KAJIAN NISBAH LIGNIN-NaHSO3 DAN pH PADA REAKSI SULFONASI LIGNIN KRAFT UNTUK MENGHASILKAN NATRIUM LIGNOSULFONAT
JONIZAL DAVID
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ii
ABSTRAK JONIZAL DAVID. Kajian Nisbah Lignin-NaHSO3 dan pH pada Reaksi Sulfonasi Lignin Kraft untuk Menghasilkan Natrium Lignosulfonat. Dibimbing oleh GUSTINI SYAHBIRIN dan DUDI TOHIR. Lignin diisolasi dari lindi hitam proses kraft dengan H2SO4 20% lalu disulfonasi menjadi natrium lignosulfonat (NaLS). Pada penelitian ini, lignin disulfonasi oleh NaHSO3 dengan nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4; 1:0,5; dan 1:0,6 pada pH awal 5, 6, dan 7. Parameter yang diamati ialah kadar, pH akhir, dan bobot NaLS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nisbah lignin-NaHSO3, pH awal, dan interaksi antara keduanya hanya berpengaruh nyata terhadap kadar NaLS. Kadar NaLS tertinggi didapatkan pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 dengan pH awal 7, yaitu 54,96%. Kadar NaLS terendah didapatkan pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 dengan pH awal 5, yaitu 28,40%. Kondisi terbaik sintesis NaLS pada perlakuan ini didapatkan pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 dengan pH awal 7. Pola spektrum FTIR NaLS menunjukkan adanya vibrasi ulur C-S pada bilangan gelombang 622 cm-1. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi sulfonasi terhadap lignin.
ABSTRACT JONIZAL DAVID. Study the Influence of Ratio lignin-NaHSO3 and pH to Kraft Lignin Sulfonation Reaction to produce Sodium Lignosulphonic. Supervised by GUSTINI SYAHBIRIN and DUDI TOHIR. Lignin was isolated from black liquor kraft processing with H2SO4 20% and was sulfonated onto sodium lignosulphonic (NaLS). In this research, lignin was sulfonated by NaHSO3 with ratio of lignin-NaHSO3 1:0.4; 1:0.5; and 1:0.6, and initial pH 5, 6, and 7. Parameters observed were yield of NaLS level, final pH, and NaLS weight. This result showed that the ratio of lignin-NaHSO3, initial pH, and the interactions only gave a significant effect on NaLS yield. The highest NaLS level occured in the ratio of ligninNaHSO3 1:0.5 with initial pH 7, was 54.96%. The lowest NaLS level occured in the ratio of lignin-NaHSO3 1:0.5 with initial pH 5, was 28.40%. The best of condition to sinthesis of NaLS this treatment occured in the ratio of lignin-NaHSO3 1:0.5 with initial pH 7. Fourier transformed infrared spectrum of NaLS showed the existence of C-S stretching at wavenumber 622 cm-1. In the case showed the sulfonation of lignin has occured.
i
Judul : Kajian Nisbah Lignin-NaHSO3 dan pH pada Reaksi Sulfonasi Lignin untuk Menghasilkan Natrium Lignosulfonat Nama : Jonizal David NIM : G44202056
Kraft
Menyetujui: Pembimbing I
Pembimbing II
Dra. Gustini Syahbirin, MS NIP 131842414
Drs. Dudi Tohir, MS NIP 131851277
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131578806
Tanggal lulus:
iii
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas ridho, rahmat, dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah dapat diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan dari bulan Desember 2006 sampai dengan bulan November 2007 ini ialah Kajian Nisbah Lignin-NaHSO3 dan pH pada Reaksi Sulfonasi Lignin Kraft untuk Menghasilkan Natrium Lignosulfonat. Penulis ucapkan terima kasih kepada Dra. Gustini Syahbirin, MS dan Drs. Dudi Tohir, MS selaku pembimbing atas bimbingan, ilmu, dan dorongan semangat yang diberikan selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih juga disampaikan kepada kedua orang tua, Yogi, Ibu Er, serta seluruh keluarga yang memberikan doa, kasih sayang, dorongan semangat, dan bantuan materi kepada penulis. Penulis juga tak lupa ucapkan kepada Tesar, Dewi, Ichsan, dan Dicky selaku teman penelitian, serta kepada Bapak Sabur, Ibu Yeni, dan Ibu Aah atas segala fasilitas dan kemudahan yang telah diberikan. Penulis juga ucapkan terima kasih kepada teman-teman penghuni laboratorium Kimia Organik, Obie, Lukmana, Izul, Ijal, dan teman-teman Kimia 39 atas persahabatan dan dukungannya, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan semuanya. Amin Ya Robbal ‘alamin. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2007
Jonizal David
iv
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 28 Juni 1984 dari ayah Alwizar dan ibu Trimurti. Penulis merupakan putra pertama dari dua bersaudara. Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 29 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar I pada tahun ajaran 2004/2005, asisten praktikum mata kuliah Kimia TPB dan asisten dosen mata kuliah Kimia Organik TPB pada tahun ajaran 2004-2005, serta asisten praktikum mata kuliah Kimia Fisik I pada tahun ajaran 2005-2006. Pada Tahun 2006 penulis melaksanakan praktik lapangan di Balai Besar Industri Agro (BBIA) Bogor.
v
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL.......................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN...............................................................................................
viii
PENDAHULUAN ......................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Lindi Hitam........................................................................................................... Pengertian dan Struktur Lignin ............................................................................. Kegunaan Lignin .................................................................................................. Natrium Lignosulfonat ......................................................................................... Kegunaan Natrium Lignosulfonat ........................................................................
