ii
LAPORAN AKHIR
PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
PEMBUATAN KERTAS DARI KOMBINASI LIMBAH AMPAS TEBU DAN
SEKAM PADI DENGAN PROSES SODA
Didanai Oleh PNBP Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat No. Kontrak: 306/UN.8.1.31/SP/2015
PENELITI
YULI RISTIANINGSIH, ST., M.Eng NIDN 0013078503 NELLI ANGREANI NIM H1D111008 ANNISA FITRIANI NIM H1D111038
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT NOPEMBER 2015
Bidang Unggulan: Lahan Basah/ Biomaterial
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan laporan penelitian ini tepat pada waktunya dengan judul “Pembuatan Kertas dari Kombinasi Limbah Ampas Tebu dan Sekam Padi dengan Proses Soda”. Penelitian ini merupakan salah satu tugas dan tanggungjawab seorang dosen dalam Tridharma Perguruan Tinggi. Penyelesaian penelitian ini tidak lepas dari bantuan banyak pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak atas segala dukungan, bantuan, masukan dan pengarahan yang telah diberikan kepada penulis, khususnya kepada:
1. Dr. Ing Yulian Firmana Arifin, ST., MT selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat
2. Meilana Dharma Putra, Ph.D, selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Universitas Lambung Mangkurat.
3. Dan semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungannya, yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Demikian laporan penelitian ini kami susun, semoga dapat bermanfaat bagi berbagai pihak khususnya bagi perkembangan ilmu pengetahuan di Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat. Kami menyadari bahwa laporan penelitian ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun tetap kami harapkan untuk lebih menyempurnakan laporan penelitian ini.
Banjarbaru, November 2015
iv
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI... iii
DAFTAR GAMBAR………..………... iv DAFTAR TABEL………... vi ABSTRAK... vii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian…………..………. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...3
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat……….………. 17
3.2 Bahan……….……….. 17
3.3 Lokasi Penelitian………. 21
3.4 Prosedur Penelitian……….. 21
3.4.1 Tahap Persiapan Bahan Baku……….. 21
3.4.2 Proses Pembuatan Pulp Ampas Tebu dan Sekam Padi….. 21
3.4.3 Proses Pencetakan menjadi Kertas………..22
3.4.4 Analisa……… 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Variasi Konsentrasi NaOH Terhadap Produksi Pulp...……. 23
4.2 Pengaruh Komposisi Loading Ampas tebu dan Sekam Padi Terhadap Yield………... 27
4.3 Karakteristik Produk Kertas dengan Perbandingan Komposisi Loading Ampas Tebu dan Sekam Padi... 29
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan………. 36
v DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Lampiran A……….. A-1 Lampiran B……….. B-1 Lampiran C……….. C-1 Lampiran D……….. D-1
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Selulosa……….. 3
Gambar 2.2 Struktur Lignin………. 4
Gambar 2.3 Struktur Hemiselulosa………...………... 4
Gambar 2.4 Ampas Tebu (Bagasse).………...……… 5
Gambar 2.5 Sekam Padi………... 6
Gambar 2.6 Proses Pembuatan Kertas………. 12
Gambar 3.1 Seperangkat Alat Autoclave…….………... 18
Gambar 3.2 Seperangkat Alat Paper Press……….... 18
Gambar 3.3 Blok Diagram Prosedur Pembuatan Pulp dari Sekam Padi……… 19
Gambar 3.4 Blok Diagram Prosedur Pembuatan Pulp dari Ampas Tebu…..… 20
Gambar 3.5 Blok Diagram Prosedur Pembuatan Kertas dari Kombinasi dari Sekam Padi dan Ampas Tebu………. 21
Gambar 4.1 Hubungan konsentrasi NaOH terhadap yield pulp sekam padi dan ampas tebu pada t = 60 menit……….. 24
Gambar 4.2 Kertas dari bahan baku sekam padi dengan variasi konsentrasi NaOH pada t = 60 menit………. 26
Gambar 4.3 Kertas dari bahan baku ampas tebu dengan variasi konsentrasi NaOH pada t = 60 menit………. 27
