Isolasi Lignin Pulp Soda dan Sulfat (Kraft)

ISOLASI LIGNIN DARI LINDI HITAM (Black Liquor)

PROSES PEMASAKAN PULP SODA DAN PULP SULFAT (Kraft)

Oleh

Fitriyani sinaga

Abstrak

Kebutuhan pulp di dalam negeri dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan peningkatan kebutuhan kertas. Peningkatan produksi pulp tersebut akan meningkatkan pula produksi limbah cair yaitu lindi hitam (black liquor). Badan Pusat Statistik menyatakan ekspor Indonesia terhadap pulp of wood and waste of paper tahun 2005 (140.533,124 ton) mengalami peningkatan dibandingkan dengan tahun 2004 (31.788,157 ton). Lindi hitam (black liquor) merupakan hasil samping dari proses pembuatan pulp yang memiliki komponen utama air, senyawa anorganik yang berasal dari sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil reaksi yang berlangsung selama proses pemasakan, serta senyawa organik yang berasal dari serpih kayunya. Lindi hitam dapat mencemari lingkungan yang disebabkan oleh adanya beberapa senyawa kimia yang bersifat racun seperti metil merkaptan dan hidrogen sulfida. Namun, berbagai jenis produk yang bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi dan pemisahan komponen yang terdapat dalam lindi hitam tersebut. Lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam lindi hitam (sekitar 46% dari total padatan), karena itu proses isolasi dan pemisahan lignin lebih memungkinkan. Lignin dapat dimanfaatkan sebagai bahan perekat, bahan pengisi karet, dan dapat disulfonasi menjadi lignosulfonat. Lignin juga dapat digunakan sebagai produk polimer dan sumber bahan-bahan kimia berat molekul rendah (seperti : vanilin), serta sebagai bahan mentah yang sangat baik untuk pembuatan serat sintetik (seperti nilon, bahan farmasi dan pewarna yang baik). Tujuan penelitian ini adalah untuk mengisolasi lignin dari lindi hitam, dan mengetahui pengaruh jenis lindi hitam serta konsentrasi asam (H2SO4) untuk memproduksi lignin dengan kondisi isolasi terbaik yang menghasilkan rendemen dan kemurnian lignin terbaik. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak lengkap faktorial dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah jenis lindi hitam (lindi hitam soda dan sulfat (kraft))dan faktor kedua adalah konsentrasi H2SO4 (5, 10, 15 dan 20%). Karakteristik dari kedua jenis lindi hitam secara visual berwarna coklat kehitaman dan memiliki bau yang tidak sedap. Lindi hitam sulfat (kraft) berwarna lebih gelap dibandingkan lindi hitam soda. pH lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat adalah sebesar 9,50 dan 13,10. Massa jenis pada lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat adalah 1,03 dan 1,10, padatan total lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat adalah sebesar 5,88% dan 18,67%, abu tersulfatasi lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat adalah sebesar 37,30% dan 31,80% serta senyawa organik pada lindi hitam soda dan lindi hitam sulfat (kraft) adalah sebesar 62,70% dan 68,20%. Berdasarkan analisa keragaman dengan a = 0,05, diperoleh bahwa faktor jenis lindi hitam berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH, kadar metoksil dan bobot ekuivalen, sedangkan faktor konsentrasi H2SO4 berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH dan bobot ekuivalen. Interaksi antara jenis lindi hitam dan konsentrasi H2SO4 berpengaruh sangat nyata terhadap rendemen dan kadar lignin. Lignin yang dihasilkan secara visual memiliki warna coklat kehitaman dan untuk isolat lignin kraft berwarna lebih hitam dibandingkan isolat lignin soda. Kondisi isolasi terbaik adalah kondisi dimana lignin yang dihasilkan memiliki nilai rendemen dan kadar lignin tetinggi. Berdasarkan hasil analisa keragaman dan uji lanjut Duncan, maka kondisi isolasi terbaik yang dicapai adalah isolasi lignin yang menggunakan lindi hitam sulfat (kraft) dengan konsentrasi H2SO4 20%. Rendemen lignin yang dihasilkan sebesar 27,74% dari padatan totalnya dan kadar lignin (kemurnian) sebesar 81,48%. Isolat lignin ini memiliki nilai pH (keasaman) sebesar 2,70, kadar metoksil sebesar 3,30% dan bobot ekuivalen sebesar 2067. Hasil identifikasi FT-IR dari isolat lignin sulfat (kraft) menunjukkan pola serapan spektro yang sebagian besar mirip dengan lignin indulin-AT sebagai standarnya. Isolat lignin kraft menunjukkan bahwa lignin memiliki gugus siringil dan guaiasil yang merupakan prazat penyusun dalam lignin kayu daun lebar. Sedangkan lignin indulin-AT, hanya memiliki gugus guaiasil yang menunjukkan bahwa lignin standar indulin-AT berasal dari kayu daun jarum.