1 2 3 3 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ..................................................................................................... Metode Penelitian ................................................................................................
4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri Bahan Baku ................................................................................................... Lignin Isolat ......................................................................................................... Natrium Lignosulfonat Sintetik............................................................................ Kadar NaLS .......................................................................................................... Derajat Keasaman NaLS ...................................................................................... Bobot NaLS.......................................................................................................... Spektrum FTIR Lignin dan NaLS ........................................................................
6 6 7 8 9 9 9
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan............................................................................................................... Saran.....................................................................................................................
12 12
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................
12
LAMPIRAN ...............................................................................................................
14
vi
DAFTAR TABEL Halaman 1
Komposisi lindi hitam kraft pada kayu lunak ...............................................
2
2
Ciri bahan baku ..............................................................................................
6
3
Karakteristik lignin isolat ..............................................................................
7
4
Karakteristik NaLS sintetik ...........................................................................
7
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Struktur p-koumaril alkohol, koniferil alkohol, dan sinapil alkohol .............
2
2
Bagian struktur lignin yang banyak pada kayu lunak dengan 16 unit fenilpropana (Adler 1977)..............................................................................
2
3
Lignin tersulfonasi pada posisi C-α dan C-γ .................................................
3
4
Reaksi pengasaman gugus fenolat pada lignin ..............................................
7
5
Reaksi sulfonasi terhadap 1,2-diguaiasilpropana-1,3-diol .............................
8
6
Hubungan kadar NaLS terhadap pH awal pada berbagai nisbah lignin- NaHSO3 ..............................................................................................
8
7
Struktur resonansi lignin pH awal 7 pada penstabilan karbokation C- α.......
8
8
Struktur resonansi lignin pH awal 5 dan 6 pada penstabilan karbokation C- α ................................................................................................................
8
Hubungan pH NaLS terhadap pH awal pada berbagai nisbah lignin- NaHSO3 ..............................................................................................
9
10 Hubungan bobot NaLS terhadap pH awal pada berbagai nisbah lignin- NaHSO3 ..............................................................................................
9
11 Spektrum FTIR lignin isolat ..........................................................................
10
12 Spektrum FTIR NaLS sintetik .......................................................................
11
9
vii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Diagram alir isolasi lignin..............................................................................
14
2
Diagram alir sintesis natrium lignosulfonat ..................................................
15
3
Data kadar air dan padatan total lindi hitam ..................................................
16
4
Data bobot jenis lindi hitam...........................................................................
16
5
Data rendemen lignin berdasarkan volume lindi hitam .................................
16
6
Data rendemen lignin berdasarkan padatan total lindi hitam.........................
16
7
Data kadar lignin............................................................................................
17
8
Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal terhadap kadar NaLS ...........
17
9
Uji lanjut Duncan pada kadar NaLS ..............................................................
19
10 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal terhadap pH NaLS yang dihasilkan .......................................................................................................
21
11 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal terhadap bobot NaLS yang dihasilkan .......................................................................................................
23
viii
1
