1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Kebutuhan kertas terus mengalami peningkatan, saat ini kebutuhan kertas dunia mencapai sekitar 200 juta ton tiap tahun, dan terus mengalami kenaikan sekitar 3,5 % tiap tahunnya. Peningkatan terhadap kebutuhan kertas ini juga memacu peningkatan bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kertas. Bahan pemutih yang merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam proses bleaching juga mengalami peningkatan, diperkirakan kebutuhannya pada tahun 2007 di Amirika saja mencapai sekitar 7000 juta kg per tahun (Bayer dkk., 1999). Saat ini bahan pemutih yang banyak digunakan dalam proses bleaching adalah bahan yang mengandung klor. Padahal bahan ini adalah bahan yang tidak ramah lingkungan. Oksidasi dengan senyawa yang mengandung klor bisa membentuk campuran yang berbahaya seperti kloroform, kloronitrometan, dan lain-lain. Beberapa campuran dari hasil halogenasi ini banyak banyak yang mengandung racun dan sulit terdegradasi di lingkungan berair.
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengamati efek samping pada proses
bleaching dengan menggunakan bahan yang mengandung klor. Daru (2001), melakukan kajian tentang reaksi samping yang terjadi pada proses bleaching dengan menggunakan bahan yang menggunakan klor. Klorin akan bereaksi dengan senyawa organin dalam kayu membentuk senyawa toksik, misalnya dioksin. Dioksin ditemukan dalam proses pembuatan kertas, air limbah bahkan di dalam produk kertas yang dihasilkan. Meskipun konsentrasi dioksin di air limbah cukup kecil, tetapi jika masuk ke dalam rantai makanan, konsentrasinya akan menjadi berlipat ganda karena adanya proses biomagnifikasi. Akibatnya, konsentrasi dioksin dalam tubuh ikan di lingkungan ini, jauh lebih besar daripada konsentrasi dioksin di lingkungannya.
2
hard wood dan soft wood pada berbagai tahapan. Hasilnya menunjukkan filtrat yang berasal dari bleaching pulp hard wood mempunyai potensi yang lebih besar daripada filtrat yang berasal dari pulp soft wood. Filtrat yang berasal dari tahap akhir menunjukkan potensi yang paling kecil.
Nakatama dkk (2004) melakukan proses pemutihan dengan menggunakan ClO2. Dalam penelitiannya, air limbah dari proses inimengandung kloroform. Hal ini dibuktikandengan pengujian sampel air buangan dan udara di sekitar proses, yang ternyata mengandung kloroform pada batas yang dapat terukur. Pembentukan kloroform pada elemen chlor free (ECF) bleaching pulp diperkirakan 2,07 sampai 5,34 g/ton pulp. Kloroform yanh terbentuk, diperkirakan 30 % nya tidak dapat diuraikan oleh lumpur aktif, dan sekitar 97 % nya akan menguap ke udara. Kloroform merupakan racun bagi organ-organ vital seperti jantung, ginjal maupun hati. Kloroform telah dipastikan termasuk bahan carcinogenic serta sangat beracun.
Elemen chlor free (ECF) bleaching pulp merupakan proses bleaching yang menggunakan ClO2 tanpa ada elemen klor yang bebas. Hal ini bertujuan untuk meniadakan efek samping dari proses bleaching, namun demikian penelitian-penelitian yang telah dilakukan di atas menunjukkan bahwa efek samping tersebut tidak bisa dihilangkan sama sekali. Mengingat betapa bahayanya senyawa-senyawa yang mengandung klor, maka akhir-akhir ini banyak dikembangkan penelitian-penelitian yang terkait dengan proses pemutihan dengan prinsip total chlor free
(TCF), menggunakan bahan yang benar-benar bebas dari senyawa klor, sehingga tidak ada bahan yang berbahaya dari sisa-sisa klorinasi yang berasal dari proses pemutihan (Paren, dkk., 1995).
