PENGARUH KONSENTRASI LARUTAN, TEMPERATUR DAN WAKTU PEMASAKAN PADA PEMBUATAN PULP BERBAHAN BAKU SABUT KELAPA MUDA (DEGAN) DENGAN PROSES SODA H.Abdullah Saleh, , Meilina M. D. Pakpahan, Nowra Angelina Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Unsri Abstrak
Telah diteliti pembuatan pulp berbahan baku sabut kelapa muda (degan) dengan proses soda menggunakan larutan pemasak NaOH. Sabut kelapa muda (degan) memiliki kadar selulosa tinggi yang menunjukkan potensi untuk dijadikan bahan baku pulp. Penelitian ini mengamati pengaruh variabel konsentrasi larutan, temperatur, dan pemasakan terhadap pulp yang dihasilkan. Proses untuk mendapatkan pulp diawali dengan perendaman dengan larutan asam (natrium nitrat) dan diakhiri dengan pemasakan menggunakan larutan basa (natrium hidroksida). Hasil pemasakan berupa raw pulp dan black liquor. Proses perendaman dilakukan pada konsentrasi 5% dengan pelarut asam nitrat untuk memtuskan selulosa menjadi selulosa yang lebih stabil. Pemasakan dilakukan dengan tujuan untuk mendegradasi struktur selulosa dan memecah struktur lignin. Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah konsentrasi pelarut 5 %, 10 %, 15 % NaOH, temperatur pemasakan 80oC, 100oC, 120oC, dan lamanya waktu pemasakan 60 menit, 90 menit, 120 menit. Hasil pulp dianalisa secara gravimetri untuk mendapatkan data selulosa, rendemen,lignin, dan kandungan abu. Diperoleh hasil pulp terbaik secara kualitas pada konsentrasi pemasakan 10 % NaOH, temperatur pemasakan 80oC dan waktu pemasakan 90 menit. Kata kunci: pulp, sabut kelapa muda, proses soda
I. 1.1.
PENDAHULUAN
Latar Belakang Penggunaan kayu (biomass) sebagai bahan baku untuk pembuatan pulp dari sumber daya alam hutan telah dimanfaatkan secara optimal untuk menunjang pemasukan devisa negara. Peningkatan di bidang ekonomi dan industri menyebabkan kebutuhan akan pulp dari tahun ke tahun semakin meningkat. Pemakaian bahan baku kayu yang umum sering digunakan pada industri pulp tidak akan mampu bertahan lama untuk seluruh kebutuhan yang menyebabkan terjadinya krisis bahan baku. Peremajaan hutan untuk mengantisipasi kekurangan bahan baku kayu membutuhkan waktu yang cukup lama sehingga diperlukan adanya bahan baku alternatif yang murah dan tidak memberikan dampak yang buruk terhadap lingkungan. Sangat sedikit sekali penelitian tentang bahan baku untuk industri pulp
44
dan kertas yang dapat mengatasi keterbatasan persediaan kayu. Indonesia merupakan negara agraris yang kaya akan hasil pertanian dan perkebunan, salah satunya adalah kelapa muda (degan). Degan memiliki kandungan serat selulosa yang cukup besar. Karena belum ada penelitian mengenai pembuatan pulp dari bahan baku degan ini, maka peneliti mencoba untuk melakukan penelitian dengan menggunakan bahan baku degan sebagai bahan baku alternatif untuk pembuatan pulp. Mengingat potensi sabut kelapa muda (degan) yang besar untuk dijadikan pulp dan belum adanya penelitian pembuatan pulp berbahan baku sabut kelapa muda (degan) dengan proses soda, maka dari itu, diteliti kemungkinan pemanfaatan sabut kelapa muda ini sebagai bahan baku pembuatan pulp dengan proses soda yang ramah lingkungan.
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 17, Agsutus 2010
1.2.
Perumusan Masalah Tidak diketahui proses pembuatan pulp berbahan baku sabut kelapa muda dengan proses soda. 1.3.
Tujuan Penelitian Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi larutan pemasak, temperatur dan waktu pemasakan terhadap kualitas dan kuantitas pulp pada pembuatan pulp dari sabut kelapa muda dengan proses soda. 1.4. 1)
2)
3)
Hipotesa Semakin tinggi konsentrasi larutan, maka makin tinggi kandungan selulosa, dan makin tinggi rendemen pulp. Makin tinggi temperatur, maka semakin sedikit kandungan selulosa dan rendemen semakin sedikit. Waktu pemasakan yang semakin lama menyebabkan kandungan selulosa tinggi dan rendemen pulp makin tinggi.
Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini dilakukan menggunakan larutan pemasak NaOH. Ruang lingkup penelitian ini meliputi : 1) Bahan baku yang digunakan adalah sabut kelapa muda (degan) yang diambil pada bulan Juli 2008, jenis kelapa hibrida yang berwarna hijau muda, yang diperoleh dari penjual kelapa muda di daerah Kenten Palembang. 2) Jangkauan variabel pada penelitian ini adalah konsentrasi pelarut: 5 %, 10 %, 15 %, temperatur pemasakan: 80oC, 100oC, 120oC, dan lamanya waktu pemasakan: 60 menit, 90 menit, 120 menit. 3) Rasio berat larutan pemasak dan bahan baku adalah 20 : 1. Sebelum pemasakan dilakukan perendaman dengan larutan natrium nitrat dengan konsentrasi tetap yaitu 5%.
II.
2.1. Bahan yang Digunakan a. Bahan baku : Serabut Kelapa Muda b. Bahan pendukung : NaOH Asam Nitrat (HNO3) 5 % Aquadest Asam asetat (CH3COOH) 2N Asam sulfat (H2SO4) 72% 2.2.
1.5.
1.6. 1)
2)
Manfaat Penelitian Memberikan alternatif pemanfaatan sabut kelapa muda (degan) dengan menjadikannya sebagai bahan baku pulp dengan menggunakan proses soda. Memberikan informasi bagi pembaca mengenai pengaruh konsentrasi larutan pemasak, temperatur dan waktu pemasakan pada pembuatan pulp dengan proses soda.
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 17, Agsutus 2010
METODOLOGI PENELITIAN
Alat yang Digunakan Neraca Analitis Stopwatch Oven / Pemanas Listrik Pipet tetes Hot Plate Masker Beker gelas Sarung Tangan Gelas Ukur Saringan Erlenmeyer Cetakan Pulp Waterbath Spatula Autoklaf Corong Magnetic Stirrer Termometer Eksikator Blender
2.3.
Prosedur Penelitian Prosedur Preparasi Bahan Baku 1) Serat sabut kelapa dipotong kecil-kecil dengan alat pemotong 1 -2 cm. 2) serat sabut kelapa tersebut dicuci dengan air sampai bersih dan dikeringkan dengan sinar matahari. 3) Serat yang telah kering kemudian dihaluskan. Serat sabut kelapa ditimbang sebanyak 20 gr kemudian ditambahkan larutan HNO3 5 % 200 ml dan didiamkan selama 30 menit. Setelah 30 menit, larutan disaring dan serat yang tertinggal dicuci dengan air sampai bebas asam. Prosedur Penelitian 1) Sampel yang telah disaring dan bebas asam dimasak dengan larutan pemasak NaOH. Konsentrasi larutan pemasak (NaOH) yang digunakan yaitu 5 %, 10 % dan 15%.
45
2)
3)
4)
5)
6)
Disiapkan larutan pemasak dengan konsentrasi yang telah ditentukan. Perbandingan larutan pemasak dengan bahan baku yang digunakan adalah 15 :1. Erlemeyer ditutup dengan gabus lalu dimasukkan ke dalam Autoclave. Kondisi Autoclave diatur sesuai dengan temperatur dan waktu pemasakan yang ditentukan dengan variasi temperatur pemasakan 80oC, 100oC dan 120oC dengan lama pemasakan 60 menit, 90 menit dan120 menit. Setelah proses pemasakan selesai, uap air dikeluarkan dari Autoclave melalui katup pengeluaran. Kemudian erlenmeyer dikeluarkan dan didinginkan dalam air hingga temperatur kamar. Padatan (pulp) dipisahkan dari larutan pemasak dengan saringan. Padatan dibilas dengan aquadest sampai filtrat kelihatan jernih. Kemudian padatan dicetak dan dikeringkan pada suhu ruangan sampai terbentuk pulp kering. Selanjutnya padatan pulp ini siap untuk dianalisa kualitasnya.
