PENINGKATAN KINERJA
PULPING
SODA DENGAN
PENAMBAHAN BIOADITIF SERBUK KAYU JATI
APRILIA KARTIKAWATI
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Peningkatan Kinerja
Pulping Soda dengan Penambahan Bioaditif Serbuk Kayu Jati adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2013
Aprilia Kartikawati
RINGKASAN
APRILIA KARTIKAWATI. Peningkatan Kinerja Pulping Soda dengan Penambahan Bioaditif Serbuk Kayu Jati. Dibimbing oleh DEDED SARIP NAWAWI dan ANNE CAROLINA.
Zat ekstraktif kayu jati (Tectona grandis) dengan kandungan utama 2-metilantrakuinon atau tektokuinon dapat dimanfaatkan sebagai aditif proses
pulping soda. Zat ekstraktif kayu dapat diisolasi dari limbah pengolahan kayu seperti sisa potongan, kulit, dan serbuk kayu jati. Penambahan ekstrak kayu jati pada pulping soda mampu meningkatkan selektifitas delignifikasi. Akan tetapi, penggunaan bahan aditif dalam bentuk ekstrak masih kurang praktis karena memerlukan penyiapan bahan yang tidak mudah. Oleh karena itu, perlu dikaji kemungkinan penggunaan langsung dalam bentuk serbuk kayu jati. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh penambahan serbuk kayu jati sebagai bahan aditif pulping soda, melalui pengukuran rendemen dan lignin sisa pulp. Metodeyang digunakan yakni pulping soda, dengan penambahan serbuk kayu jati ukuran 60-100 mesh setara kadar tektokuinon 0.05%; 0.10%; 0.15%; 0.20%. Untuk pembanding digunakan pulping dengan penambahan bahan antrakuinon komersial 0.10% dan pulping soda tanpa penambahan bahan aditif. Rendemen pulp tersaring dihitung, kadar lignin sisa dalam pulp, dan kelarutan pulp dalam NaOH 1% juga diukur untuk menduga tingkat degradasi polisakarida.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pulping soda dengan penambahan serbuk kayu jati setara 2-metilantrakuinon (MAQ) memberikan pengaruh terhadap rendemen, kadar lignin sisa, dan kadar polisakarida pulp yang dihasilkan. Rendemen meningkat sekitar 4-6% dibandingkan dengan pemasakan soda kontrol, dengan rendemen tertinggi pada penambahan serbuk kayu jati setara kadar tektokuinon 0.10% sebesar 51.60%. Kadar lignin sisa pulp semakin rendah diperoleh dengan semakin tinggi konsentrasi penambahan serbuk kayu jati. Kadar lignin sisa pulp hasil pemasakan dengan penambahan serbuk kayu jati berkisar 1.38-1.58%. Penambahan serbuk kayu jati setara 2-metilantakuinon 0.10% sudah mampu meghasilkan pulp dengan kadar lignin sisa lebih rendah dibandingkan dengan kontrol. Kadar polisakarida pulp setelah pemasakan pulping soda dengan perlakukan penambahan serbuk kayu jati sejalan dengan yang ditunjukkan oleh nilai rendemen pulp. Perlakuan penambahan serbuk kayu jati mampu mempertahankan kadar polisakarida pulp sekitar 5-7% dibandingkan dengan
pulping soda kontrol. Berdasarkan nilai kelarutan pulp dalam NaOH 1%, walupun berfluktuasi secara statistik tidak dipengaruhi oleh penambahan serbuk kayu jati dengan konsentrasi yang berbeda. Penambahan serbuk kayu jati setara dengan kadar 2-metilantrakuinon 0.10-0.20% menghasilkan karakter proses pulping soda yang lebih baik dibandingkan dengan pulping soda kontrol.
ABSTRAK
APRILIA KARTIKAWATI. Peningkatan Kinerja Pulping Soda dengan Penambahan Bioaditif Serbuk Kayu Jati. Dibimbing oleh DEDED SARIP NAWAWI dan ANNE CAROLINA.
Zat ekstraktif kayu jati dengan kandungan utama 2-metilantrakuinon atau tektokuinon dapat digunakan sebagai aditif proses pulping soda. Limbah biomassa kayu jati dapat diperoleh dari limbah industri pengolahan kayu, misalnya sisa potongan kayu, kulit, dan serbuk kayu jati. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penambahan ekstrak kayu jati dapat meningkatkan selektifitas delignifikasi
pulping soda. Akan tetapi, penyiapan ekstrak kayu jati memerlukan tahapan yang tidak sederhana. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh penambahan serbuk kayu jati sebagai bahan aditif untuk meningkatkan kinerja
pulping soda. Karakteristik proses yang diuji meliputi rendemen dan lignin sisa pulp. Ukuran serbuk yang digunakan yakni 60-100 mesh dengan penambahan serbuk setara kadar tektokuinon 0.05; 0.10; 0.15; 0.20%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan serbuk kayu jati pada proses pulping soda dapat meningkatkan rendemen sekitar 4-6%, menurunkan kadar lignin sisa dalam pulp, serta mempertahankan kadar polisakarida 5-7% lebih tinggi dibandingkan pulping
soda kontrol. Penambahan serbuk kayu jati setara dengan kadar 2-metilantrakuinon 0.10-0.20% menghasilkan karakter proses pulping soda yang
lebih baik dibandingkan dengan pulping soda kontrol.