PENDAHULUAN Permintaan kertas dari tahun ke tahun semakin meningkat. Permintaan dunia untuk berbagai jenis kertas pada Tahun 1990 sebesar 239.428.000 juta ton dan meningkat menjadi 369.085.000 juta ton pada Tahun 2005 (Pulp and Paper Industry 2006). Meningkatnya permintaan produksi kertas juga diikuti oleh meningkatnya masalah pencemaran lingkungan. Hasil samping proses pembuatan pulp disebut dengan lindi hitam. Larutan ini merupakan salah satu pencemar bagi lingkungan. Hal ini disebabkan oleh adanya beberapa senyawa kimia seperti metil merkaptan dan hidrogen sulfida yang bersifat racun. Lindi hitam jika tersebar ke seluruh ekosistem dapat menyebabkan penyimpangan reproduktif pada zooplankton dan invertebrata yang merupakan sumber makanan ikan. Hal ini selanjutnya dapat menyebabkan kerusakan genetik dan sistem kekebalan tubuh pada ikan (Rini 2002). Di sisi lain, berbagai jenis produk yang bermanfaat dapat dihasilkan dari isolasi yang terdapat dalam sisa pemasak tersebut. Komponen kimia terbesar yang terkandung dalam lindi hitam proses kraft adalah lignin dan sisanya terdiri atas produk degradasi karbohidrat, zat ekstraktif, dan komponen lain. Lignin merupakan komponen terbesar dalam lindi hitam proses kraft sekitar 46% dari padatan totalnya (Sjöström 1995). Lignin kraft atau bentuk-bentuk modifikasinya dapat digunakan sebagai zat pendispersi dan aditif dalam karet, resin, dan plastik. Penggunaan lignin kraft sebagai bahan mentah masih terbatas. Hal tersebut dikarenakan untuk memurnikan lignin kraft diperlukan biaya yang relatif mahal dan pada saat ini hanya diproduksi dalam jumlah sedikit. Salah satu pemanfaatan lignin ialah dapat dimodifikasi menjadi natrium lignosulfonat. Natrium lignosulfonat dapat disintesis dari lignin dengan reaksi sulfonasi. Reaksi sulfonasi merupakan reaksi yang melibatkan pemasukan gugus sulfonat ke dalam lignin. Dilling et al. (1990) telah melakukan sulfonasi lignin dengan kondisi pH awal 6-6,3 dan 2,5-3,5 mol bisulfit per 1 gram lignin pada suhu 175 οC menghasilkan natrium lignosulfonat pH 7. Syahmani (2000) telah melakukan sulfonasi terhadap lignin dari tandan kosong sawit dengan bisulfit pada pH 5 dengan suhu 100 οC selama 4 jam menghasilkan 2,2490 g natrium lignosulfonat dengan kemurnian 83,95%. Dzikrulloh (2007)
juga telah melakukan sulfonasi terhadap lignin hasil isolasi lindi hitam proses soda menggunakan nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4; 1:0,5; dan 1:0,6 dengan pH awal 5, 6, dan 7 pada suhu 100 οC selama 4 jam menghasilkan natrium lignosulfonat dengan kadar 68,62-83,57% dan pH 6,42-7,11. Pembuatan natrium lignosulfonat dari lignin kraft ini dapat digunakan sebagai zat pendispersi dan pengikat pada lumpur pengeboran minyak dan juga untuk pewarna tekstil. Natrium lignosufonat juga dapat digunakan sebagai zat aditif yang bersifat pendispersi pada beton. Pemanfaatan lindi hitam juga diharapkan dapat mengurangi lindi hitam yang dibuang begitu saja. Penelitian ini bertujuan mengisolasi lignin dari lindi hitam proses kraft. Lignin hasil isolasi lalu disulfonasi dengan NaHSO3 untuk menentukan pengaruh nisbah reaktan lignin-NaHSO3 dan pH awal pada kadar, pH akhir, dan bobot natrium lignosulfonat yang dihasilkan serta mendapatkan kondisi terbaik dalam sintesis natrium lignosulfonat.
TINJAUAN PUSTAKA Lindi Hitam Lindi hitam kraft merupakan larutan sisa pemasak serpih kayu dari pembuatan pulp dengan proses kimia sulfat. Sifat fisik dan kimia dari lindi hitam tersebut berupa cairan yang berwarna hitam, berbau, persen padatan 80%, pH 10-13, bobot jenis 1,20-1,60 g/ml yang dihasilkan dari proses pulping (Weyerhaesuer Company 2004). Menurut Sjöström (1995), lindi hitam kraft merupakan campuran kompleks yang dihasilkan dari pembuatan pulp menggunakan larutan NaOH dan Na2S mengandung sejumlah besar komponen dengan struktur dan susunan berbeda. Pada pembuatan pulp proses kraft, lindi hitam mengandung bahan organik. Namun pada dasarnya lindi hitam ini terdiri atas lignin dan produk-produk degradasi karbohidrat di samping bagian-bagian kecil ekstraktif dan produk-produk lainnya (Tabel 1).
2
Tabel 1
Komposisi lindi hitam kraft pada kayu lunak Komponen
Lignin Asam-asam hidroksi Asam format Asam asetat Ekstraktif Senyawa-senyawa lain Sumber: Sjöström 1995
Komposisi (% padatan kering) 46 30 8 5 7 4
Rumus struktur lignin kayu lunak telah diusulkan oleh Adler (1977) yang ditunjukkan pada Gambar 2. Rumus ini terdiri atas 16 unit fenilpropana dan rumus tersebut hanya menunjukkan sebagian dari makromolekul lignin. Rumus struktur yang dimodelkan oleh Adler ukurannya terbatas sehingga tidak dapat memberikan gambaran kuantitatif secara sempurna. Keterbatasan lainnya, dalam rumus Adler tidak ada ikatan-ikatan antara lignin dan karbohidrat atau konstituen-konstituen lainnya. C C
Pengertian dan Struktur Lignin
C
Lignin adalah makromolekul atau polimer dengan unit monomer fenilpropana (C-9) yang terikat satu sama lain melalui ikatan eter (C-O-C) dan ikatan karbon ke karbon (C-C) (Sjöström 1993). Menurut Achmadi S (1990), 2/3 bagian unit fenilpropana dalam lignin dihubungkan oleh ikatan eter (C-O-C) sedangkan sisanya sebanyak 1/3 dihubungkan oleh ikatan karbon ke karbon (C-C). Baik lignin alami maupun lignin dari lindi hitam bersifat amorf dan merupakan senyawa aromatik dengan struktur kimia yang kompleks. Lignin menurut strukturnya, dapat dibagi menjadi 2 kelompok: 1 Lignin guaiasil, yaitu lignin yang terdapat pada hampir semua kayu lunak dan sebagian besar merupakan produk polimerisasi dari koniferil alkohol. 2 Lignin guaiasil-siringil, yaitu lignin khas kayu keras yang merupakan produk polimerisasi dari koniferil alkohol dan sinapil alkohol dengan nisbah bervariasi dari 1:2 sampai 1:3. Fengel dan Wegener (1995) menyatakan prekursor pembentuk lignin terdiri atas p-koumaril alkohol, koniferil alkohol, dan sinapil alkohol. Ketiga struktur tersebut dapat ditunjukkan pada Gambar 1. CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH
CH
CH
CH
CH
CH
OH
OH
OCH3 H3CO
Gambar 1
OCH3 OH
Struktur p-koumaril alkohol, koniferil alkohol, dan sinapil alkohol.