2.3.1. Analisa Kadar Air 1) Sampel ditimbang sebanyak 5 gram 2) Sampel kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105o C selama 1 jam. 3) Setelah itu dimasukkan ke dalam eksikator dan ditimbang sampai bobotnya tetap. 2.3.2. Analisa Kadar Abu 1) Sampel ditimbang sebanyak 5 gram dalam cawan yang telah dipanaskan sebelumnya pada suhu 25o C dan telah diketahui berat keringnya. 2) Sampel dalam cawan dimasukkan dalam furnace dan dipanaskan sampai suhu 575o C selama 3-4 jam. 3) Kemudian dinginkan dalam eksikator dan ditimbang sampai bobotnya tetap. 2.3.3. Analisa Kadar Selulosa 1) Kertas saring dipanaskan dalam oven dengan temperatur 105o C, kemudian ditimbang hingga beratnya tetap. 2) Pulp kering ditimbang seberat 3 gram dan dipindahkan ke beker gelas 250 ml. 3) Pulp dibasahkan dengan 15 ml NaOH 17,5 % dan maserasi dengan pengaduk selama 1 menit lalu ditambahkan 10 ml
46
4)
5) 6) 7)
8)
NaOH 17,5 % dan diaduk 15 detik dan dibiarkan selama 3 menit. Kemudian ditambahkan kembali 3x10 ml NaOH 17,5 % setiap 2,5 : 5 dan 7,5 menit dan dibiarkan pada 30 menit. Setelah itu ditambah 100 ml aquadest dan dibiarkan selama 30 menit. Campuran dituangkan ke dalam corong yang dilengkapi dengan kertas saring. Endapan dicuci dengan 5x50 ml air suling. Kertas saring yang berisi endapan dipindahkan ke beker gelas yang lain dan endapan dicuci lagi dengan 400 ml aquadest, ditambahkan asam asetat 2N dan diaduk selama 5 menit. Endapan dikeringkan dengan oven 105o C, kemudian didinginkan dalam eksikator dan ditimbang hingga berat tetap.
2.3.4. Analisa Kadar Lignin 1) Contoh pulp kering diimbang sebanyak 2 gram 2) Pulp kering dimasukkan ke dalam beker gelas dan ditambahkan sedikit demi sedikit dengan 40 ml asam sulfat 72 % sambil diaduk sampai semua contoh terendam dan terdispersi. 3) Setelah terdispersi, beker gelas ditutup dan temperatur dijaga pada 20o C selama 2 jam kemudian ditambahkan 400 ml air ke dalam beker gelas. 4) Larutan dididihkan selama 4 jam dalam beker. 5) Kemudian didiamkan sampai endapan lignin mengendap kemudian disaring untuk mendapatkan lignin. 6) Lignin dicuci dengan air panas lalu dikeringkan di dalam oven pada 105o C, tiap 15 menit didinginkan di dalam eksikator dan ditimbang sampai berat lignin tetap.
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1
Analisa Bahan Baku
Untuk mengetahui apakah sabut kelapa muda dapat dijadikan pulp atau tidak, maka sabut kelapa tersebut perlu dianalisa terlebih dahulu untuk mengetahui komposisi kimia atau kandungan yang terdapat di dalam sabut kelapa tersebut. Kayu sebagai bahan baku umum yang
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 17, Agsutus 2010
Dari hasil yang diperoleh diatas, bahan baku sabut kelapa muda dapat diperhitungkan sebagai bahan baku alternatif pembuatan pulp dari jenis non kayu. 3.2 Pengaruh Konsentrasi Larutan Dari data hasil analisa selulosa yang dilakukan terhadap pulp menunjukkan bahwa pada konsentrasi NaOH 5%-10% menghasilkan kadar selulosa yang semakin menurun sejalan dengan penambahan waktu. Sedangkan pada konsentrasi NaOH yang paling tinggi yaitu 15% dengan waktu pemasakan yang tinggi menghasilkan kadar selulosa yang cenderung menurun. Hal ini disebabkan oleh adanya perlakuan awal yaitu hidrolisis bahan baku dengan menggunkan asam nitrat (HNO3 5%) yang menyebabkan terjadinya pemutusan selulosa menjadi selulosa yang lebih stabil. Dengan adanya penambahan konsentrasi menyebabkan ikatanikatan inti aromatik pada selulosa yang stabil tersebut terputus sehingga kadar selulosa menurun. Konsentrasi Larutan terbaik diperoleh pada konsentrasi larutan 10%. Pada konsentrasi ini diperoleh pulp dengan kandungan selulosa tertinggi (lihat Grafik 4.1) dan kandungan ligninnya menurun seiiring pertambahan konsentrasi larutan (lihat Grafik 4.3).