Kata kunci: bioaditif, pulping soda, Tectona grandis, tektokuinon
ABSTRACT
APRILIA KARTIKAWATI. Improvement of Soda Pulping Performance by Addition of Teak Wood Particle as a Bioadditive. Supervised by DEDED SARIP NAWAWI and ANNE CAROLINA.
control of soda pulping. The addition of teak wood particle which was equivalent to 0.10-0.20% of 2-methylanthraquinone produced better soda pulping characteristics than that of control.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
PENINGKATAN KINERJA
PULPING
SODA DENGAN
PENAMBAHAN BIOADITIF SERBUK KAYU JATI
APRILIA KARTIKAWATI
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Peningkatan Kinerja Pulping Soda dengan Penambahan Bioaditif Serbuk Kayu Jati
Nama : Aprilia Kartikawati
NIM : E24090051
Disetujui oleh Pembimbing I
Ir. Deded Sarip Nawawi, M.Sc NIP. 196601131 199103 1 001
Pembimbing II
Anne Carolina, S.Si, M.Si NIP. 19810924 200912 2 004
Diketahui oleh
Ketua Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan, IPB
Prof. Dr. Ir. Wayan Darmawan, M.Sc NIP. 19660212 199103 1 002
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan tepat waktu dengan segala usaha dan kerja keras. Tema penelitian yang dipilih yakni modifikasi proses pulping menggunakan bahan aditif pulping alami yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2012 sampai Januari 2013, dengan judul Peningkatan Kinerja Pulping Soda dengan Penambahan Bioaditif Serbuk Kayu Jati.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Abd. Madjid dan Dra. Sriwati sebagai orang tua yang luar biasa dalam mendidik anak-anaknya dengan segala usaha yang dilakukan, kasih sayang, dan doa yang diberikan. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Ir. Deded Sarip Nawawi, M.Sc dan Ibu Anne Carolina, S.Si, M.Si selaku pembimbing atas segala bimbingan, nasehat, saran, semangat yang diberikan. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada laboran Bagian Kimia Hasil Hutan Bapak Supriatin dan Mas Gunawan yang telah banyak membantu demi terlaksananya penelitian ini.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada seluruh keluarga atas dukungan moril yang diberikan, sahabat, teman-teman seperjuangan satu bimbingan, teman-teman THH, MNH, KSHE dan SVK angkatan 46 yang telah berusaha bersama menyelesaikan studi di IPB.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi semua pihak.
Bogor, Juli 2013
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
METODE 2
Waktu dan Tempat 2
Bahan dan Alat 2
Prosedur Penelitian 2
Analisis Data 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Rendemen Pulp 4
Kadar Lignin Sisa dalam Pulp 6
Kadar Polisakarida Pulp 9
Kelarutan Pulp dalam NaOH 1% 10
SIMPULAN DAN SARAN 11
Simpulan 11
Saran 11
DAFTAR PUSTAKA 12
DAFTAR GAMBAR
1 Rendemen pulp soda, soda AQ, dan soda berbahan aditif serbuk kayu
jati 5
2 Mekanisme siklus redoks 6
3 Kadar lignin sisa dalam pulp soda, soda AQ dan soda berbahan aditif
serbuk kayu jati 7
4 Hubungan antara konsentrasi MAQ dengan kadar lignin sisa dalam
pulp 8
5 Kadar polisakarida pulp soda, soda AQ, dan soda berbahan aditif
serbuk kayu jati 9
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri pulp dan kertas di Indonesia mengalami perkembangan dari waktu ke waktu, dengan peningkatan pesat terjadi pada periode dua puluh tahun terakhir, yaitu dari 0.5 juta ton pada tahun 1987 menjadi 6.5 juta ton pada tahun 2010 (IWGGF 2010). Pada kondisi ketersediaan bahan baku yang masih terbatas, upaya peningkatan rendemen produk dan penurunan potensi pencemaran lingkungan masih menjadi perhatian di industri pulp. Modifikasi alat, bahan, dan proses menjadi alternatif yang biasa digunakan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Diantara berbagai alternatif, penambahan aditif pada proses pulping banyak dilakukan dengan tujuan meningkatkan delignifikasi dan rendemen, serta menurunkan potensi pencemaran melalui pengurangan penggunaan bahan kimia.
Antrakuinon (AQ) adalah bahan aditif yang biasa digunakan sebagai katalis untuk meningkatkan delignifikasi dan rendemen pada proses pulping alkali (kraft pulping dan soda pulping). Keuntungan dari penambahan antrakuinon pada
pulping alkali adalah mampu meningkatkan laju delignifikasi, lebih selektif mendegradasi lignin, pengurangan jumlah pemakaian alkali, peningkatan rendemen dan sifat-sifat pulp (Smook 1994, Fengel & Wegener 1989). Adanya antrakuinon dalam proses pulping dapat meningkatkan degradasi lignin dan mengurangi reaksi pengelupasan rantai selulosa (peeling off) sehingga kualitas serat selulosa masih tinggi dan rendemen yang dihasilkan juga tinggi. Namun, secara tidak langsung penambahan bahan aditif ini akan menambah biaya produksi karena harganya relatif mahal dan recovery bahan tersebut masih sulit.