16
HC O[CH2OH] H3CO CH
CH2OH HC - O
O
CH
CH2OH HC O
CH2OH
CH
OCH3
12
15
1 H3CO
H3CO
CH2OH CH
O
O
OCH3
HOH2C C C H
O
HCOH
13
H2COH CH
O
HC
H3CO CH2OH HC
3 OCH3
OCH3
O O
CHOH
O
7
4 H3CO
CH2OH CH
O
H3CO CH2OH
OCH3 O
HC
CHOH
C O
5
6
OH
OH[O-C]
H3CO
Gambar 2
CH2 O
10
OCH3
8 HOH2C HC
CH CH
CHOH
O
CH
9
HO
OCH3
H3CO
H
O
H2C HC CH2OH HC CH
2
O
11
H3CO
14 OH
CH2OH HC
HCOH
OH
HCOH
CH HCOH
OCH3
Bagian struktur lignin yang banyak pada kayu lunak dengan 16 unit fenilpropana (Adler 1977).
Lignin sebagai bahan alami, terdapat hampir pada semua jenis kayu dan merupakan komponen kimia utama penyusun kayu selain selulosa. Di dalam sel kayu, kandungan lignin tertinggi terdapat pada dinding sel sekunder yakni sebesar 70% dari semua lignin di dalam kayu walaupun konsentrasi lignin tertinggi terdapat pada ruang antarsel atau lamela tengah. Kayu keras umumnya mengandung lignin 20-25%, sedangkan kayu keras tropika kandungan ligninnya bisa mencapai lebih dari 30%. Kayu lunak umumnya mengandung lignin 26-32% sedangkan pada kayu tekan bisa mencapai 35-40% (Sjöström 1995). Penelitian yang telah dilakukan Lubis (2007)
3
untuk lindi hitam proses kraft dihasilkan lignin dengan rendemen 25,26% padatan total. Lignin mempunyai bentuk amorf dan berwarna cokelat muda. Lignin tidak larut dalam air, asam, dan hidrokarbon. Karena lignin tak larut dalam asam, penggunakan asam sebagai pereaksi sering digunakan untuk uji kuantitatif lignin. Lignin tidak dapat mencair tetapi akan melunak kemudian menjadi hangus bila dipanaskan. Lignin yang diperdagangkan larut dalam alkali encer dan beberapa senyawa organik (Fengel & Wegener 1995). Kegunaan Lignin Lignin berfungsi sebagai pengikat sel-sel kayu satu sama lain, ibarat adukan semen pada susunan batu bata sehingga kayu menjadi keras dan membuat pohon dapat berdiri tegak. Hal inilah yang menyebabkan kayu mampu meredam kekuatan mekanik yang dikenakan terhadapnya. Atas dasar inilah Rudatin (1989) mengembangkan teori, bahwa lignin mampu berfungsi sebagai perekat dalam pembuatan papan partikel dan kayu lapis. Lignin yang terdapat dari lindi hitam, komposisi komponen kimianya bervariasi bergantung pada spesies kayu dan kondisi pemasakannya. Lignin kraft digunakan sama seperti lignosulfonat tetapi pemurniannya relatif mahal dan pada saat ini hanya diproduksi dalam jumlah sedikit. Lignin kraft atau bentuk-bentuk modifikasinya dapat digunakan sebagai bahan pendispersi dan aditif dalam karet, resin, dan plastik. Kondensasi lignin kraft dengan formaldehida dan ikatan silang dengan fenol dapat menghasilkan polimerpolimer termosetting yang berguna sebagai perekat untuk produk-produk berbeda seperti kertas berlapis atau kayu lapis. Natrium Lignosulfonat Lignosulfonat merupakan turunan lignin yang mengandung gugus sulfonat pada rantai samping propana (Gambar 3) (Sjöström 1995). Lignosulfonat dapat diisolasi dari lindi hitam proses sulfit dengan ultrafiltrasi yaitu lignin yang berbobot molekul tinggi terkonsentrasi sedangkan senyawa berbobot molekul rendah seperti asam hidroksi dan ekstraktif dilewatkan melalui membran (Jain & Kulkarni 1991).