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Lignin merupakan polimer alami yang terdapat dalam tumbuhan. Struktur lignin sangat beraneka ragam tergantung dari jenis tanamannya. Namun, secara umum lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Tanaman kayu atau non kayu merupakan sumber utama lignin yang berfungsi sebagai pelindung dan pemberi kekuatan pada tanaman sehingga mampu menahan tekanan mekanis. Lignin berpotensi besar jika diaplikasikan dalam berbagai industri karena lignin memiliki banyak manfaat. Lignin dapat digunakan sebagai bahan perekat, bahan pengisi karet, sebagai bahan baku vanilin, disulfonasi menjadi lignosulfonat dan sebagainya. Selain terdapat di dalam tanaman, lignin juga dapat ditemukan dalam limbah cair sisa proses pemasakan pulp yang dikenal dengan sebutan lindi hitam (black

liquor). Lindi hitam (black liquor) merupakan larutan sisa pemasak yang dihasilkan dari proses pembuatan pulp (proses pulping). Dalam pembuatan pulp, industri pulp dan kertas membutuhkan serat selulosa dari bahan-bahan berlignoselulosa baik kayu maupun non kayu yang diperoleh dengan cara pemasakan atau sering disebut dengan proses pulping (delignifikasi). Proses pulping dapat dilakukan dengan cara mekanis, kimia, atau gabungan antara cara kimia dan mekanis (semi kimia). Setiap proses akan menghasilkan pulp dengan sifat yang berbeda dan untuk tujuan penggunaan yang berbeda pula. Proses pulp sulfat (kraft) dan pulp soda merupakan dua teknik pokok pembuatan pulp kimia alkalis. Menurut Fengel (1995), natrium hidroksida merupakan bahan kimia pemasak utama dalam kedua proses tersebut, sedangkan dalam pembuatan pulp sulfat (kraft) natrium sulfida merupakan komponen aktif tambahan. Nama proses tersebut diperoleh dari bahan kimia yang dipulihkan yang digunakan untuk mengimbangi hilangnya natrium hidroksida, masing-masing natrium karbonat dan natrium sulfat. Dalam pemanfaatan kayu sebagai bahan baku pembuatan pulp, lignin dipisahkan dari selulosa sebagai limbah yang bercampur dengan komponen lain yang berbentuk lindi hitam (black liquor) (Damris et al.,1999). Lindi hitam merupakan campuran yang sangat kompleks yang mengandung sejumlah besar komponen dengan struktur dan susunan yang berbeda. Bahan organik dalam lindi hitam yang dihasilkan setelah pembuatan pulp pada dasarnya terdiri dari lignin dan produk-produk degradasi karbohidrat disamping bagian-bagian kecil ekstraktif dan produk-produk reaksinya. Lignin merupakan komponen terbesar dalam lindi hitam sekitar 46% dari padatan totalnya (Sjostrom, 1995). Rudatin (1991) mengemukakan bahwa lindi hitam memiliki komponen utama air, senyawa anorganik yang berasal dari sisa cairan kimia pemasak serpih kayu dan hasil reaksi yang berlangsung selama proses pemasakan, serta senyawa organik yang berasal dari serpih kayunya.

B. Tujuan

Tujuan umum penelitian ini adalah untuk memanfaatkan limbah cair sisa pemasak proses pulping dari industri pulp dan kertas yaitu lindi hitam, yang digunakan untuk memproduksi lignin. Tujuan khususnya adalah untuk mengisolasi lignin dari dua jenis lindi hitam serta mengetahui pengaruh jenis lindi hitam dan konsentrasi asam (H2SO4) untuk memproduksi lignin dengan kondisi isolasi terbaik, rendemen tertinggi serta kemurnian lignin terbaik.

C. Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian ini meliputi pengujian karakteristik lindi hitam soda dan lindi hitam kraft, isolasi lignin dari kedua jenis lindi hitam (lindi hitam soda dan lindi hitam kraft) dengan menggunakan konsentrasi H2SO4 yang berbeda (5, 10, 15, dan 20%), serta pengujian isolat lignin yang dihasilkan dari lindi hitam yang mendapat kombinasi perlakuan jenis lindi hitam dan penggunaan konsentrasi H2SO4.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Lignin

Zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan selain selulosa adalah lignin. Lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Polimer lignin tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk dasarnya. Lignin yang melindungi selulosa, bersifat tahan terhadap hidrolisa disebabkan oleh adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan lain-lain, sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989).