K a n d u n g a n S e lu lo s a ( % )
Tabel 3.1 Hasil Analisa Bahan Baku Jenis Analisa Persentase (%) Selulosa (%) 45 – 88 Abu (%) 3 - 14 Lignin (%) 11 – 19
didapat pada konsentrasi larutan 10% yaitu sebesar 87,5%. 120 100 80 60 40 0
Pengaruh Konsentrasi Larutan Terhadap Kandungan Selulosa Dari grafik di bawah, terlihat bahwa kandungan selulosa pulp akan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi NaOH sebagai larutan pemasak. Terjadinya hal ini dikarenakan jika semakin besar konsentrasi larutan maka semakin banyak juga lignin yang terlarut. Dengan semakin besarnya konsentrasi NaOH juga akan mengontrol degradasi agar lebih mengarah ke lignin. Namun, pada jangkauan konsentrasi larutan pemasak 10-15 terlihat penurunan kandungan selulosa pada pulp. Hal ini disebabkan karena pada jangkauan konsentrasi ini selulosa ikut terdegradasi Kandungan selulosa tertinggi
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 17, Agsutus 2010
10
15
20
Gambar 3.1. Pengaruh Konsentrasi Larutan Terhadap Kandungan Selulosa Pulp (20 gram bahan baku, 300 ml Larutan Pemasak, Lama Pemasakan 90 Menit dan Temperatur Pemasakan 100oC). 3.2.2
Pengaruh Konsentrasi Larutan Terhadap Kandungan Lignin Dari grafik di bawah dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya konsentrasi larutan pemasak maka kandungan lignin yang terdapat pada pulp akan berkurang. Hal ini terjadi karena dengan bertambahnya konsentrasi larutan maka kekuatan delignifikasi pada larutan pemasak akan bertambah kuat. Dari grafik diperoleh kandungan lignin terendah pada konsentrasi 15 % yaitu sebesar 11.96%. 25 20 15 10 5 0 0
3.2.1.
5
Konsentrasi Larutan (%)
K a n d u n g a n L ig n in ( % )
dijadikan sebagai bahan baku pulp dapat dijadikan tolak ukur. Berikut perbandingan komposisi kimia kayu dan sabut kelapa muda.
5
10
15
20
Konsentrasi Larutan (%)
Gambar 3.2. Pengaruh Konsentrasi Larutan Terhadap Kandungan Lignin Pulp (20 gram bahan baku, 300 ml Larutan Pemasak, Lama Pemasakan 90 Menit dan Temperatur Pemasakan 100oC). 3.3 Pengaruh Temperatur Pemasakan Pada penelitian ini diperoleh waktu pemasakan terbaik pada temperatur 100oC. Diperoleh pulp dengan kandungan selulosa tertinggi yaitu 87,50%. Terjadi penurunan kandungan abu dan lignin yang disebabkan karena terjadinya pemecahan makromolekul yang terlarut dalam larutan pemasak.