NaO 3 S CH 2 HC
R
HC SO 3 Na
OH
Gambar 3 Lignin tersulfonasi pada posisi C-α dan C-γ. Sintesis lignosulfonat dapat dilakukan dengan sulfonasi lignin. Tujuan sulfonasi adalah mengubah hidrofilisitas lignin yang kurang polar (tidak larut dalam air) dengan memasukkan gugus sulfonat yang lebih polar daripada gugus hidroksil lignin sehingga hidrofilisitasnya meningkat (Syahmani 2000). Sulfonasi konvensional umumnya dilakukan dengan sulfometilasi, yaitu dengan mereaksikan lignin dengan formaldehida dan natrium sulfat. Pembuatan lignosulfonat tanpa formaldehida pada dasarnya juga cocok dilakukan sulfonasi kayu dengan bisulfit pada pH 5 dengan suhu 135 οC (Fengel & Wegener 1995). Keberhasilan sulfonasi lignin bergantung pada kondisi larutan lignin, temperatur, dan pH (Dilling et al. 1990). Kegunaan Natrium Lignosulfonat Lignosulfonat berguna untuk sejumlah pemakaian terutama karena sifat adhesi dan dispersinya. Sebagai contoh, bila ditambahkan pada beton, lignosulfonat diserap pada permukaan mineral dan hanya membutuhkan sedikit air untuk memberikan kemudahan mengalir dan membuat beton menjadi kuat. Hal ini menyebabkan beton kurang dapat ditembus oleh air sehingga lebih kuat. Demikian juga bila lignosulfonat ditambahkan pada lumpur pengeboran minyak, maka kekentalan lumpur menjadi menurun. Potensi penggunaan lignosulfonat ini sangat besar untuk sumur-sumur minyak di Indonesia (Gargulak & Lebo 2000). Kategori lain bahan-bahan kimia yang berasal dari lignin diperoleh bila lignosulfonat didegradasi menjadi poduk-poduk bobot molekul rendah. Produk perdagangan yang paling penting adalah vanilin, yang diperoleh dari oksidasi álkali lignosulfonat kayu lunak. Namun lignin pada kayu keras tidak berguna sebagai bahan mentah pembuatan vanilin.
4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah lindi hitam proses kraft dari industri kertas PT Toba Pulp Lestari, Sumatera Utara, H2SO4 20% (b/v), H2SO4 72% (b/v), H2SO4 0,01 N, HCl 0,2 N, NaOH 1 N, NaOH 0,125 N, akuades, kertas saring, dan kertas pH. Alat-alat yang digunakan adalah pH-meter merk Inolab WTW, sentrifus merk International Equipment Company, Spektrofotometer UV-VIS dan FTIR, dan neraca analitik. Metode Penelitian Penelitian ini terdiri atas empat tahap. Tahap pertama adalah pencirian bahan baku lindi hitam yang meliputi warna, bau, pH, kadar air, padatan total, dan bobot jenis. Tahap kedua adalah isolasi lignin dari lindi hitam. Tahap ketiga sintesis natrium lignosulfonat dengan variasi nisbah ligninNaHSO3 dan pH awal. Nisbah lignin-NaHSO3 yang digunakan 1:0,4; 1:0,5; dan 1:0,6 berdasarkan bobot sedangkan pH awal dilakukan pada pH 5, 6, dan 7. Tahap keempat adalah pencirian natrium lignosulfonat dengan spektrofotometer FTIR, pH, dan kadar NaLS dengan spektrofotometer UV-VIS. pH Lindi hitam diukur pH-nya dengan pH-meter. Kadar Air dan Padatan Total (SNI 062235-1991) Sebanyak 5 gram lindi hitam (W2) dimasukkan dalam cawan yang telah diketahui bobotnya (W1). Cawan yang berisi sampel dimasukkan dalam oven pada suhu 105 °C selama 3 jam. Setelah itu, cawan didinginkan dalam eksikator lalu ditimbang. Pengeringan dilakukan sampai cawan yang berisi sampel bobotnya konstan (W3). Kadar air dihitung dengan persamaan sebagai berikut: W − W1 Kadar air (%) = (1 - 3 ) × 100 W2 Padatan total (%) = 100 – kadar air (%)
Bobot Jenis (SNI 06-2235-1991) Air dimasukkan dalam piknometer yang telah diketahui bobotnya (m1). Kemudian piknometer yang telah berisi air ditimbang (m2). Lindi hitam dimasukkan dalam piknometer kosong yang sama lalu ditimbang (m3). Suhu air diukur dan ditentukan densitas air pada suhu tersebut (da). Massa jenis dengan persamaan: (m 3 - m1 ) × d Bobot jenis = (m 2 - m1 ) a
Isolasi Lignin dari Lindi Hitam (Kim et al. 1987) Sebanyak 300 ml larutan lindi hitam yang telah disaring dimasukkan dalam gelas piala. Kemudian ditambahkan dengan larutan H2SO4 20% (b/v) perlahan-lahan hingga pH-nya mencapai 2. Selanjutnya endapan yang terbentuk dipisahkan dari cairan induknya dengan alat sentrifugal. Endapan dilarutkan kembali dengan menambahkan larutan NaOH 1 N lalu disaring dan diambil filtratnya. Filtrat tersebut diendapkan kembali dengan menambahkan larutan H2SO4 20% (b/v) perlahan-lahan hingga pH-nya mencapai 2. Selanjutnya endapan yang terbentuk dipisahkan kembali dari cairan induknya dengan alat sentrifugal. Endapan yang dihasilkan dicuci dengan larutan H2SO4 0,01 N sebanyak 5 kali dan dengan air suling sebanyak 2 kali. Endapan yang telah dicuci, dikeringkan dalam oven pada suhu 50-60 °C (Lampiran 1).