Jumlah lignin yang terdapat di dalam tumbuhan yang berbeda sangat bervariasi. Distribusi lignin di dalam dinding sel dan kandungan lignin bagian pohon yang berbeda tidak sama. Sebagai contoh kandungan lignin yang tinggi adalah khas untuk bagian batang yang paling rendah, paling tinggi dan paling dalam, untuk cabang kayu lunak, kulit, dan kayu tekan. Dalam kebanyakan penggunaan kayu, lignin digunakan sebagai bagian integral kayu. Hanya dalam pembuatan pulp dan pengelantangan, lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk terdegradasi dan berubah (Fengel, 1995).

Fengel (1995) juga menyatakan bahwa p-koumaril alkohol, koniferil alkohol dan sinapil alkohol merupakan senyawa induk (precursor) primer dan merupakan unit pembentuk semua lignin.

Menurut Damat (1989), tanaman jenis kayu maupun non kayu merupakan sumber utama lignin. Kandungan lignin daun jarum lebih besar dari pada kandungan lignin pada kayu daun lebar. Menurut Rahmawati (1999), kadar selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif sangat bervariasi antara satu jenis kayu dengan jenis kayu yang lain. Variasi tersebut juga terlihat dalam satu pohon pada lokasi yang berbeda.

Sjostrom (1995) menyatakan bahwa gugus-gugus fungsi sangat mempengaruhi reaktivitas lignin. Polimer lignin mengandung gugus-gugus metoksil, gugus hidroksil fenol, dan beberapa gugus aldehida ujung dalam rantai samping. Menurut Achmadi (1990), gugus fungsi yang sangat mempengaruhi reaktivitas lignin terdiri dari hidroksil fenolik, hidroksil benzilik, dan gugus karbonil. Frekuensinya beragam sesuai dengan lokasi morfologis dari lignyin

B. Sifat Lignin

Secara fisis lignin berwujud amorf (tidak berbentuk), berwarna kuning cerah dengan bobot jenis berkisar antara 1,3-1,4 bergantung pada sumber ligninnya. Indeks refraksi lignin sebesar 1,6. Sifatnya yang amorf menyebabkan lignin sulit dianalisa dengan sinar-X. Lignin juga tidak larut dalam air, dalam larutan asam dan larutan hidrokarbon. Karena lignin tidak larut dalam asam sulfat 72%, maka sifat ini sering digunakan untuk uji kuantitatif lignin. Lignin tidak dapat mencair, tetapi akan melunak dan kemudian menjadi hangus bila dipanaskan. Lignin yang diperdagangkan larut dalam alkali encer dan dalam beberapa senyawa organik (Kirk dan Othmer, 1952).

Titik didih lignin secara pasti tidak dapat ditentukan. Namun, pemanasan kayu secara bertahap dengan suhu tinggi dapat dilihat penguraian thermal dari komponen kayu. Hemiselulosa terurai pada suhu 200-260oC, selulosa pada suhu 240-350oC dan lignin terurai pada rentang temperatur yang lebih luas yaitu 280- 500oC (Sjostrom, 1995).

Salah satu faktor yang mempengaruhi fungsi lignin adalah bobot molekul. Bobot molekul rata-rata lignin tidak seragam karena beragamnya proses pembuatan pulp, proses isolasi lignin, degradasi makromolekul selama isolasi, efek kondensasi terutama pada kondisi asam dan ketidakteraturan sifat fisis lignin terlarut. Lignin umumnya tidak larut dalam pelarut sederhana, namun lignin alkali dan lignin sulfonat larut dalam air dan alkali encer. Lignin yang terlarut mempunyai distribusi bobot molekul yang bersifat ganda. Beberapa dari komponennya memiliki bobot molekul yang lebih tinggi. Lignin yang bobot molekulnya rendah, dalam larutan bobot molekulnya menjadi lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa lignin mempunyai berat molekul yang lebih tinggi ketika terlarut (Salminah, 2001).

Menurut Kirk dan Othmer (1952), lignin terdiri dari 61-65 persen karbon, 5 sampai 6,1 persen hidrogen dengan panas pembakarannya sebesar 11.300 Btu/lb (6.280 kal/gram). Jumlah gugus metoksil dalam lignin bergantung pada sumber lignin dan proses isolasi yang digunakan.