Alternatif bahan aditif potensial dihasilkan dari zat ekstraktif kayu jati dengan senyawa utama 2-metilantrakuinon (Leyva et al. 1998, Suyono 2010, Wardani 2010). Penambahan ekstrak kayu jati dengan senyawa utama tektokuinon efektif meningkatkan kelarutan lignin dan menurunkan kelarutan polisakarida pada tahap awal delignifikasi (initial delignification) pulping soda hampir dua kali lebih baik dibandingkan dengan penambahan antrakuinon komersial (Suyono 2010, Wardani 2010). Efektifitas yang hampir sama diperoleh pada pulping soda
dengan suhu 170˚C (Safitri 2010). Tingginya efektifitas ekstrak kayu jati sebagai
katalis pada pulping alkali, selain karena adanya tektokuinon, juga terdapat senyawa antrakuinon alami (Sumthong et al. 2006, Puteri 2012) yang sudah dikenal sebagai bahan aditif pulping alkali (Smook 1994).
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa pengaruh penambahan serbuk kayu jati sebagai bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pulping soda. Karakteristik proses yang diuji meliputi rendemen dan lignin sisa pulp.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai kemungkinan pemanfaatan limbah kayu jati dalam bentuk serbuk yang memiliki kandungan utama tektokuinon sebagai aditif dalam pulping soda. Hal ini akan berkontribusi pada peningkatan efisiensi proses di industri pulp dan efisiensi pemanfaatan sumberdaya alam kayu.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2012 hingga Januari 2013. Tempat penelitian dilaksanakan di laboratorium Bagian Kimia Hasil Hutan, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari kayu jati berumur 45 tahun berasal dari KPH Madiun, Jawa Timur sebagai bahan aditif pada proses
pulping soda, dan serpih (chip) kayu sengon dari pohon berumur 4 tahun berasal dari Cibeureum, Desa Petir, Kabupaten Bogor yang digunakan sebagai bahan baku dalam proses pulping. Bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini antara lain natrium hidroksida (NaOH), antrakuinon komersial, asam sulfat (H2SO4), asam asetat (CH3COOH), air suling.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain golok, willey mill,
saringan elektrik, digester, oven, desikator, timbangan analitik, erlenmeyer, gelas ukur, gelas piala, penangas air, corong, kertas saring, alumunium foil, pengaduk kaca.
Prosedur Penelitian
Penyiapan Bahan Baku
3 Pengukuran Kadar Air Sampel
Kadar air serpih kayu sengon dan serbuk kayu jati diukur untuk digunakan sebagai faktor koreksi setiap berat kayu yang digunakan. Sebanyak 1 g sampel dikeringkan dalam oven dengan suhu 103±2˚C selama 24 jam atau hingga beratnya konstan. Kadar air dihitung dari perbandingan antara berat air terhadap berat kering contoh uji dinyatakan dalam persen.
Pemasakan Pulp dengan Penambahan Serbuk Kayu Jati
Proses pulping soda dilakukan untuk mengolah serpih kayu menjadi pulp. Kondisi pulping terdiri atas alkali aktif 20%, nisbah cairan terhadap berat serpih
4:1, suhu maksimum 170˚C, dan waktu pemasakan total 3.5 jam (1.5 jam waktu
penetrasi dan 2 jam waktu pemasakan pada suhu maksimum). Penambahan serbuk kayu jati sebagai bahan aditif setara kadar tektokuinon 0.05; 0.10; 0.15; 0.20% dari bobot serpih yang dimasak. Untuk pembanding digunakan pulping dengan penambahan bahan antrakuinon komersial 0.10% dan pulping soda tanpa penambahan bahan aditif. Pemasakan menggunakan alat digester dan berat serpih setiap pemasakan 100 g. Rendemen pulp tersaring dihitung kemudian pulp disimpan dalam wadah tertutup. Selain rendemen, kadar lignin sisa dalam pulp dan kelarutan pulp dalam larutan NaOH 1% juga diukur untuk menduga tingkat degradasi polisakarida.
Penentuan Rendemen Pulp
Pulp kering udara di oven sampai bobotnya konstan. Rendemen dihitung sebagai perbandingan antara berat tersaring pulp hasil pemasakan pulping soda (A g) dengan berat kering tanur (BKT) awal chip kayu sengon (B g) yang digunakan dan dinyatakan dalam persen.
Pulp yang telah diketahui kadar airnya (2 g) dihidrolisis dengan asam sulfat (H2SO4) 72% selama 3 jam pada suhu ruangan. Hidrolisis dilanjutkan pada konsentrasi asam sulfat 3% pada suhu 120˚C selama 30 menit dengan menggunakan autoclave. Padatan lignin disaring menggunakan kertas saring dan dibilas hingga bebas asam. Padatan lignin klason dikeringkan dalam oven dengan
suhu 103±2˚C dan ditimbang hingga beratnya konstan.