Hidrogen peroksida merupakan salah satu bahan pemutih yang bisa digunakan untuk proses pemutihan dengan konsep TCF. Keefektifan hidrogen peroksida sebagai
bleaching agent sangat dipengaruhi oleh keberadaan metal ions di dalam pulp. Pengaruh metal ions yang ada di dalam pulp terhadap hasil bleaching telah dilakukan (Fuadi dan Harald, 2006). Dalam penelitiannya, pulp yang akan dibleaching dengan hidrogen peroksida ada yang didahului dengan chelating dan ada yang tidak didahului dengan chelating. Proses chelating bertujuan untuk melepaskan metal ions yang ada di dalam pulp. Hasil bleaching menunjukkan bahwa pulp yang didahului dengan
3 Hasil menunjukkan bahwa proses chelating merupakan tahapan yang sangat penting pada proses bleaching dengan hidrogen peroksida. Penelitian ini akan mencari kondisi yang optimum pada proses chelating sehingga keefektifan hidrogen peroksida sebagai bahan pemutih pulp bisa maksimal.
1.2.Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas dapat dirumuskan permasalahan yang akan diteliti, yaitu:
“Mencari kondisi pada proses chelating yang bisa melepaskan metal ions
21
DAFTAR PUSTAKA
[1] Basta,J., Holtinger,I.,Hook,J., 1991, Controling the profil of metal in the pulp before
Hydrogen peroxide treatment, 6 th International Symposium on Wood and Pulping Chemistry Notes, Appita, Parkville, Victoria, Australia, page:237. [2] Bayer,J., Dilme, Fernandez-Zapico,J.M.,1999, Tendenciaous on in Industria
Papelera en Los Inicious del Singlo XXI IngeneriaQuimico 3, 177-181.
[3] Coakley,J.,Hondsen,P.V., Cross,T., 2001, MFO Induction in Fish By Filtrate From Chlorine dioxide Bleaching of Wood Pulp, Wat.,Res., 35, 921-928.
[4] Colodete,J.I., Rothenberg,S.,and Dence,C.W.,1988, Factor Affecting Hydrogen Peroxide Stability in the Brightening of Mechanical and Chemimechanical Pulp PartII: Hydrogen Peroxide in Presence Sodium Silicate, Journal Pulp and Paper Science, 15(1) J3-J10.
[5] Daru, S.R.,2002, Minimasi limbah Dalam Pulp dan Paper, W.W.W.Terranet.or.id.
[6] Dence, C.W., Reeve,D.W., 1996, Pulp Bleaching Principle and Practice, Tappi Perss, Atlanta, Page:349-415.
[7] Fengel, D., dan Wegener, G., 1983, Wood :Chemistry, Ultrastructure, Reaction, ed.1, Gadjah Mada University Perss, Jogjakarta.
[8] Fuadi, A.M., and Harald, B., 2006, Benefits of Chelating Stage Prior to Peroxide Bleaching, Gelagar, Vol., 17, Page:91-97.
[9] Khan, I., Bigot, Y.L., Delmas, M., Avigron, G., 2005, Delignification of Wheat Straw Using a Mixture of Carbaxilic Acids and Peroxoacids, Industrial Crops and Products, 21, 9-15.
[10] Kristova, P., Tomkinson, J., Jones, G.L.,2003, Multistage Peroxide Bleaching of French Hamp, Industrial Crops and Products, 18, 101-110.
[11] Lopez, F., Diaz, M.J., Eugenio, M.E., Ariza,J., Rodriguez,A., Jimenez,L., 2003 Optimization of Hydrogen Peroxide in Totally Chlorine Free Residues, Bioresource Technology, 87, 225-261.
22 [13] Parren,A., Jakara,J.,Patola, J., 1995, Delignification of Chemical pulp with
Peroxide in the Presence of a Transsition Metal, US Pat., WO 95/35407.
[14] Rosyid,D., Kasunarno, Astini,S., Arifin, L.,1976, Teknologi Pengelantangan, Pencelupan dan Pencapan, 2 ed., ITT., Bandung.