Casey (1980) juga menyatakan bahwa selain mengandung karbon dan hidrogen, lignin juga mengandung gugus metoksil. Karakteristik kimia lignin dapat diperoleh dengan analisis unsur dan penentuan gugus metoksil. Di samping itu, komponen-komponen non lignin diperhitungkan dengan cara penentuan abu dan polisakarida. Karakteristik analitik lebih lanjut adalah kandungan gugus fungsional lain (misalnya gugus fenolat dan hidroksil alifatik, gugus karbonil, karboksil) yang menunjukkan perubahanperubahan struktur lignin yang disebabkan oleh prosedur isolasi atau perlakuan kimia (Meier et al., 1981 dalam Fengel, 1995).

C. Manfaat Lignin

Lignin dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar jika dibuat dalam jumlah besar dan dalam keadaan benar-benar kering. Lignin relatif lebih tinggi kandungan atom C dan H-nya, namun kandungan O-nya lebih rendah dibandingkan selulosa dan hemiselulosa, dan lignin sebagai bahan bakar lebih bernilai dibanding selulosa dan hemiselulosa karena nilai panas pembakarannya lebih besar (Judoamidjojo et al., 1989).

D. Lindi Hitam (Black Liquor)

Lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam larutan sisa pemasak pulp atau lindi hitam. Lignin yang terkandung dalam lindi hitam kraft kayu lunak sekitar 46 % dari padatan kering (Sjostrom, 1995).

Lindi hitam merupakan larutan sisa pemasak yang dihasilkan dari proses pembuatan pulp (proses pulping). Lindi hitam sangat mencemari lingkungan jika dibuang sehingga dilakukan usaha untuk mengurangi pembuangannya. Senyawa organik dalam lindi hitam biasanya digunakan sebagai bahan bakar dan senyawa anorganiknya diambil kembali.

Menurut Sjostrom (1995), lindi hitam merupakan campuran yang sangat kompleks yang mengandung sejumlah besar komponen dengan struktur dan susunan yang berbeda. Bahan organik dalam lindi hitam yang dihasilkan setelah pembuatan pulp pada dasarnya terdiri dari lignin dan produk-produk degradasi karbohidrat disamping bagian-bagian kecil ekstraktif dan produk-produk reaksinya. Proses isolasi dan pemisahan komponen yang terdapat dalam larutan sisa pemasak (lindi hitam) dapat dihasilkan berbagai jenis produk antara lain lignosulfonat, gula, asam aldonat, etil alkohol, protein, asam asetat, butanol, dan asam laktat. Namun, lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam larutan sisa pemasak, karena itu proses isolasi dan pemisahan lignin lebih memungkinkan.

E. Pulping Soda dan Pulping Sulfat (Kraft)

Lindi hitam merupakan larutan sisa pemasak yang dihasilkan dari proses pembuatan pulp (proses pulping). Proses pulping merupakan proses pelarutan lignin terutama yang terdapat pada dinding tengah, sehingga serat-serat selulosa terpisah dari lignin. Menurut Sugesty et al. (1986), proses pembuatan pulp merupakan proses delignifikasi dan penghilangan senyawa lain selain selulosa.

Menurut Sjostrom (1995), selama berlangsungnya proses pulping tidak hanya lignin yang terpisahkan dari serat-serat selulosa, tetapi juga komponen-komponen lain seperti polisakarida dan sedikit hemiselulosa.

Menurut Rahmawati (1999), proses pulping adalah proses untuk mendapatkan pulp dengan cara memisahkan bahan berserat menjadi serat-serat individual melalui proses mekanis, semi kimia dan kimia. Serat tersebut didapat setelah komponen lignin yang mengikat serat dan zat ekstraktif yang tidak diinginkan dalam pembuatan pulp dilarutkan dan dihilangkan. Lignin memberikan pengaruh yang kurang baik terhadap pulp, yaitu warna maupun sifat fisik pulp, lamanya waktu penggilingan pulp berbanding terbalik dengan jumlah lignin yang dikandung oleh pulp. Apabila pulp mengandung kadar lignin tinggi akan sukar digiling dan menghasilkan lembaran dengan kekuatan rendah (Rahmawati, 1999). Hal ini yang menyebabkan lignin harus dipisahkan dari pulp.

Proses pulping dapat digolongkan menjadi tiga yaitu proses mekanis, proses kimia dan semi kimia. 