Rendemen Lignin Rendemen lignin dihitung berdasarkan hasil bagi bobot lignin isolat dengan jumlah padatan total yang digunakan. Rendemen dinyatakan dalam persen bobot. Rendemen (%) =
bobot lignin isolat × 100 bobot padatan total
pH Lignin Sebanyak 1 g lignin isolat dilarutkan dengan air suling hingga 10 ml. Kemudian larutan tersebut diukur pH-nya dengan pH-meter.
5
Penentuan Kadar Lignin (Tappi T 222 05-74) Sebanyak 1 gram lignin isolat (A) dimasukkan dalam gelas piala 100 ml lalu ditambahkan dengan 15 ml H2SO4 72% (b/v) perlahan-lahan di dalam bak perendam sambil diaduk selama 2-3 jam. Setelah itu, gelas piala ditutup dengan gelas arloji dan dibiarkan (dalam bak perendam) pada suhu 20 °C selama 2 jam dengan sesekali diaduk. Sebanyak 300-400 ml air suling dimasukkan dalam erlenmeyer 1000 ml. Sampel dari gelas piala juga dimasukkan ke dalam erlenmeyer tersebut kemudian diencerkan sampai volumenya 575 ml dengan air suling sehingga konsentrasi asam sulfat mencapai 3% (b/v). Larutan dipanaskan sampai mendidih selama 4 jam dengan api kecil. Volume dijaga konstan dengan menggunakan pendingin tegak. Setelah itu, endapan lignin yang terbentuk dibiarkan mengendap sempurna. Larutan didekantasi kemudian endapan dipindahkan dalam kertas saring yang telah diketahui bobotnya (B). Endapan lignin dicuci dengan air panas sampai bebas asam diuji dengan kertas lakmus. Selanjutnya endapan tersebut dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C lalu ditimbang sampai bobotnya konstan (C). Kadar lignin dalam lindi hitam dihitung dengan persamaan berikut: C-B × 100 Kadar lignin (%) = A
Pencirian Lignin dengan Spektrofotometri FTIR
Metode
Metode analisis lignin secara spektrofotometri FTIR mengacu pada Nada et al. (1998). Sebanyak 1 mg lignin dicampur dengan 300 mg KBr, kemudian dibuat pellet dan selanjutnya dianalisis dengan spektrofotometer FTIR.
Sintesis Natrium Lignosulfonat Sebanyak 5 g lignin dicampurkan dengan NaHSO3 dengan nisbah lignin-NaHSO3 (1:0,4; 1:0,5; dan 1:0,6) (Dzikrulloh 2007) lalu disuspensikan dalam 150 ml air. Kemudian pH suspensi dinaikkan menjadi 5, 6, dan 7 dengan menambahkan NaOH 1 N (Dilling et al. 1990). Campuran selanjutnya direfluks pada suhu 100 °C sambil diaduk selama 4 jam (Syahmani 2000). Hasil refluks didestilasi untuk menghilangkan air. Setelah itu, destilat disaring lalu diambil filtratnya
(mengandung natrium lignosulfonat dan bisulfit sisa reaksi). Kemudian filtrat ditambahkan dengan metanol dan dikocok kuat untuk mengendapkan sisa bisulfit. Endapan yang terbentuk disaring dan diambil filtratnya. Selanjutnya filtrat dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C. Serbuk yang dihasilkan merupakan natrium lignosulfonat (Lampiran 2).
Penentuan Kadar NaLS (Wesco 1995) Sebanyak 0,1 g NaLS sintetik kering dilarutkan dalam 100 ml air deionisasi. Kemudian dari larutan tersebut dipipet 5 ml dan dimasukkan ke dalam gelas piala 250 ml. Setelah itu, diencerkan sampai volume larutan menjadi 200 ml. pH larutan diatur antara 4-5 dengan penambahan NaOH 0,1250 N atau HCl 0,2 N. Selanjutnya larutan tersebut dipindahkan ke dalam labu takar 250 ml, dan diencerkan sampai volume 250 ml dengan air deionisasi. Absorbans larutan diukur pada λ = 232,5 nm dalam kuvet 1 cm. Kadar NaLS ditentukan dengan persamaan sebagai berikut: A × FP × vol.larutan Kadar NaLS (%) = 35 × g sampel × 10 Keterangan: 35 = faktor NaLS
pH NaLS Sebanyak 1 g NaLS sintetik dilarutkan dengan air suling hingga 10 ml. Kemudian larutan tersebut diukur pH-nya dengan pH-meter. Pencirian NaLS dengan Spektrofotometri FTIR
Metode
Sebanyak 1 mg NaLS dicampur dengan 300 mg KBr, kemudian dibuat pellet dan selanjutnya dianalisis dengan spektrofotometer FTIR.