Lignin % = berat lignin (g)
berat pulp (g) x 100 %
Penentuan Kelarutan Pulp dalam NaOH 1%
Pulp basah setara 2 g berat kering dimasukkan ke dalam gelas piala 200 ml dan ditambahkan 100 ml larutan NaOH 1%. Larutan tersebut dipanaskan dalam
4
menit. Selanjutnya sampel disaring, dicuci dengan 100 ml aquades panas, dilanjutkan dengan 25 ml asam asetat 10% sebanyak 2 kali, dan dicuci dengan air panas sampai bebas asam. Sampel kemudian di oven pada suhu 103±2 °C hingga beratnya konstan.
Kelarutan % =BKT A-BKT B
BKT A x 100% BKT A : Berat kering oven pulp sebelum ekstraksi (g)
BKT B : Berat kering oven setelah ekstraksi (g)
Analisis Data
Data yang diperoleh ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik menggunakan Microsoft Office Excell 2013. Selanjutnya data di uji Anova menggunakan software SPSS16.0 for windows dengan model Rancangan Acak Lengkap (RAL). Hasil analisis ragam yang menunjukkan perlakuan yang berpengaruh terhadap respon diuji lebih lanjut dengan DMRT (Duncan Multiple Range Test) pada taraf 5%. Rancangan percobaan dimodelkan sebagai berikut :
Yij = µ + τi +
ϵij
Keterangan :Yij = nilai pengamatan pada ulangan ke-j yang memperoleh metode pemasakan ke-i
µ = nilai tengah populasi
τi = pengaruh perlakuan metode pemasakan ke-i
ϵ
ij = pengaruh galat dari ulangan ke-j yang memperoleh metode pemasakan ke-iHASIL DAN PEMBAHASAN
Rendemen Pulp
Rendemen merupakan salah satu kriteria penting pada industri pulp dan kertas, karena menggambarkan produk pulp yang dihasilkan dan efisiensi proses. Rendemen menyatakan perbandingan antara pulp hasil pemasakan terhadap bahan baku yang diolah. Efisiensi proses pulping dapat ditunjukkan oleh rendemen dan kualitas pulp tinggi, serta penggunaan bahan kimia sedikit. Menurut MacLeod (2007) salah satu faktor utama yang mempengaruhi rendemen yakni modifikasi untuk meningkatkan pulping kimia. Pada penelitian ini digunakan modifikasi proses dengan bahan aditif serbuk kayu jati.
Proses pulping soda dengan penambahan serbuk kayu jati setara 2-metilantrakuinon (MAQ) 0.05-0.20% mampu meningkatkan rendemen tersaring
5 Peningkatan rendemen pulp yang diperoleh dalam penelitian ini lebih tinggi dibandingkan dengan pulping soda antrakuinon komersial (soda AQ) hasil penelitian Khristova dan Karar (1998) yang menghasilkan peningkatan rendemen 2-3%. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa proses pulping soda dengan penambahan bahan aditif serbuk setara 2-metilantrakuinon dan antrakuinon komersial 0,10% menghasilkan rendemen yang hampir sama. Sementara itu penelitian Leyva et al. (1998), proses alkali dengan aditif berbahan ekstrak kayu jati lebih baik dibandingkan dengan penambahan antrakuinon komersial. Perbedaan bahan aditif kayu jati berbentuk serbuk dalam penelitian ini dengan berbentuk ekstrak (Leyva et al. 1998) dapat menjadi penyebab perbedaan tersebut. Akan tetapi, walaupun bahan aditif kayu jati berbahan ekstrak lebih baik dibandingkan dengan serbuk, jika ditinjau dari kepraktisan dan biaya penyiapan bahan, aditif berbahan serbuk lebih mudah untuk diaplikasikan dengan biaya penyiapan bahan yang lebih rendah dibandingkan dengan penggunaan ekstrak.
Gambar 1 Rendemen pulp soda, soda AQ, dan soda berbahan aditif serbuk kayu jati.
Uji statistik menunjukkan bahwa penambahan serbuk kayu jati pada pulping
soda berpengaruh nyata terhadap rendemen pulp. Berdasarkan uji lanjut Duncan perlakuan penambahan serbuk kayu jati dengan konsentrasi yang berbeda (0.05-0.20%) menghasilkan rendemen berbeda nyata terhadap kontrol, sedangkan antar perlakuan penambahan serbuk kayu jati tidak berbeda nyata, dengan nilai tertinggi pada soda MAQ 0.10% sebesar 51.60%. Walaupun berfluktuasi, terdapat kecenderungan adanya korelasi antara peningkatan rendemen pulp dengan penambahan bahan aditif yang semakin tinggi. Hal ini menunjukkan MAQ alami dalam serbuk kayu jati memiliki sifat yang sama dengan AQ dalam menstabilisasi polisakarida dalam kayu yang dimasak selama proses pulping sehingga rendemen pulp meningkat.