Menurut Fengel (1995), proses mekanis adalah proses pembuatan pulp secara mekanis yaitu dengan penggilingan atau asah batu. Proses secara kimia atau semi kimia adalah proses pembuatan pulp menggunakan sejumlah bahan kimia ke dalam wadah pemasakan. Larutan kimia yang digunakan berupa alkali atau asam. Pembuatan pulp secara kimia yang dikenal adalah proses pembuatan pulp sulfit, proses pembuatan pulp kraft, dan proses soda. Setiap proses akan menghasilkan pulp dengan sifat yang berbeda dan untuk tujuan penggunaan yang berbeda pula. Suhendra (1992) menyatakan bahwa proses kimia dan semi kimia dicirikan dengan penambahan bahan-bahan kimia dalam wadah pemasakan. Pemasakan dengan bahan kimia dimaksudkan untuk memisahkan serat selulosa dari lignin, tanin dan komponen lainnya. Larutan kimia yang digunakan dapat berupa asam atau alkali. Menurut Bahar (1983), proses pulping secara kimia atau sering disebut dengan proses alkali yang masih digunakan sampai saat ini adalah proses soda dan sulfat (kraft).

Menurut Fengel (1995), natrium hidroksida merupakan bahan kimia pemasak utama dalam kedua proses tersebut, sedangkan dalam pembuatan pulp sulfat (kraft) natrium sulfida merupakan komponen aktif tambahan. Nama proses tersebut diperoleh dari bahan kimia yang dipulihkan yang digunakan untuk mengimbangi hilangnya natrium hidroksida, masing-masing natrium karbonat dan natrium sulfat.

F. Isolasi Lignin

Isolasi lignin merupakan tahap pemisahan lignin. Berbagai teknik isolasi lignin telah dipelajari, tetapi pada prinsipnya sama yaitu diawali dengan proses pengendapan padatan. Menurut Damat (1989), pengendapan lignin dalam larutan sisa pemasak terjadi sebagai akibat terjadinya reaksi kondensasi pada unit-unit penyusun lignin (para-koumaril alkohol, koniferil alkohol dan sinapil alkohol) yang semula larut akan terpolimerisasi dan membentuk molekul yang lebih besar.

Menurut Sjostrom (1995), isolasi lignin dibedakan pada tiga metode yaitu isolasi dengan pengasaman yang menggunakan pereaksi anorganik, isolasi dengan metode Cellulolytic Enzyme Lignins (CEL), dan Milled Wood Lignin (MWL).

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Bahan dan Alat

Bahan utama yang digunakan untuk isolasi lignin adalah lindi hitam (black

liquor) pulp soda dan lindi hitam pulp sulfat (kraft) yang diperoleh dari digester sisa proses pemasakan pulp. Kedua jenis lindi hitam berasal dari pabrik pulp dan kertas yang berbeda. Bahan-bahan kimia yang digunakan adalah H2SO4, NaOH, kertas saring, kertas pH, NaCl, HCl, etanol, phenolpthalin, metil jingga dan aquades.

Alat-alat yang digunakan adalah cawan porselen, gelas ukur, erlenmeyer, timbangan, mortar, pengaduk, oven, penangas air, pendingin tegak, sentrifuse, pipet, pH meter, tanur, alat titrasi, corong, gelas piala, buchner, desikator dan spektrofotometer FT-IR (Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy).

B. Metode Penelitian

1. Persiapan Sampel

Pada persiapan sampel dilakukan pengujian pH, massa jenis, padatan total, kadar abu tersulfatasi, dan kadar senyawa organik terhadap lindi hitam pulp soda dan pulp sulfat (kraft). 

2. Isolasi Lignin

Lindi hitam diisolasi ligninnya dan dilakukan pengujian statistik berdasarkan pengaruh jenis lindi hitam yaitu lindi hitam dari proses soda dan sulfat (kraft) dan konsentrasi asam (H2SO4) untuk memproduksi lignin dengan kondisi isolasi terbaik dan mengetahui pengaruh jenis lindi hitam dan konsentrasi asam (H2SO4) terhadap rendemen dan kemurnian lignin yang dihasilkan. Proses isolasi ini mengacu pada metode isolasi yang dikembangkan oleh Kimet al. (1987). Lindi hitam terlebih dahulu disaring menggunakan kertas saring kemudian sebanyak 300 ml dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan ligninnya diendapkan melalui cara titrasi oleh asam sulfat (H2SO4 5%). Titrasi dilakukan secara perlahan-lahan (1 ml per menit) sampai pH 2. Endapan lignin dipisahkan dari lindi hitam yang telah diasamkan dengan menggunakan alat sentrifuse. Untuk meningkatkan kemurnian lignin, endapan lignin dilarutkan dalam larutan alkali yaitu NaOH 1N, kemudian disaring dengan kertas saring sehingga dihasilkan larutan lignin dengan kemurnian yang lebih tinggi. Selanjutnya larutan lignin diendapkan kembali dengan cara titrasi menggunakan asam sulfat (H2SO4 5%) (seperti proses pengendapan pertama). Endapan lignin dipisahkan dari larutan dengan menggunakan alat sentrifuse. Endapan lignin dicuci menggunakan aquades dan disaring menggunakan penyaring vakum. Endapan yang telah dicuci dikeringkan dalam oven (50-60oC). Diagram alir proses isolasi lignin dari lindi hitam menggunakan asam sulfat (H2SO4) 5% dapat dilihat pada Gambar 6 (metode yang sama dilakukan untuk penggunaan asam sulfat dengan konsentrasi yang bervariasi yaitu 10, 15 dan 20%).