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H
2SO
4UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Oleh:
Ir Ahmad M. Fuadi, MT. Dr Kusmiyati, ST., MT. Denny Vitasari,S.T., M.Eng.Sc.
DIBIAYAI OLEH PROYEK PENGKAJIAN DAN PENELITIAN ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN NOMOR:074/SP2H/PP/DP2M/IV/2009
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN MASYARAKAT DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL RI
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA NOPEMBER 2009
iii
RINGKASAN
Pemakaian senyawa klor pada proses bleaching pulp menyebabkan munculnya senyawa-senyawa yang berbahaya seperti dioksin, kloroform yang merupakan hasil klorinasi senyawa organik, di samping itu, sisa senyawa klor juga sangat mencemari lingkungan. Berbagai efek negatip dari proses pemutihan pulp dengan menggunakan senyawa klor memicu penggantian pemakaian klor dengan bahan yang ramah lingkungan sebagai bahan pemutih. Salah satu bahan yang berpotensi untuk menggantikan senyawa klor untuk proses bleaching adalah H2O2. Keefektifan H2O2 sebagai bahan pemutih berkurang karena
adanya berbagai metal ions yang ada di dalam pulp. Keberadaan metal ions di dalam pulp bisa diturunkan dengan proses chelating. Sekitar 10 gram pulp kering ditambah dengan EDTAdan H2SO4 pada berbagai komposisi, kemudian
dipanaskan di dalam pemanas air pada berbagai suhu dan waktu. Filtrat yang diperoleh dianalisa kandungan metal ionnya dengan metode AAS. Hasil analisa menunjukkan proses chelating bisa melepaskan ion Fe dan Cu dengan maksimal ketika komposisi EDTA 0,2% dan H2SO4 0,2% dari pulp kering pada suhu 70oC
selama 60 menit akan tetapi kondisi ini kurang baik untuk melepaskan ion Mn. Pelepasan Mn maksimal ketika penambahan EDTA 0,8% dan H2SO4 0,2% pada
suhu 70oC selama 60 menit. Hasil bleaching menunjukkan penurunan bilangan Kappa yang paling besar pada penambahan EDTA dan H2SO4 0,2%, pada
iv
SUMMARY
The use of chlorine material at pulp bleaching process produces some dangerous compounds such as dioxin and chloroform as result of chlorination of organic material. Beside that, remain of chlorine is a toxic in environment. These negative effects accelerate the substitution of chlorine as bleaching agent by other environmentally friendly substance. Hydrogen peroxide is the potential material which can replace chlorine compound in bleaching process. The effectiveness of hydrogen peroxide as bleaching agent is influenced by some metal ions in the pulp. Metal ions in the pulp can reduce the ability of hydrogen peroxide to bleach the pulp. Metal ions in the pulp can be removed by chelating process. About 10 gram dry pulp added by EDTA and H2SO4 at various
compositions and then heated at several time and temperature. Filtrates from this process are analyzed by AAS. These results show that optimal condition to remove Fe+2 and Cu+2 is found when chelating process was conducted with addition of EDTA 0.2% and H2SO4 0.2% of dry pulp at 70oC and 60 minute.
Unfortunately, this condition is not appropriate to remove Mn+2. Suitable conditions to remove Mn+2 are addition of EDTA is 0.8%, H2SO4 is 0.2% at 70oC
for 60 minute. Bleaching result showed that the decreasing of Kappa number is maximum when the addition of EDTA and H2SO4 are 0.2% at temperature
v
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan YME, karena atas limpahan rachmat dan karunianya, maka penelitian ini bisa berlangsung dengan baik.