Mekanisme reaksi katalis 2-metilantrakuinon dapat menstabilisasi polisakarida kemungkinan sama dengan antrakuinon. Melalui reaksi redoks, antrakuinon mengoksidasi gugus ujung pereduksi karbohidrat menghasilkan antrahidrokuinon (AHQ). Selanjutnya AHQ bereaksi dengan lignin menghasilkan kembali antrakuinon, sehingga meningkatkan derajat delignifikasi. Pengubahan reduksi-oksidasi ini merupakan persyaratan untuk pengefektifan stabilisasi polisakarida dalam pembuatan pulp alkali (Adiwinata & Brogdon 2011, Fengel &
6
Wegener 1989). Pada penelitian Puteri (2012) diperoleh kadar antrakuinon dari kayu jati asal Jawa Timur dengan ekstraksi pelarut etanol : toluena (1:1) menghasilkan kadar 2-metilantrakuinon sebesar 23.85%.
Gambar 2 Mekanisme siklus redoks.
Kontribusi penambahan serbuk kayu jati terhadap rendemen tidak berpengaruh signifikan dan hanya berkisar 0.16-0.74%. Semakin tinggi konsentrasi penambahan serbuk kayu jati, kontribusi bobot terhadap rendemen tersaring pulp juga semakin tinggi. Secara umum pemasakan soda dengan penambahan serbuk kayu jati mampu meningkatkan rendemen yang dihasilkan dibandingkan dengan pemasakan soda dan setara dengan rendemen yang dihasilkan pada pemasakan pulping soda dengan penambahan antrakuinon komersial. Meningkatnya rendemen yang dihasilkan berimplikasi pada penggunaan bahan baku yang lebih efisien, dimana saat ini permasalahan umum yang sedang dihadapi oleh industri pulp dan kertas adalah kesulitan dalam pengadaan bahan baku.
Kadar Lignin Sisa dalam Pulp
Pulping soda merupakan metode pembuatan pulp secara kimia menggunakan natrium hidroksida (NaOH). Bahan kimia ini berfungsi untuk mendegradasi dan melarutkan lignin (Fengel & Wegener 1989). Proses delignifikasi bertujuan untuk melarutkan lignin dalam kayu sehingga mempermudah pemisahan lignin dengan serat dan merupakan tujuan utama dari
pulping. Ikatan β-aryl eter dan α-aryl eter merupakan jenis ikatan lignin yang dominan baik pada lignin softwood maupun hardwood. Pemutusan ikatan tersebut berkontribusi pada degradasi lignin (Gullichsen & Paulapuro 2000). Berdasarkan penelitian Lourenço et al. (2012), pemasakan pada suhu 170˚C, delignifikasi
7 Sumada et al. (2011) menyebutkan faktor yang mempengaruhi proses delignifikasi diantaranya waktu pemasakan, konsentrasi larutan pemasak, pencampuran bahan yang dipengaruhi oleh pengadukan, perbandingan larutan pemasak dengan bahan, ukuran bahan, serta suhu dan tekanan digester. Dalam proses pulping, larutan NaOH berfungsi untuk melarutkan lignin dan zat-zat ekstraktif lainnya yang terdapat dalam bahan baku sehingga diperoleh serat-serat selulosa.
Kadar lignin sisa dalam pulp setelah pemasakan menjadi parameter penting dalam sebuah industri pulp untuk menentukan proses selanjutnya. Lignin sisa dalam pulp biasa dikenal dengan bilangan kappa, sebagai indikator sifat mudah diputihkan dari pulp hasil pemasakan dan banyaknya konsumsi bahan kimia untuk pemutihan pulp. Menurut Casey (1980) lignin merupakan bagian komponen utama kayu yang keberadaannya sangat tidak diharapkan dalam industri pulp dan kertas. Hal ini karena lignin dapat menurunkan ketahanan fisik pulp dan menyebabkan pulp berwarna gelap sehingga meningkatkan konsumsi bahan kimia proses pemutihan.
Dalam penelitian ini, kadar lignin sisa dalam pulp diukur sebagai lignin Klason. Kadar lignin sisa dalam pulp hasil pemasakan soda dengan penambahan MAQ berkisar 1.38-1.58%, sedangkan pulp pemasakan soda kontrol berkadar lignin 1.43% (Gambar 3). Pada pemasakan soda MAQ 0.05% kadar lignin klason pulp masih lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol. Hal ini dapat disebabkan adanya penambahan lignin dari serbuk kayu jati yang digunakan. Setelah dikoreksi dengan kadar lignin sisa dalam serbuk kayu jati, pulp dari semua perlakuan memiliki kadar lignin sisa lebih rendah dibandingkan dengan kontrol. Kontribusi lignin dari penambahan serbuk kayu jati pada pulp sekitar 0.16% (0.15-0.17%).
Gambar 3 Kadar lignin sisa dalam pulp soda, soda AQ dan soda berbahan aditif serbuk kayu jati.