Rancangan Percobaan Sumertajaya 2002)
(Mattjik
&
Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal terhadap kadar, pH, bobot NaLS sintetis dianalisis secara statistik dengan metode rancangan acak lengkap (RAL) lalu dilanjutkan dengan uji Duncan. Model rancangan tersebut adalah Yijk = µ + τi + βj + τβij + εijk
6
Keterangan: Yijk = kadar NaLS atau pH akhir atau bobot NaLS pada nisbah ligninNaHSO3 ke-i, pH awal ke-j, serta ulangan ke-k, dengan i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3, dan k = 1, 2. µ = rataan umum τi = pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 ke-i βj = pengaruh pH awal ke-j τβij = pengaruh interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 ke-i dan pH awal ke-j = pengaruh acak dari perlakuan εijk nisbah lignin-NaHSO3 ke-i, pH awal ke-j, serta ulangan ke-k Hipotesis yang diuji 1 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 Ho : τ1 = τ2 = τ3 = 0 (nisbah ligninNaHSO3 memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar NaLS atau pH akhir atau bobot NaLS) H1 : minimal ada satu i dengan τi ≠ 0, i = 1, 2, 3 2 Pengaruh pH awal Ho : β1 = β2 = β3 = 0 (pH awal memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar NaLS atau pH akhir atau bobot NaLS) H1 : minimal ada satu j dengan βj ≠ 0, j = 1, 2, 3 3 Pengaruh interaksi antara nisbah ligninNaHSO3 dan pH awal Ho : (τβ)ij = 0 untuk semua ij H1 : minimal ada satu (τβ)ij ≠ 0
HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri Bahan Baku Fungsi pencirian bahan baku ialah mengetahui karakteristik bahan secara fisik dan kimia pada lindi hitam. Hasil pencirian disajikan pada Tabel 2. Tabel 2 Ciri bahan baku Pencirian Warna Bau pH Kadar air (%) Bobot jenis (g/ml) Padatan total (%)
Pengamatan hitam pekat telur busuk 13,74 81,09 1,11 18,91
Warna dan bau dapat menggambarkan komposisi limbah cair. Limbah cair segar
biasanya berwarna cokelat keabu-abuan dan apabila kondisinya dalam keadaan anaerob warna pun akan berubah menjadi abu-abu gelap sampai hitam. Warna yang terlihat pada lindi hitam yaitu hitam pekat. Secara kualitatif warna tersebut disebabkan oleh adanya formasi logam-logam sulfida (Goldman & Horne 1983). Adanya logam-logam sulfida ini dikarenakan lindi hitam yang dihasilkan dari pembuatan pulp proses kraft dilakukan dengan menggunakan larutan yang terdiri atas NaOH dan Na2S (Sjöström 1995). Bau telur busuk pada lindi hitam ini juga disebabkan oleh senyawaan sulfida. Derajat keasaman (pH) pada lindi hitam sebesar 13,74. Nilai pH ini cukup tinggi dan bersifat basa kuat. Hal ini disebabkan pada pembuatan pulp proses kraft digunakan larutan yang terdiri atas NaOH dan Na2S. Pada keadaan basa, gugus fenol pada lignin terionisasi menjadi gugus fenolat sehingga lignin dapat larut dalam air. Kadar air yang diperolah pada lindi hitam sebesar 81,09% (Lampiran 3). Kadar air yang diperoleh Lubis (2007) sebesar 94,12%. Hal ini menunjukkan bahwa kadar air pada lindi hitam proses kraft relatif tinggi sehingga dapat melarutkan senyawaan yang dapat larut dalam air. Bobot jenis yang diperoleh pada lindi hitam sebesar 1,11 g/ml (Lampiran 4). Nilai ini sedikit melebihi dari bobot jenis air. Hal ini dapat dikatakan bahwa selain air, masih terdapatnya komponen kimia yang terkandung dalam lindi hitam, salah satunya adalah lignin. Padatan total merupakan residu yang diperoleh dari hasil penguapan lindi hitam pada suhu tertentu. Padatan total yang diperoleh pada lindi hitam sebesar 18,91% (Lampiran 3). Padatan total tersebut secara kualitatif, terdapat komponen kimia yang terkandung dalam lindi hitam. Padatan total dihitung untuk mengetahui rendemen lignin hasil isolasi dari lindi hitam.
Lignin Isolat Lignin dapat diisolasi dari lindi hitam menggunakan H2SO4 20% dengan mengendapkannya hingga pH 2 (Kim et al. 1987). Pada pH 2, gugus fenolat pada lignin menerima ion hidrogen secara maksimum menjadi gugus fenol (Gambar 4). Hal tersebut menyebabkan kelarutan lignin dalam air berkurang sehingga lignin dapat dipisahkan dari senyawaan yang larut dalam air. Tujuan melarutkan kembali endapan lignin dengan NaOH 1 N ialah memisahkan endapan putih
7
yang merupakan garam dari senyawaan organik yang tak larut bersama lignin ketika pH dinaikkan (Kim et al. 1987). CH2 OH
CH2 OH HC
R
HC
OH
HC
R
HC
OH
Natrium Lignosulfonat Sintetik
H+
OCH3
OCH3 O
-
Gambar 4
dilakukan pada suhu kamar. Hal ini menunjukkan bahwa proses hidrolisis eter pada lignin dengan selulosa pada suhu kamar belum mencapai sempurna.