Penelitian dengan judul “ Optimasi Proses Chelating dengan Menggunakan EDTA dan H2SO4 Untuk Meningkatkan Bleach Ability Hidrogen Peroksida Pada Proses
Bleaching Pulp “ ini mempelajari hal-hal berpengaruh terhadap proses chelating
sehingga diperoleh kondisi pada proses chelating yang mampu melepaskan metal ions dari dalam pulp semaksimal mungkin, agar pada proses bleaching dengan H2O2 bisa diperoleh hasil yang baik. Penelitian ini didasari oleh meningkatnya kesadaran dan perhatian masyarakat terhadap lingkungan, sementara pemutihan yang banyak dilakukan saat ini adalah pemutihan dengan bahan yang mengandung klor yang mempunyai dampak tidak baik terhadap lingkungan. Diharapkan penelitian ini bisa memberikan kontribusi dalam memberikan solusi untuk mengatasi dampak lingkungan dari proses bleaching.
Tim peneliti mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada DP2M Ditjen DIKTI Depdiknas atas dibiayainya program penelitian ini melalui Program Penelitian Hibah Bersaing dengan nomer kontrak 074/SP2H/PP/DP2M/IV/2009 tahun I. Tim peneliti juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya terhadap semua pihak atas segala perannya demi terselenggaranya penelitian ini.
Akhirnya peneliti menyadari bahwa penelitian ini belum sempurna, sehingga sumbang saran yang konstruktif untuk kebaikan penelitian ini sangat kami harapkan.
Surakarta, 28 Oktober 2009
vi
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Kandungan metal ions pada kraft pulp 4Tabel 2. Sifat-sifat bahan baku 10
Tabel 3. Hasil chelating untuk berbagai penambahan EDTA pada 700C, 14 selama 60 menit
Tabel 4. Hasil chelating untuk berbagai penambahan H2SO4 pada 700C, 14 selama 60 menit
Tabel 5. Hasil chelating pada berbagai suhu , untuk H2SO4 0,2% dan EDTA 14 0,2% Selama 60 menit
Tabel 6. Hasil chelating pada berbagai waktu, untuk H2SO4 0,2% dan EDTA 15 0,2% pada suhu 70°C
Tabel 7. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 700C, selama 15 60 menit pada berbagai penambahan H2SO4
Tabel 8. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 700C, selama 15 60 menit pada berbagai penambahan EDTA.
Tabel 9. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 60 menit penambahan 16 EDTA 0,2 % H2SO4 0,2% pada berbagai suhu.
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Proses chelating stage 11
Gambar 2. Proses bleaching stage 12
Gambar 3. Pengaruh penambahan EDTA terhadap pelepasan metal ion 16
Gambar 4. Pengaruh penambahan H2SO4 terhadap pelepasan metal ion 17
Gambar 5.Pengaruh suhu terhadap pelepasan metal ion 17
ix
DAFTAR LAMPIRAN
RINGKASAN
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Oleh Ahmad M Fuadi
RINGKASAN
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN EDTA DAN H2SO4 UNTUK MENINGKATKAN
BLEACH ABILITY HIDROGEN PEROKSIDA
PADA PROSES PULP BLEACHING
Kebutuhan kertas terus mengalami peningkatan, saat ini kebutuhan kertas dunia mencapai sekitar 200 juta ton tiap tahun, dan terus mengalami kenaikan sekitar 3,5 % tiap tahunnya. Peningkatan terhadap kebutuhan kertas ini juga memacu peningkatan bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kertas. Bahan pemutih yang merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam proses bleaching juga mengalami peningkatan, diperkirakan kebutuhannya pada tahun 2007 di Amirika saja mencapai sekitar 7000 juta kg per tahun (Bayer dkk., 1999). Saat ini bahan pemutih yang banyak digunakan dalam proses bleaching adalah bahan yang mengandung klor. Padahal bahan ini adalah bahan yang tidak ramah lingkungan. Oksidasi dengan senyawa yang mengandung klor bisa membentuk campuran yang berbahaya seperti kloroform, kloronitrometan, dan lain-lain. Beberapa campuran dari hasil halogenasi ini banyak yang mengandung racun dan sulit terdegradasi di lingkungan berair. Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk mengamati dampak negatip pemakaian senyawa klor pada proses bleaching. Berdasarkan hasil-hasil penelitian ini, maka perlu dicari bahan yang ramah lingkungan untuk menggantikan senyawa klor pada proses bleaching.