Walaupun efektifitasnya lebih rendah dibandingkan dengan aditif berbentuk ekstrak (Leyva et al. 1998, Safitri 2010), penggunaan serbuk kayu jati setara 2-metilantrakuinon 0.05-0.20% dalam pulping soda mampu meningkatkan kelarutan lignin. Semakin tinggi konsentrasi serbuk kayu jati yang ditambahkan, kelarutan lignin semakin tinggi yang ditunjukkan oleh kadar lignin sisa pada pulp semakin rendah (Gambar 4). Hal ini identik dengan sifat katalis antrakuinon yang
8
dapat meningkatkan tingkat delignifikasi pada proses sulfat dan proses soda (Kettunen et al. 1979).
Gambar 4 Hubungan antara konsentrasi MAQ dengan kadar lignin sisa dalam pulp.
Sifat katalis tektokuinon atau 2-metilantrakuinon diduga memiliki mekanisme reaksi terhadap lignin yang hampir sama seperti antrakuinon komersial. Reaksi dimulai dengan AQ menyebabkan oksidasi gugus ujung aldehida menjadi asam-asam aldonat yang stabil dalam kondisi alkali. AQ sendiri direduksi menjadi antrahidrokuinon (AHQ). Senyawa ini bereaksi dengan lignin, yang menghasilkan peningkatan delignifikasi. Reaksi AHQ dengan unit fenol
lignin mengakibatkan pemutusan ikatan β-aryl eter setelah adanya anion AHQ
terhadap zat antara kuinon, hingga mempercepat delignifikasi. Laju delignifikasi yang dipercepat pada pulping soda AQ sebagai hasil peningkatan delignifikasi dari dinding sekunder dan lamela tengah dari kayu awal dan kayu akhir, dengan laju delignifikasi yang jauh lebih besar pada lamela tengah (Fengel & Wegener 1989). Seperti yang dijelaskan oleh Sjostrom (1981) bahwa konsentrasi tertinggi lignin berada pada lamela tengah kemudian konsentrasinya mengecil pada lapisan dinding sekunder.
Perlakuan metode pemasakan soda MAQ dengan konsentrasi yang berbeda berpengaruh terhadap kadar lignin klason pulp, namun tidak terjadi pada kadar lignin klason terkoreksi. Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa perlakuan penambahan serbuk kayu jati berbeda nyata dengan pemasakan soda AQ dan tidak berbeda nyata dengan kontrol. Kadar lignin sisa pulp terendah pada pemasakan soda MAQ 0.20% sebesar 1.38%. Penurunan kadar lignin sisa dalam pulp akan menurunkan konsumsi bahan kimia pemutih pulp. Kebutuhan bahan kimia pemutih akan lebih rendah, dengan tingkat kecerahan yang sama dengan target saat pemasakan tanpa bahan aditif. Implikasi menguntungkan lainnya adalah berkurangnya biaya keperluan bahan kimia pemutihan pulp. Selain itu, terjadi pula efisiensi waktu bilamana pulping dengan target kadar lignin sisa yang sama akan lebih cepat tercapai dengan pemasakan disertai dengan bahan aditif. Pengaruh tidak langsung yang terjadi adalah efisiensi energi karena penggunaan energi berkurang dengan berkurangnya waktu pemasakan.
y = -122x + 1.598
9 Kadar Polisakarida Pulp
Kadar polisakarida dalam pulp diduga dengan pengurangan seratus persen rendemen dengan persen kadar lignin sisa dalam pulp. Dalam proses pulping
diharapkan kadar polisakarida pulp pada akhir pemasakan tinggi. Kadar polisakarida pulp setelah pemasakan pulping soda dengan perlakukan penambahan serbuk kayu jati sejalan dengan yang ditunjukkan oleh nilai rendemen pulp (Gambar 1 & 5).
Gambar 5 Kadar polisakarida pulp soda, soda AQ, dan soda berbahan aditif serbuk kayu jati.
Perlakuan penambahan serbuk kayu jati mampu mempertahankan kadar polisakarida pulp sekitar 5-7% dibandingkan dengan pemasakan soda kontrol. 2-metilantrakuinon dalam serbuk kayu jati diduga sebagai senyawa yang berperan terhadap stabilisasi polisakarida kayu selama proses pulping, seperti halnya antrakuinon. Gullichsen dan Paulapuro (2000) menjelaskan bahwa mekanisme aktifitas antrakuinon dalam proses pulping alkali merupakan mekanisme reaksi oksidasi-reduksi. Pada tahap awal antrakuinon (AQ) mengoksidasi gugus fungsi aldehida karbohidrat menjadi gugus fungsi alditol yang stabil dalam kondisi alkali, dan oleh karena reaksi tersebut antrakuinon berubah menjadi antrahidrokuinon (AHQ). Senyawa AHQ ini memiliki kemampuan untuk mendegradasi lignin menjadi fragmen-fragmen yang bersifat mudah larut. Pada reaksi delignifikasi tersebut, dihasilkan kembali AQ yang selanjutnya berfungsi sebagai oksidator karbohidrat. Melalui mekanisme itulah yang menyebabkan rendemen pulp yang dihasilkan menjadi lebih tinggi dan laju delignifikasi lebih tinggi dengan penggunaan bahan kimia yang lebih rendah.
