat diamati bahwa intensitas pita pada 3356 cm-1 diperkuat dengan adanya perlakuan ultrasonikasi-alkalin. Hal ini dikaitkan karena adanya peningkatan kandungan selulosa pada kertas koran yang diberi perlakuan dibandingkan yang tidak diberi perlakuan. Pada kertas koran yang diberi perlakuan masih terdapat pita hemiselulosa, tetapi pita untuk lignin sudah hilang. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar lignin telah hilang akibat perlakuan ultrasonikasi-alkalin.
4.2.4 Analisis Degradasi Termal dengan TGA
4.2.4.1 Analisis SifatTermal Pulp Kertas Konvensional dan Pulp Kertas dengan Perlakuan Alkalin dan Ultrasonikasi-NaOH
Gambar 4.9 Kurva TGA Kertas Konvensional dan Ultrasonikasi-NaOH
Kurva pada Gambar 4.9 menunjukkan bahwa keempat sampel yang diuji memberikan kurva yang hampir sama, dimana degradasi termal yang terjadi dapat menjadi 3 bagian. Stabilitas termal pulp kertas konvensional dan pulp kertas dengan perlakuan alkalin dan ultrasonikasi-NaOH ditentukan dengan analisis TGA/DTG (Gambar 4.9). Gambar 4.9 menunjukkan bahwa secara umum sampel kertas mengalami tiga fase perubahan selama proses pemanasan pada alat TGA. Fase pertama merupakan proses pelepasan molekul air (evaporasi) pada rentang suhu 30-105oC (Singh, Kulkarni, Kumar, & Vashistha, 2018). Proses evaporasi menyebabkan terjadinya kehilangan massa 8-10% dari massa awal. Fase perubahan kedua terjadi pada rentang 105-250oC merupakan proses dehidroksilasi dan devolatisasi (Singh et al., 2018), dan terjadi pengurangan massa 69-73%. Fase karbonisasi dan dekomposisi senyawa organik merupakan fase ketiga yang terjadi selama proses pengujian termal dan terjadi pada rentang 250-600°C. Sampel pulp kertas yang dipreparasi dengan metode konvensional memiliki massa residu sebesar 5,9% sedangkan metode ultrasonikasi-NaOH memiliki massa residu lebih tinggi yaitu sebesar 16,5% pada
Tabel 4.5 Data T20 Tmax, dan T80 pada kertas konvensional, Ultrasonikasi- NaOH 30 menit, 60 menit dan 90 menit
Konvensional Ultrasonikasi-NaOH
30 menit 60 menit 90 menit kertas yang dipreparasi dengan metode konvensional dan ultrasonik-NaOH. Nilai T20 dan T80 menunjukkan suhu pada saat terjadi degradasi massa 20 dan 80%, sedangkan Tmax menunjukkan suhu pada saat terjadi degradasi maksimum yang diperoleh dari kurva DTG. Dapat dilihat pada Gambar 4.10 di bawah ini.
Gambar 4.10 Kurva DTG Pulp Kertas Konvernsional dan Pulp Kertas dengan Ultrasonikasi-NaOH
Pada kurva DTG (Gambar 4.10) dan Tabel 4.3 menunjukkan adanya proses dekomposisi kertas metode konvensional dan ultrasonikasi-NaOH terjadi satu tahap yang ditandai dengan adanya satu buah puncak pada kurva DTG. Kertas yang dipreparasi dengan metode konvensional memiliki nilai Tmax pada suhu 341°C
0 100 200 300 400 500 600
dengan laju dekomposisi 1,71 mg/min, sementara kertas dengan ultrasonik-NaOH dengan waktu 30 menit memiliki nilai Tmax pada suhu 345°C dengan laju dekomposisi 1,64 mg/min. Dari data TGA terlihat, kertas dengan ultrasonik-NaOH dengan waktu 60 menit memiliki nilai Tmax pada suhu 346°C dengan laju dekomposisi 1,42 mg/min. Kertas dengan ultrasonik-NaOH dengan waktu 90 menit menunjukkan nilai Tmax pada suhu 347°C dengan laju dekomposi 1,13 mg/min.
