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 chelating memberikan peningkatan derajat putih yang jauh lebih tinggi daripada pulp
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:
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
OPTIMASI PROSES CHELATING DENGAN MENGGUNAKAN
EDTA DAN H2SO4 UNTUK 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.
Agung sugiharto, ST, M Eng
DIBIAYAI OLEH PROYEK PENGKAJIAN DAN PENELITIAN ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN NOMOR: 316/SP2H/PP/DP2M/IV/2010
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN MASYARAKAT DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL RI
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA NOPEMBER 2010
iii
RINGKASAN
iv
SUMMARY
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 316/SP2H/PP/DP2M/IV/2010 tahun II. 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 2010
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Pengesahan ii
Ringkasan dan Summary iii
Prakata V Daftar isi VI Dafrat Tabel VII Daftar Gambar VIII Daftar Lampiran IX Bab I Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1
1.2. Perumusan Masalah 3
Bab II. Dasar Teori 2.1 Tinjauan Pustaka 4
2.2 Dasar Teori 7
Bab III. Tujuan dan Manfaat Penelitian 3.1. Tujuan Khusus 9
3.2. Manfaat Penelitian 9
Bab IV. Metode Penelitian 4.1. Bahan Penelitian 10
4.2. Peralatan untuk penelitian 10
4.3. Pelaksanaan Penelitian 10
Bab V. Hasil dan Pembahasan 14
Bab VI. Kesimpulan 37
Daftar Lambang 38
Daftar Pustaka 39
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.Kandungan metal ions pada kraft pulp 4
Tabel 2. Sifat-sifat bahan baku 10
Tabel 3. Hasil chelating untuk berbagai penambahan EDTA pada 700C, selama 60 menit
Tabel 4. Hasil chelating untuk berbagai penambahan H2SO4 pada
700C, selama 60 menit
Tabel 9. Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 60 menit penambahan EDTA 0,2 % H2SO4 0,2% pada berbagai suhu.
Tabel 10.Hasil bleaching untuk kondisi chelating pada 70ºC
penambahan EDTA 0,2 % H2SO4 0,2% pada berbagai waktu
Tabel 11.Hasil chelating untuk berbagai penambahan EDTA pada 70oC, selama 60 menit
Tabel 15.Data penelitian pada proses bleaching pada berbagai kondisi di Chelating
Tabel 16.Hasil pelepasan metal ions pada proses chelating dengan berbagai komposisi EDTA dan H2SO4
Tabel 17.Hasil pelepasan metal ions pada proses chelating dengan berbagai waktu
Tabel 18.Hasil pelepasan metal ions pada proses chelating dengan berbagai suhu
Tabel 19.Hasil Bleaching pada berbagai kondisi chelating
Tabel 20. Perbandingan antara data metal ion Fe yang terambil dan metal ion Fe dari model
Tabel 21. Perbandingan antara data metal ion Cu yang terambil dan metal ion Cu dari model
viii
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 1. Proses chelating stage
Gambar 2. Proses bleaching stage
Gambar 3. Pengaruh penambahan EDTA terhadap pelepasan metal ion
Gambar 4. Pengaruh penambahan H2SO4 terhadap pelepasan metal ion
Gambar 5.Pengaruh suhu terhadap pelepasan metal ion
Gambar 6. Pengaruh waktu terhadap pelepasan metal ion
Gambar 7. Pengaruh penambahan EDTA terhadap pelepasan metal ion
pada pulp Soft-wood
Gambar 8. Pengaruh penambahan H2SO4 terhadap pelepasan metal ion
pada pulp Soft-wood
Gambar 9. Pengaruh suhu terhadap pelepasan metal ion pada pulp Soft-wood Gambar 10. Pengaruh waktu terhadap pelepasan metal ion pada pulp Softwood Gambar 11. Pengaruh suhu chelating terhadap hasil bleachingpada pulp Soft-wood
Gambar 12. Pengaruh waktu chelating terhadap hasil bleachingpada pulp Sof-wood
Gambar 13. Pengaruh H2SO4 di chelating terhadap hasil bleachingpada pulp
Soft-wood
Gambar 14. Pengaruh EDTA di chelating terhadap hasil bleachingpada pulp Soft-wood
Gambar 15. Pengaruh komposisi EDTA terhadap pelepasan metal ions pada H2SO4 0,2%, suhu 70°C dan waktu 60 menit
Gambar 16. Pengaruh komposisi H2SO4 terhadap pelepasan metal ions pada
EDTA 0,2%, suhu 70°C dan waktu 60 menit
Gambar 17. Pengaruh waktu terhadap pelepasan metal ions pada EDTA 0,2%, H2SO4 0,2% dan suhu 70°C
Gambar 18. Pengaruh suhu terhadap pelepasan metal ions EDTA 0,2%, H2SO4
0,2% dan waktu 60 menit
Gambar 20. Pengaruh komposisi EDTA di chelating terhadap hasil bleaching Gambar 21. Pengaruh komposisi H2SO4 di chelating terhadap hasil bleaching
Gambar 22. Pengaruh waktu chelating terhadap hasil bleaching Gambar 23. Pengaruh suhu chelating terhadap hasil bleaching
Gambar 24. Perbandingan antara data dan model untuk ion Fe terambil Gambar 25. Perbandingan antara data dan model untuk ion Cu terambil Gambar 26. Perbandingan antara data dan model untuk ion Mn terambil
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Riwayat Hidup Peneliti
Lampiran 2. Publikasi karya Ilmiah
Lampiran 3. Ringkasan
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.
Penelitian ini bertujuan untuk mencari kondisi yang optimum untuk melepaskan
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 untuk pulp hard-wood 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.
Pada soft-wood untuk pada H2SO4 konstan, penambahan EDTA sebanyak 0,2%
mulai menunjukkan efek yang kuat terhadap pelepasan metal ion. Pelepasan Fe
semakin baik dengan bertambahnya EDTA. Sedang pada EDTA konstan,
penambahan 0,2% H2SO4 menunjukkan efek yang baik terhadap pelepasan metal ion.
Pelepasan Fe semakin baik dengan bertambahnya H2SO4. Suhu yang optimal untuk
melepaskan metal ion terjadi pada 70oC selama 60 menit.
Pada pulp akasia, komposisi chelating agent yang optimal untuk melepaskan
metal ion adalah EDTA 0,2% H2SO4 0,2% yang dijalankan pada suhu 70oC selama
60 menit. Pada kondisi ini metal ion keseluruhan yang terlepas mencapai maksimum
yaitu 5,5101 ppm
Hasil bleaching dari berbagai kopndisi chelating serta untuk berbagai jenis pulp
menunjukkan ada pengaruh penambahan EDTA, H2SO4, suhu dan waktu. Secara
keseluruhan bisa dikatakan bahwa pretreatment dengan chelating akan memberikan
ion yang maksimum.
Berdasarkan hasil penelitian ini bisa disimpulkan bahwa ada perbedaan kondisi
yang dibutuhkan untuk melepaskan masing-masing ion secara maksimal, sehingga
untuk melepaskan ion Fe, Cu dan Mn sebanyak-banyaknya dari dalam pulp perlu
dilakukan proses chelating lebih dari satu stage.