3. Karakterisasi Isolat Lignin

Karakterisasi yang dilakukan terhadap isolat lignin meliputi rendemen, kadar lignin, pH lignin, kadar metoksil, bobot ekuivalen lignin dan identifikasi gugus fungsi lignin dengan spektrofotometer FT-IR

C. Rancangan Percobaan

1. Perlakuan

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis lindi hitam dan konsentrasi H2SO4 pada isolasi lignin terhadap rendemen dan kemurnian lignin yang dihasilkan, serta untuk mengetahui kondisi isolasi lignin yang terbaik. Faktor-faktor yang diujikan pada unit percobaan isolasi lignin adalah : A.Jenis Lindi Hitam A1 = Lindi Hitam Kraft A2 = Lindi Hitam Soda B.Konsentrasi H2SO4 B1 = Konsentrasi 5% B2 = Konsentrasi 10% B3 = Konsentrasi 15% B4 = Konsentrasi 20%

2. Rancangan Percobaan

Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan acak lengkap faktorial yang melibatkan dua faktor dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah jenis lindi hitam (2 taraf) yaitu lindi hitam kraft dan lindi hitam soda, sedangkan faktor kedua adalah konsentrasi H2SO4 (4 taraf) yaitu konsentrasi H2SO4 5%, 10%, 15% dan 20%. Pada rancangan percobaan ini terdapat 2 x 4 = 8 kombinasi perlakuan dengan dua kali ulangan sehingga terdapat 2 x 4 x 2 = 16 satuan percobaan. Model matematis rancangan percobaan adalah (Mattjik dan Sumertajaya, 2002).

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Karakteristik Lindi Hitam (Black Liquor) 

Lindi hitam (black liquor) yang digunakan dalam penelitian ini adalah lindi hitam pulp soda dan lindi hitam pulp sulfat (kraft) dari pabrik pulp dan kertas. Kedua jenis lindi ini diperoleh dari digester sisa pemasakan pulp. Kedua jenis lindi hitam ini merupakan sisa proses pulping secara kimia. Larutan pemasak yang digunakan kedua jenis lindi adalah kaustik soda (NaOH) tetapi pada lindi hitam sulfat (kraft) ditambahkan natrium sulfida (Na2S) pada larutan pemasaknya. Hal ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Fengel (1995) yang menyatakan bahwa natrium hidroksida merupakan bahan kimia pemasak utama dalam proses soda dan kraft, sedangkan dalam pembuatan pulp sulfat (kraft) natrium sulfida merupakan komponen aktif tambahan. Kedua jenis lindi hitam menggunakan bahan baku yang berbeda. Lindi hitam soda menggunakan tanaman non kayu yaitu jerami padi, sedangkan lindi hitam sulfat (kraft) menggunakan kayu eucalyptus. Karakteristik kedua jenis lindi hitam secara visual berwarna coklat kehitaman. Lindi hitam sulfat (kraft) berwarna lebih gelap dibandingkan lindi hitam soda.

Kedua jenis lindi hitam yang digunakan memiliki nilai pH yang berbeda. Hal ini diduga disebabkan oleh perbedaan jenis dan konsentrasi bahan kimia pemasak pulp yang digunakan kedua pabrik dan perbedaan perbandingan antara jumlah bahan baku dan bahan kimia yang digunakan. Pada proses sulfat (kraft), larutan pemasak yang digunakan adalah campuran larutan kaustik soda (NaOH) dan natrium sulfida (Na2S), sedangkan pada lindi hitam soda hanya menggunakan larutan kaustik soda (NaOH). 

Sjostrom (1995) menyatakan bahwa larutan sisa pemasak pulp yang menggunakan proses alkali mempunyai pH yang tidak kurang dari 12. Penurunan pH pada larutan sisa pemasak disebabkan oleh terbentuknya gas CO2, asam asetat, asam format selama berlangsungnya pemasakan (Santoso, 1995). 