10
Casey (1980) menjelaskan bahwa polisakarida bereaksi dengan alkali dalam berbagai cara, diantaranya larut dalam lindi hitam sebagai polisakarida, terdegradasi menjadi menjadi produk dengan berat molekul rendah yang larut atau tetap dalam serat, baik dalam bentuk asli maupun produk terdegradasi yang tidak larut tetapi mempunyai derajat polimerisasi yang rendah. Khususnya pada tahap awal delignifikasi, kemungkinan yang terjadi adalah ekstraksi dan pelarutan fraksi polisakarida berbobot molekul rendah, serta terjadinya reaksi pemutusan polimer melalui rekasi pengelupasan ujung reaktif aldehida.
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa pemasakan soda MAQ memberikan pengaruh nyata terhadap kadar polisakarida pulp. Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa perlakuan penambahan serbuk kayu jati menghasilkan kadar polisakarida berbeda nyata terhadap kontrol. Penambahan serbuk kayu jati dengan konsentrasi 0.10% menghasilkan kadar polisakarida tertinggi sebesar 50.18%. Secara umum soda pulping dengan penambahan serbuk kayu jati memiliki efektifitas yang hampir sama dengan antrakuinon komersial dalam stabilisasi polisakarida kayu. Rendemen yang semakin tinggi dengan kadar lignin sisa semakin rendah disertai kadar polisakarida yang semakin tinggi menunjukkan penambahan serbuk kayu jati dengan kandungan utama 2-metilantrakuinon dapat meningkatkan selektifitas delignifikasi dalam proses pulping dan berpotensi untuk meningkatkan rendemen pulp yang dihasilkan serta melindungi polisakarida dari degradasi selama proses pulping.
Kelarutan Pulp dalam NaOH 1 %
Larutan NaOH 1% terutama mengekstrak polisakarida berbobot molekul rendah dalam pulp. Oleh karena itu, kelarutan pulp dalam NaOH 1% juga mengindikasikan tingkat degradasi dari serat yang berlangsung selama proses
pulping alkali yang mengakibatkan rendemen yang dihasilkan rendah (Sridach 2010). Tingginya kelarutan pulp dalam NaOH 1% menunjukkan degradasi komponen kimia kayu semakin tinggi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai kelarutan pulp dalam NaOH 1% pada pemasakan soda MAQ berfluktuasi. Berdasarkan hasil uji ragam, perlakuan pemasakan yang dilakukan tidak berpengaruh nyata terhadap nilai kelarutan pulp dalam NaOH 1% yang dihasilkan. Nilai terendah diperoleh pada pemasakan soda MAQ 0.15% sebesar 3.71% dan nilai tertinggi pada pemasakan soda MAQ 0.10% sebesar 5.29%.
11 Walaupun secara statistik tidak berpengaruh nyata, penambahan serbuk kayu jati dengan ukuran 60-100 mesh kemungkinan dapat mempengaruhi kelarutan pulp dalam NaOH 1%. Nilai kelarutan pulp dalam NaOH 1% yang rendah mengindikasikan kualitas serat pulp lebih baik karena degradasi komponen kimia kayu lebih rendah. Penurunan degradasi dari polisakarida selama proses
pulping penting bagi industri pulp dan kertas, karena akan mengurangi kerusakan serat.
Pemasakan soda AQ memiliki kualitas pulp yang lebih baik dan konsumsi alkali 2-3% lebih rendah dibandingkan dengan proses pulping soda (Khristova dan Karar 1998). Selain hal tersebut, menurut Jimenéz et al. (2009) pulping soda antrakuinon banyak dipilih karena biasanya meningkatkan kualitas pulp, tidak menggunakan sulfur yang menyebabkan polusi dan bau yang tidak sedap, serta hanya membutuhkan jumlah yang sedikit dari bahan baku sudah menguntungkan, cocok untuk pulping bukan kayu dengan produksi rendah. Pada penelitian ini, dengan melihat nilai kelarutan pulp dalam NaOH 1% sebagai penduga kualitas pulp, pemasakan soda AQ lebih baik dibandingkan dengan pemasakan soda kontrol. Hal yang serupa terjadi pada pemasakan soda dengan penambahan serbuk kayu jati setara konsentrasi 2-metilantrakuinon 0.15%. Berdasarkan penelitian Yuliansyah et al. (2005) penambahan aditif 0.05-0.10% AQ dalam proses pulping
secara umum memperlihatkan peningkatan yang efektif pada kualitas akhir produk, khususnya untuk meningkatkan sifat fisik pulp.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penambahan bahan aditif antrakuinon komersial dan serbuk kayu jati dapat meningkatkan rendemen, menurunkan kadar lignin sisa dalam pulp, serta mempertahankan kadar polisakarida. Penambahan serbuk kayu jati setara dengan kadar 2-metilantrakuinon 0.10-0.20% menghasilkan karakter proses pulping soda yang lebih baik dibandingkan dengan pulping soda standar. Pulping dengan penambahan serbuk kayu jati tidak berpengaruh secara nyata terhadap kelarutan
pulp dalam NaOH 1%. Serbuk kayu jati dengan kandungan utama 2-metilantrakuinon atau tektokuinon dapat dijadikan sebagai bioaditif untuk
meningkatkan kinerja pulping soda.