Gambar 4.4 Hubungan komposisi loading ampas tebu dan sekam padi terhadap yield pada t = 60 menit dan NaOH 5% (w/v)……… 28
Gambar 4.5 Kertas dengan komposisi loading ampas tebu dan sekam padi pada t = 60 menit dan NaOH 5% (w/v) pada perbandingan 1:3 (a); 1:2 (b); 1:1 (c); 2:1 (d) dan 3:1 (e)………...……... 30
Gambar 4.6 SEM image dari (a) sekam padi sebelum proses digester, (b) kertas dari serat sekam padi setelah proses digester pada t = 60 menit dan NaOH 5% (w/v), (c) ampas tebu sebelum proses digester dan (d) kertas dari serat ampas tebu pada t = 60 menit dan NaOH 5% (w/v)………... 31
vii
Gambar 4.7 SEM image dari kertas kombinasi sekam padi dan ampas tebu setelah proses digester pada pada t = 60 menit dan NaOH 5% (w/v)……… 31 Gambar 4.8 X-Ray diffraction serbuk sekam padi (SSP), serbuk ampas tebu
(SAT), kertas sekam padi (KSP) dengan NaOH 5% (w/v), kertas ampas tebu (KAT) dengan NaOH 5% (w/v) dan kertas kombinasi sekam padi dan ampas tebu (KK) denagn NaOH 5% (w/v)………..……….. 33 Gambar 4.9 Hubungan komposisi loading ampas tebu dan sekam padi
terhadap tebal kertas pada t = 60 menit dan NaOH 5% (w/v)……… 34 Gambar 4.10 Hubungan komposisi loading ampas tebu dan sekam padi
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Kimiawi Sekam Padi……… 5 Tabel 2.2 Kandungan Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin Pada Beberapa
Limbah Pertanian dan Hasil Hutan……...………... 6
Tabel 2.3 Perbandingan Proses Pembuatan Pulp ………..………. 11 Tabel 4.1 Intensitas karakterisasi peak pada sekam padi, ampas tebu dan jenis
produk kertas pada t = 60 menit dan NaOH 5% (w/v)………... 32 Tabel 4.2 Tebal kertas rata-rata pada variasi komposisi pada t = 60 menit dan
NaOH 5% (w/v)………. 34 Tabel 4.3 Rapat masssa pada variasi komposisi loading……… 35
ix ABSTRAK
Sekam padi dan ampas tebu mengandung selulosa dan hemiselulosa yang dapat dikonversi menjadi kertas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi ampas tebu dan sekam padi serta konsentrasi NaOH terhadap yield pulp yang dihasilkan dan mengetahui karakteristik kertas berdasarkan uji SEM (Scanning Electron Microscope) dan XRD (X-Ray Diffraction).
Bahan baku kering dengan perbandingan liquor/crop adalah 15:1 (mL/g) dicampur dengan NaOH (3-6% w/v). Proses digester berlangsung dalam autoclave (120C, 1 atm) selama 60 menit. Selanjutnya digunakan NaOH 5% untuk proses blending bahan baku dengan perbandingan ampas tebu dan sekam padi 1:3; 1:2; 1:1; 2:1 dan 3:1. Campuran pulp diberi pemutih (bleaching agent) NaClO 5,25% (v/v) dengan perbandingan liquor/crop adalah 12:1 (mL/g), kemudian dicetak dan dikeringkan sebagai produk kertas.
Hasil penelitian diperoleh yield pulp terendah pada kertas sekam padi dan kertas ampas tebu sebesar 45,44% dan 35,36%, sedangkan yield pulp terendah berdasarkan pada variasi komposisi loading yaitu pada perbandingan 3:1 sebesar 33,48%.
Berdasarkan observasi dari SEM diketahui serat sekam padi dan ampas tebu berukuran 5,88-9,8 µm dan 8,82-14,71 µm. Sekam padi dan ampas tebu mengandung serat selulosa di dalam struktur penyusunnya mempunyai karakteristik peak pada 2 = 16,5° (selulosa I) dan 22,8° (selulosa II). Selulosa I dengan karakteristik peak amorph merupakan struktur selulosa dalam material yang memiliki keteraturan rendah (tidak teratur) dan selulosa II dengan karakteristik peak kristal merupakan struktur selulosa dalam material yang memiliki keteraturan tinggi (teratur). Sedangkan berdasarkan observasi XRD, chemical treatment dapat meningkatkan karakteristik peak
intensity pada sekam padi sebesar 81,67% untuk selulosa I dan 89,82% untuk
selulosa II, sedangkan untuk ampas tebu sebesar 75% untuk selulosa I dan 67,91% untuk selulosa II.