Hidrogen peroksida merupakan salah satu bahan pemutih yang bisa digunakan untuk proses pemutihan dengan konsep totally chlorine free (TCF) yang benar-benar bebas senyawa klor. Keefektifan hidrogen peroksida sebagai bleaching agent sangat dipengaruhi oleh keberadaan metal ions di dalam pulp. Adanya metal ions akan menurunkan bleach ability dari hidrogen peroksida. Beberapa metal ions yang berpengaruh buruk terhadap keefektifan hidrogen peroksida adalah Fe, Cu dan Mn. Ion Mn mempunyai pengaruh yang paling buruk terhadap keefektifan hidrogen peroksida. Proses chelating bertujuan untuk melepaskan metal ions yang ada di dalam pulp Dengan berkurangnya metal ion di dalam pulp, maka kefektifan hidrogen peroksida akan meningkat.
adalah campuran antara asam sulfat dengan ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Sebanyak 10 gram pulp kering ditambah dengan larutan H2SO4 dan larutan
ethylenediaminetetraacetat (EDTA) pada berbagai komposisi. Kemudian ditambah aquades sehingga konsistensinya 10 %, dicampur sampai benar-benar homogen lalu dimasukkan dalam kantong plastik, dipanaskan dalam waterbath pada berbagai waktu dan suhu. Setelah kondisi yang diinginkan tercapai, pulp disaring untuk memisahkan pulp dengan filtratnya. Filtrat yang diperoleh dianalisa kandungan metal ionnya dengan menggunakan alat AAS, pulp dibleaching dengan H2O2.
Hasil analisa menunjukkan bahwa pada pemakaian H2SO4 yang konstan, pemakaian EDTA 0,2% mampu melepaskan ion Fe dan Cu maksimum, yaitu 0,4126 ppm untuk ion Fe dan 0,2769 ppm untuk ion Cu, akan tetapi kondisi ini tidak maksimal untuk melepaskan ion Mn. Pelepasan ion Mn maksimal ketika penambahan EDTA 0,8%, yaitu 5,3846 ppm. Pada pemakaian EDTA konstan, pemakaian H2SO4 0,2% mampu melepaskan ion Fe dan Cu maksimum, yaitu 0,4126 ppm untuk ion Fe dan 0,2769 ppm untuk ion Cu, akan tetapi kondisi ini tidak maksimal untuk melepaskan ion Mn. Pelepasan ion Mn maksimal ketika penambahan H2SO4 0,8%, yaitu 3,0668 ppm. Suhu yang optimal untuk melepaskan ion Fe dan Cu adalah 70oC. Akan tetapi suhu ini kurang cocok untuk melepaskan ion Mn. Waktu yang optimal untuk melepaskan ion Fe dan Cu adalah 60 menit, akan tetapi untuk ion Mn semakin lama waktu chelating semakin banyak juga ion yang bisa dilepaskan. Hasil bleaching
menunjukkan ada pengaruh penambahan EDTA dan H2SO4 yaitu pada penambahan EDTA dan H2SO4 0,2% mampu menurunkan bilangan Kappa yang paling besar, yaitu menjadi 7,75. Suhu di proses chelating juga mempunyai pengaruh terhadap hasil
bleaching. Suhu yang baik di proses chelating pada kisaran 60oCsampai 80oC. Waktu
chelating yang mampu memberikan hasil bleaching terbaik adalah 60 menit. Berdasarkan hasil penelitian ini bisa disimpulkan bahwa untuk melepaskan ion Fe dan Cu secara maksimal melalui proses chelating bisa dilakukan pada kondisi yang sama, akan tetapi untuk melepaskan ion Mn kondisinya berbeda. Jadi untuk melepaskan ion Fe, Cu dan Mn sebanyak-banyaknya dari dalam pulp perlu dilakukan proses chelating lebih dari satu stage.