47
Pengaruh Temperatur Pemasakan Terhadap Kandungan Selulosa 90 88 86 84
3.4.1
82 80 70
80
90
100
110
120
130
Temperatur Pemasakan (oC)
Gambar 3.3. Pengaruh Temperatur Pemasakan Terhadap Kandungan Selulosa Pulp (20 gram bahan baku, 300 ml Larutan Pemasak, Lama Pemasakan 90 Menit dan Konsentrasi Larutan 10%). Pada grafik di atas terlihat bahwa pada jangkauan temperatur 80 – 100oC kandungan selulosa dari pulp yang dihasilkan meningkat. Dapat dikatakan bahwa pada jangkauan temperatur tersebut selulosa tidak terdegradasi ataupun hanya sedikit terdegradasi. Pada jangkauan temperatur 100 - 120oC, terlihat penurunan kandungan selulosa pada pulp. Hal ini disebabkan karena pada jangkauan temperatur ini selulosa ikut terdegradasi. 3.3.2
Pengaruh Temperatur Pemasakan Terhadap Kandungan Lignin Dari grafik di bawah, diketahui bahwa kandungan lignin pada pulp akan semakin berkurang jika temperatur pemasakan dinaikkan. Kenaikan temperatur menaikkan kemampuan delignifikasi dari larutan pemasak sehingga lignin yang terlarut ke dalam larutan pemasak semakin banyak. Kandungan lignin terendah didapat pada pulp dengan temperatur pemasakan 100oC yaitu sebesar 11.96 %. K a n d u n g a n L ig n in ( % )
3.4 Pengaruh Waktu Pemasakan Pada penelitian ini diperoleh waktu pemasakan terbaik yaitu 90 menit. Dihasilkan pulp dengan kandungan selulosa tertinggi pada kondisi ini yaitu sebesar 87,50%. Pengaruh Waktu Pemasakan Terhadap Kandungan Selulosa Pada grafik di bawah terlihat bahwa kandungan selulosa pada pulp meningkat pada rentang waktu 60-90 menit. Hal ini disebabkan oleh semakin banyaknya kandungan bahan baku non selulosa yang larut dengan meningkatnya waktu pemasakan. Namun, pada rentang waktu pemasakan 90-120 menit terjadi penurunan kandungan selulosa. Hal ini disebabkan karena pada rentang ini semakin banyak bahan yang terlarut dengan meningkatnya waktu pemasakan. Kandungan selulosa tertinggi didapat pada lama pemasakan 90 menit yaitu 87,50 %, sedangkan kandungan selulosa terendah pada lama pemasakan 30 menit yaitu 58,71%. K a n d u n g a n S e lu lo s a ( % )
K a n d u n g a n S e lu lo s a ( % )
3.3.1
120 100 80 60 40 30
60
90
120
150
Waktu Pemasakan (menit)
Gambar 3.5. Pengaruh Waktu Pemasakan Terhadap Kandungan Selulosa Pulp (20 gram bahan baku, 300 ml Larutan Pemasak, Konsentrasi Larutan 10% dan Temperatur Pemasakan 100oC).
25 20 15 10 5 70
80
90
100
110
120
130
Temperatur Pemasakan (oC)
Gambar 3.4. Pengaruh Temperatur Pemasakan Terhadap Kandungan Lignin Pulp (20 gram bahan baku, 300 ml Larutan Pemasak, Lama Pemasakan 90 Menit dan Konsentrasi Larutan 10%).
48
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 17, Agsutus 2010
K a n d u n g a n L ig n in ( % )
3.4.2
Pengaruh Waktu Pemasakan Terhadap Kandungan Lignin 25 20 15 10 5 30
60
90
120
150
Waktu Pemasakan (menit)
Gambar 3.6. Pengaruh Waktu Pemasakan Terhadap Kandungan Lignin Pulp (20 gram bahan baku, 300 ml Larutan Pemasak, Konsentrasi Larutan 10% dan Temperatur Pemasakan 100oC). Dari grafik di bawah, diketahui bahwa kandungan lignin pada pulp akan semakin berkurang jika waktu pemasakan dinaikkan. Waktu pemasakan yang tinggi akan menaikkan kemampuan delignifikasi dari larutan pemasak sehingga lignin yang terlarut ke dalam larutan pemasak semakin banyak. Kandungan lignin terendah didapat pada pulp dengan temperatur pemasakan 120oC yaitu 15.01%.
V. DAFTAR PUSTAKA Clark, J. 1978. Pulp and Paper Technology. McGraw Hill Book Company. New York. Elyani. 1999. Pengetahuan Bahan Baku Kertas. Balai Besar Selulosa Bandung. Bandung. Joedodibroto, R. 1981. Pemanfaatan Alang-alang untuk Kertas. Balai Besar Selulosa. Bandung Ketaren, S, S dan B. Djatmiko. 1978. Daya Guna Hasil Kelapa. Departemen Teknologi Hasil Kelapa. Fatemena, IPB. Bogor . Suhardiyono. 1998. Tanaman Kelapa Budidaya dan Pemanfaatannya. Kanisius. Sutrian, Y. 1992. Pengantar Anatomi Tumbuhtumbuhan. Rineka Cipta. Jakarta.
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 17, Agsutus 2010
49