Saran
12
Casey JP. 1980. Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology, 3rd edition vol IA. New York (US): Willey Interscience.
Fengel D, Wegener G. 1989. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin (GE): Walter de Gruyter & Co.
Gullichsen J, Paulapuro H. 2000. Papermaking science technologgy: Forest Product Chemistry, Book 3. Heilsdinki: Finnish Paper Engineers’ Association and TAPPI.
Istikowati WT, Marsoem SN. 2009. Pengaruh inokulasi jamur Phanerochaete chrysosporium Burds terhadap kandungan kimia kayu randu (Ceiba pentandra
Gaertn). Sains dan Terap Kim. 3(2):144 – 153.
[IWGFF] Indonesian Working Group on Forest Finance. 2010. Perkiraan penggunaan sumber bahan baku industri pulp & paper, Studi advokasi PT RAPP & PT IKPP di propinsi Riau. [Internet]. [diunduh 2013 Juni 11] Tersedia pada: http://www.savesumatra.org/app/webroot/upload/report/IWGGFStudi sulphite and alkaline cooking of pine. Paperi Ja Puu. 11: 229-236.
Khristova P, Karar I. 1999. Soda-anthraquinone pulp from three Acacia nilotica
subspecies. Biores Technol. 68:209-213.
Leyva A, Dimmel RD, Pullman SG. 1998. Teak extract as catalys for the pulping of loblolly pine. TAPPI Journal. 81(5):237-240. [Internet]. [diunduh 2013 Mei 6]. Tersedia pada: http://www.tappi.org/Downloads/unsorted/UNTITLED---98May237pdf.aspx.
Lourenço A, Gominho J, Marquez AV, Pereira H. 2012. Reactivity of siringyl and guaiacyl lignin units and delignification kinetics in the kraft pulping of
Eucalyptus globulus wood using Py-GC-MS/FID. Biores Technol. 123:296-302. sebagai bio-aditif pulping soda [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Sjostrom E. 1981. Wood chemistry, Fundamental and applications. New York
(US): Academic Press.
13 Sridach W. 2010. Pulping and paper properties of palmyra palm fruit fibers.
Songklanakarin J Sci Technol. 32(2):201-205.
Sumada K, Tamara PE, Alqani F. 2011.Kajian proses isolasi α - selulosa dari limbah batang tanaman Manihot esculenta crantz yang efisien. J Tek Kim. 5(2):434-438.
Sumthong P, Gonzales RRR, Verpoorte R. 2006. Isolation and elucidation of quinones in Tectona grandis. Division of Pharmacognosy, Section of Metabolomics. Netherlands (NL): Institute of Biology, Leiden University. [Internet]. [diunduh 2013 Juni 17]. Tersedia pada: https://openaccess.leidenuniv.nl/bitstream/handle/1887/12086/04.pdf?sequence =15.
Suyono. 2010. Tectoquinone dalam ekstrak kayu jati (Tectona grandis L.F.) sebagai substitusi bahan aditif antrakuion dalam proses pulping alkali [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Wardani AAW. 2010. Ekstrak kayu jati (Tectona grandis L.F.) sebagai aditif proses pulping soda [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
14
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sidoarjo, Jawa Timur pada tanggal 8 April 1991 dari ayah Abd. Madjid dan ibu Dra. Sriwati. Penulis merupakan putri pertama dari dua bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Bojonegoro dan pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) program studi Teknologi Hasil Hutan, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan. Tahun 2012 penulis memilih Bagian Kimia Hasil Hutan sebagai bidang keahlian.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah silvikultur pada tahun ajaran 2012/2013. Penulis juga tergabung dalam organisasi HIMASILTAN Divisi Bagian Minat Kimia Hasil Hutan tahun 2010/2011, Pengurus Cabang Sylva Indonesia IPB (PCSI IPB) sebagai pengurus bidang Pengkaderan dan Penguatan Organisasi tahun 2011/2012, Organisasi Mahasiswa Daerah Bojonegoro tahun 2009/2012. Penulis juga mengikuti kegiatan kemahasiswaan seperti Forester Cup BEM-E tahun 2010, KOMPAK DHH 2011, Bina Corps Rimbawan (BCR) tahun 2011. Penulis melakukan kegiatan Praktek Pengenalan Ekosistem Hutan (P2EH) di Papandayan-Sancang Timur pada tahun 2011, Praktek Pengelolaan Hutan (P2H) di Hutan Pendidikan Gunung Walat (HPGW), KPH Cianjur, dan Taman Nasional Gunung Halimun Salak tahun 2012. Bulan Februari-April 2013 penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapang (PKL) di PT. Tanjungenim Lestari Pulp and Paper di Palembang dengan judul Proses Produksi Pulp and Paper di PT. Tanjungenim Lestari Pulp and Paper.