Massa jenis kedua jenis lindi hitam tidak berbeda jauh, lindi hitam soda memiliki massa jenis sebesar 1,03 dan massa jenis lindi hitam kraft sebesar 1,10. Padatan total, abu tersulfatasi dan senyawa organik kedua jenis lindi hitam memiliki nilai yang berbeda. Padatan total merupakan residu yang diperoleh dari hasil penguapan lindi hitam pada suhu tertentu (SNI 06-1839-1990), sedangkan senyawa organik dalam lindi hitam adalah senyawa-senyawa yang antara lain selulosa, hemiselulosa dan lignin dalam lindi hitam (SNI 06-2235-1991). Perbedaan padatan total, abu tersulfatasi dan senyawa organik diduga disebabkan oleh perbedaan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan pulp dan proses pulping yang berbeda. Lindi hitam soda menggunakan jerami padi (tanaman non kayu), sedangkan lindi hitam kraft menggunakan kayu eucalyptus (kayu daun lebar) sebagai bahan baku pulp. Kedua jenis bahan baku memiliki komposisi senyawa-senyawa organik yang berbeda. Kandungan lignin pada kayu eucalyptus lebih besar dibandingkan pada jerami padi. Kandungan lignin pada kayu eucalyptus sekitar 27,36% (Sugesty, 1984), sedangkan pada jerami padi mengandung lignin sekitar 12,5% (Damat, 1989). Proses pulping yang digunakan kedua pabrik juga berbeda, lindi hitam soda menggunakan proses soda sedangkan lindi hitam kraft menggunakan proses sulfat (kraft).

Pada proses kraft senyawa organik selain selulosa seperti lignin lebih mudah terpisah dari pulp dibandingkan pada proses soda yang terlarut dalam lindi hitam, sehingga padatan total dan senyawa organik pada lindi hitam kraft lebih tinggi dibandingkan pada lindi hitam soda.

Sugesty et al. (1986) menyatakan bahwa lignin pada pulp soda lebih tinggi dibandingkan pada pulp sulfat (kraft). Ini disebabkan pemasakan dengan proses soda kurang baik karena delignifikasi tidak sempurna, sedangkan pada pemasakan dengan proses sulfat lignin lebih banyak larut dalam Na2S yang mampu memutuskan ikatan-ikatan bermolekul tinggi sehingga lignin terlarut dalam lindi hitam. Hal ini ditunjukkan dengan kadar lignin yang lebih tinggi pada lindi hitam sulfat. Meskipun pada proses soda terjadi proses delignifikasi yang kurang sempurna, namun sampai saat ini proses soda masih sering digunakan terutama untuk pembuatan pulp berbahan baku tanaman non kayu.

Hal ini sesuai dengan pendapat Fengel (1995), proses soda telah banyak diganti dengan proses sulfat terutama dalam pembuatan pulp kayu lunak tetapi masih merupakan proses yang penting untuk menghasilkan pulp serat bukan kayu.

B. Isolasi Lignin

Isolasi lignin merupakan tahap pemisahan lignin. Berbagai teknik isolasi telah dipelajari, tetapi pada prinsipnya sama yaitu diawali dengan proses pengendapan padatan. Menurut Damat (1989), pengendapan lignin dalam larutan sisa pemasak terjadi sebagai akibat terjadinya reaksi kondensasi pada unit-unit penyusun lignin (para-koumaril alkohol, koniferil alkohol dan sinapil alkohol) yang semula larut akan terpolimerisasi dan membentuk molekul yang lebih besar. Metode isolasi lignin yang digunakan dalam penelitian ini mengacu pada metode yang dikembangkan oleh Kim et. al.(1987).

Lignin diisolasi dari dua jenis lindi hitam yang berbeda yaitu lindi hitam dari proses pulping soda dan pulping kraft. Isolasi dilakukan menggunakan asam sulfat (H2SO4) dengan berbagai konsentrasi yaitu 5, 10, 15 dan 20%. Saat ini proses pulping yang banyak digunakan adalah proses kimia yaitu proses soda dan sulfat (kraft) yang menghasilkan lindi hitam soda dan sulfat (kraft). Isolasi lignin dari kedua jenis lindi hitam akan menghasilkan sifat dan karakteristik lignin yang berbeda. Menurut Fengel (1995), lignin hasil isolasi lindi hitam soda disebut dengan lignin soda sedangkan lignin hasil isolasi lindi hitam sulfat (kraft) disebut dengan lignin sulfat (kraft).

Asam akan mengendapkan lignin dari lindi hitam karena lignin tidak larut dalam larutan asam. Konsentrasi yang digunakan dalam isolasi lignin ini bervariasi yaitu konsentrasi H2SO4 5%, 10%, 15% dan 20%. Menurut Lin (1992), secara umum pengasaman lindi hitam dapat menggunakan asam mineral seperti H2SO4 atau HCl dengan proses pengadukan yang baik. Konsentrasi asam yang digunakan sebaiknya berada diantara 5 dan 20% untuk mencegah terjadinya proses pengasaman sebagian sehingga mencapai pengasaman yang seragam.