Berdasarkan Tabel 4.5 terlihat dengan jelas bahwa peningkatan waktu ultrasonik pada saat proses pembuatan kertas dapat meningkatkan sifat termal kertas.
Hal ini dapat terjadi karena penggunaan ultrasonik dapat meningkatkan kemurnian pulp kertas yang dihasilkan sehingga kestabilan termalnya lebih tinggi. Hal ini dapat menjadi keuntungan untuk pengaplikasian ultrasonikasi di dunia industri (Liu et al., 2006).
4.2.4.2 Anallisis Sifat Termal Pulp Kertas Konvensional dan Pulp Kertas dengan Perlakuan Alkalin dan Ultrasonikasi-Mg(OH)2
0 100 200 300 400 500 600
Gambar 4.11 Kurva TGA Kertas Metode Konvensional dan Ultrasonikasi-Mg(OH)2
Kurva pada Gambar 4.11 menunjukkan bahwa semua sampel yang diuji memberikan kurva yang hampir sama, dimana degradasi termal yang terjadi dapat menjadi 3 bagian. Dapat dilihat pada Tabel 4.4 di bawah ini.
Tabel 4.6 Data T20, Tmax, dan T80 Pada Kertas Konvensional, Ultrasonikasi-Mg(OH)2
30menit, 60 menit dan 90 menit
Konvensional Ultrasonikasi-Mg(OH)2
30 menit 60 menit 90 menit
Jika dibandingkan dengan kertas yang diproses secara konvensional terlihat bahwa sifat termal dari kertas yang diproses dengan Mg(OH)2 secara ultrasonik jauh lebih baik. Hal ini terlihat suhu pada saat kertas kehilangan berat sebesar 20% dan 80% meningkat seiring dengan ditingkatkannya waktu ultrasonikasi.
0 100 200 300 400 500 600
Gambar 4.12 Kurva DTG Pulp Kertas Metode Konvernsional dan Pulp Kertas dengan Metode Ultrasnoikasi-Mg(OH)2
Pada kurva DTG, terlihat jika proses dekomposisi seluruh sampel berlangsung dalam satu tahap dengan puncak dekomposisi kertas konvensional pada suhu 341,6°C dengan laju dekomposisi 1,71 mg/min, sementara kertas dengan ultrasonik-Mg(OH)2 dengan waktu 30 menit memiliki suhu puncak dekomposisi pada 346,4°C dengan laju dekomposisi 1,06 mg/min, kertas dengan
ultrasonik-Mg(OH)2 dengan waktu 60 menit memiliki suhu puncak dekomposisi pada 349,3°C dengan laju dekomposisi 1,13 mg/min. Sedangkan kertas dengan ultrasonik-Mg(OH)2 dengan waktu 90 menit memiliki suhu puncak dekomposisi pada 350,6°C dengan laju dekomposisi 0,923 mg/min. Dari kurva DTG tergambar dengan jelas bahwa peningkatan waktu pada saat melakukan ultrasonikator saat proses pembuatan kertas meningkatkan sifat termal dari kertas. Hal itu terlihat dengan meningkatnya nilai Tmaks seiring dengan ditingkatkannya waktu ultrasonikasi pada pulp kertas dengan ultrasonikasi Mg(OH)2. Hal ini dapat terjadi karena fisikal metode seperti sonikator adalah perlakuan awal untuk mengurangi konsumsi bahan kimia pada kertas daur ulang. Meningkatnya kemurnian pada pulp kertas daur ulang diketahui dapat meningkatkan kestabilan termal dari kertas daur ulang (Virk, Puri, Gupta, Capalash, & Sharma, 2013).
4.2.5 Analisis SEM (Scanning Electron Microscope) pada Pulp Koran Bekas