10 BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di Indonesia, kebanyakan industri kertas menggunakan kayu sebagai bahan bakunya yang tersedia dari hutan alam yang semakin terbatas dengan harga yang semakin mahal. Penggunaan kayu itu sendiri juga digunakan untuk keperluan lainnya, seperti konstruksi bangunan, furniture, dan lain-lain. Oleh karena itu, untuk mengurangi ketergantungan penggunaan bahan baku kayu, maka diperlukan bahan baku alternatif bagi industri pulp dan kertas tersebut.
Salah satu alternatif bahan baku pengganti kayu untuk industri pulp dan kertas adalah ampas tebu dan sekam padi. Hal ini dikarenakan komposisi serat ampas tebu adalah 26%-43% selulosa, 17%-23% hemiselulosa dan 13%-22% lignin (Shabiri dkk, 2014), sedangkan sekam padi terdiri atas 50% selulosa, 18,47% hemiselulosa dan 25%–30% lignin (Ismail dan Wailuddin, 1996). Selain itu, ampas tebu merupakan limbah dari industri gula, sedangkan sekam padi merupakan limbah hasil pertanian. Pada tahun 2013 produksi padi di Kalimantan Selatan mencapai 2.031.029 ton sedangkan untuk produksi tebu di Indonesia mencapai 2.550.991 ton (BPS, 2014 dan Ditjenbun, 2013). Limbah ini dapat dimanfaatkan menjadi pulp untuk membuat kertas sehingga dapat mengurangi masalah pencemaran.
Berdasarkan studi pustaka yang telah dilakukan, sudah cukup banyak penelitian yang membahas tentang pengolahan bahan baku alternatif untuk pulp dan kertas dengan berbagai variasi bahan dan metode. Prabawati dan Wijaya (2008) melakukan penelitian tentang pemanfaatan sekam padi dan pelepah pohon pisang sebagai bahan alternatif pembuatan kertas. Roliadi dan Anggraini (2010) melakukan penelitian tentang pembuatan dan kualitas karton seni dari campuran pulp tandan kosong kelapa sawit, sludge industri kertas, dan pulp batang pisang. Wibisono dkk, (2011) melakukan penelitian tentang pembuatan pulp dari alang-alang. Pada penelitian ini, lebih difokuskan dalam hal kombinasi bahan baku yaitu ampas tebu mengandung serat panjang dan sekam padi mengandung serat pendek. Karena berdasarkan studi pustaka telah dijelaskan bahwa perpaduan antara serat panjang dan serat pendek akan menghasilkan kualitas kertas yang lebih baik.
11 1.2 Rumusan Masalah
Pada penelitian ini, penulis mengangkat rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana proses pembuatan kertas dengan kombinasi antara ampas tebu dan sekam padi dengan proses soda?
2. Bagaimana pengaruh komposisi bahan baku dan konsentrasi NaOH terhadap yield pulp yang dihasilkan?
3. Bagaimana karakteristik kertas berdasarkan uji SEM (Scanning Electron Microscope) dan XRD (X-Ray Diffraction)?
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan:
1. Mempelajari proses pembuatan kertas dengan kombinasi antara ampas tebu dan sekam padi dengan proses soda.
2. Mengetahui pengaruh komposisi komposisi bahan baku dan konsentrasi NaOH terhadap yield pulp yang dihasilkan.
3. Mengetahui karakteristik kertas berdasarkan uji SEM (Scanning Electron Microscope) dan XRD (X-Ray Diffraction).
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat untuk mengurangi potensi pencemaran yang diakibatkan oleh limbah ampas tebu dan sekam padi, serta memberikan informasi bahwa limbah ampas tebu dan sekam padi dapat dijadikan bahan baku pembuatan kertas.