C. Rendemen Lignin

Rendemen isolat lignin dihitung berdasarkan padatan total dari masingmasing lindi hitam. Berdasarkan nilai rata-rata rendemen (Lampiran 3) dari berbagai konsentrasi, terlihat bahwa rendemen isolat lignin kraft berkisar antara 24,03%-27,74%, sedangkan isolat lignin soda berkisar antara 20,52%-22,04%. Berdasarkan analisis keragaman dengan a = 0,05, diketahui bahwa jenis lindi hitam, konsentrasi H2SO4 dan interaksi antara jenis lindi hitam dengan konsentrasi H2SO4 berpengaruh nyata terhadap rendemen lignin yang ditandai dengan nilai Pr > F memiliki nilai yang lebih kecil dari a = 0,05

KESIMPULAN.

Lignin dapat diisolasi dari lindi hitam dengan cara pengendapan menggunakan asam. Karakteristik kedua jenis lindi hitam secara visual berwarna coklat kehitaman. Lindi hitam sulfat (kraft) berwarna lebih gelap dibandingkan lindi hitam soda. Kedua jenis lindi memiliki bau yang tidak sedap yang disebabkan oleh adanya senyawa belerang bivalen diantaranya metil merkaptan, dimetil sulfida dan dimetil disulfida yang merupakan turunan dari hidrogen sulfida.

Karakteristik lain dari kedua jenis lindi hitam adalah pengujian secara kimia yaitu pH, massa jenis, padatan total, abu tersulfatasi dan senyawa organik. pH lindi hitam soda adalah sebesar 9,50 dan lindi hitam sulfat sebesar 13,10. Massa jenis pada lindi soda sebesar 1,03 dan lindi sulfat sebesar 1,10, padatan total lindi soda sebesar 5,88% dan lindi sulfat sebesar 18,67%, abu tersulfatasi lindi soda sebesar 37,30% dan lindi sulfat sebesar 31,80% serta senyawa organik pada lindi hitam soda sebesar 62,70% dan lindi hitam sulfat (kraft) sebesar 68,20%.

Kedua jenis lindi hitam memiliki karakteristik yang berbeda, diduga disebabkan oleh perbedaan jenis dan konsentrasi bahan kimia pemasak pulp yang digunakan kedua pabrik, perbedaan bahan baku yang digunakan serta perbedaan perbandingan antara jumlah bahan baku dan bahan kimia yang digunakan.

Dari hasil analisis keragaman dengan a = 0,05 diperoleh hasil bahwa faktor jenis lindi hitam berpengaruh nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH, kadar metoksil dan bobot ekuivalen lignin, sedangkan faktor konsentrasi H2SO4 berpengaruh nyata terhadap rendemen, kadar lignin, pH dan bobot ekuivalen lignin. Interaksi antara jenis lindi hitam dan konsentrasi H2SO4 berpengaruh nyata terhadap rendemen dan kadar lignin.

Lignin yang dihasilkan secara visual memiliki warna coklat kehitaman dan untuk lignin isolat kraft berwarna lebih gelap dibandingkan lignin isolat soda. Kondisi isolasi terbaik adalah kondisi dimana lignin yang dihasilkan memiliki nilai rendemen dan kadar lignin tetinggi. Berdasarkan hasil analisis keragaman dan uji lanjut Duncan, maka kondisi isolasi terbaik yang dicapai adalah isolasi lignin yang menggunakan lindi hitam sulfat (kraft) dengan konsentrasi H2SO4 20%. Rendemen lignin rata-rata dari kombinasi perlakuan terbaik adalah sebesar 27,74% dari padatan totalnya dan kadar lignin (kemurnian) rata-ratanya sebesar 81,48%. Isolat lignin ini memiliki nilai pH (keasaman) sebesar 2,70, kadar metoksil sebesar 3,30% dan bobot ekuivalen lignin sebesar 2067. Hasil identifikasi FT-IR dari isolat lignin kraft menunjukkan pola serapan spektro IR yang sebagian besar mirip dengan lignin indulin-AT sebagai standarnya.

Isolat lignin kraft menunjukkan bahwa lignin memiliki gugus siringil dan guaiasil yang merupakan prazat penyusun dalam lignin kayu daun lebar, sedangkan pada lignin indulin-AT hanya memiliki gugus guaiasil yang menunjukkan bahwa lignin berasal dari kayu daun jarum.