OH
Reaksi pengasaman fenolat pada lignin.
gugus
Lignin isolat merupakan lignin yang diperoleh dari isolasi lindi hitam. Karakteristik lignin isolat disajikan pada Tabel 3. Tabel 3 Karakteristik lignin isolat Pencirian Pengamatan Warna cokelat muda Bau tak berbau pH 2,30 Uji kelarutan tak larut dalam air Rendemen (% b/v) 5,64 Rendemen 27,13 (% padatan total) Kadar lignin (%) 60,12 Lignin isolat yang diperoleh berwarna cokelat muda, tidak berbau, dan tak larut dalam air. Tak larutnya lignin dalam air disebabkan pada struktur lignin (Gambar 2) gugus hidrofobik lignin lebih meruah dibandingkan dengan gugus hidrofilik. Secara kualitatif, dapat dikatakan lignin telah terisolasi dari lindi hitam. Secara kuantitatif jumlah lignin dihitung dengan rendemennya. Rendemen lignin terhadap volume lindi hitam atau terhadap padatan total berturut-turut diperoleh 5,64% (Lampiran 5) atau 27,13% (Lampiran 6). Rendemen lignin terhadap padatan total yang diperoleh mendekati dengan yang diperoleh Lubis (2007) yaitu 25,26%. Penentuan kadar lignin isolat digunakan metode Klason. Pereaksi yang digunakan ialah H2SO4 72% yang berfungsi menghidrolisis ikatan eter antara lignin dengan selulosa/produk degradasi selulosa. Pada proses hidrolisis, selulosa larut dalam H2SO4 72% sedangkan lignin tidak larut. Kadar lignin yang diperoleh dari isolasi sebesar 60,12% (Lampiran 7). Nilai ini tidak terlalu tinggi karena perlakuan isolasi lignin
Menurut Sjöström (1995), gugus sulfonat lebih mudah masuk ke dalam lignin menggantikan gugus hidroksil pada karbon-α pada rantai samping propana. Karakteristik natrium lignosulfonat yang dihasilkan disajikan pada Tabel 4. Natrium lignosulfonat (NaLS) yang dihasilkan pada penelitian ini berbentuk serbuk berwarna cokelat kekuningan. Perubahan warna tersebut yang semula lignin berwarna cokelat muda menunjukkan adanya tambahan gugus sulfonat berupa ikatan rangkap. NaLS yang dihasilkan dapat larut dalam air. Hal ini menunjukkan bahwa hidrofilisitas lignin meningkat setelah mengalami sulfonasi. Tabel 4 Karakteristik NaLS sintetik Pencirian NaLS NaLS* sintetik Warna cokelat cokelat kekuningan kekuningan Uji kelarutan Larut Larut dalam air Kadar NaLS 28,40-54,96 80,00 (%) pH 6,58-7,24 7,00 Keterangan: * = Wesco Technology (1995) Reaksi sulfonasi terhadap lignin menurut Sjöström (1995) berlangsung serupa dengan reaksi sulfonasi lignin terhadap 1,2-guaiasilpropana-1,3-diol (Gambar 5) yang merupakan penggabungan karbon-β dengan karbon-1 salah satu dilignol. Langkah pertama terjadi pembentukan kuinon metida dengan pemutusan gugus α-hidroksil (eliminasi air), dilanjutkan dengan reaksi adisi nukleofilik terhadap kuinon metida dengan ion bisulfit menghasilkan natrium-1,2-diguaiasilpropanaα-sulfonat-γ-ol. Kemudian dilanjutkan dengan pemutusan gugus γ-hidroksil (eliminasi air) yang dikuti oleh adisi dengan ion bisulfit menghasilkan produk natrium-1,2diguaiasilpropana-α-γ-disulfonat (Gambar 5).
8
OCH3
OCH3
OCH3
CH2OH
CH2OH HC HCOH
CH2OH
HC
OH
OH
CH
-H2O
NaHSO3
OCH3
NaO3SCH2
HC
OH
HC
HCSO3Na
-H2O
HCSO3Na
OH
NaHSO3
OCH3
OCH3
Gambar 5
OCH3
OCH3
O
OH
OH
OH
Reaksi sulfonasi terhadap 1,2diguaiasilpropana-1,3-diol.
Hal tersebut dikarenakan pembentukan karbokation C-α (setelah eliminasi air) pada pH 7 lebih stabil daripada struktur resonansi lignin pada pH awal 5 dan 6 (Gambar 7 dan 8). Hal ini menyebabkan pada pH awal 7, gugus sulfonat lebih mudah masuk pada posisi C-α. CH2OH
CH2OH
Kadar NaLS
HC
HC
R
HC+
Kadar NaLS merupakan ukuran jumlah natrium lignosulfonat yang dihasilkan reaksi sulfonasi dengan NaHSO3. Kadar NaLS yang diperoleh pada perlakuan ini berkisar 28,40-54,96% (Lampiran 8). Hasil yang diperoleh pada perlakuan tersebut belum mencapai sempurna jika dibandingkan dengan yang diperoleh Wesco (1995) yaitu 80,00%. Walaupun kadar tersebut tidak tinggi, secara kuantitatif reaksi sulfonasi pada suhu 100 °C telah terjadi pemasukan gugus sulfonat ke dalam lignin. Ketiga nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4; 1:0,5; dan 1:0,6 pada selang pH awal 5 sampai 7 terjadi peningkatan kadar NaLS (Gambar 6).
Kadar NaLS (%)
O
O
Gambar 7 Struktur resonansi lignin pH awal 7 pada penstabilan karbokation C-α.
40 30
Nisbah 1:0.4
20
Nisbah 1:0.5 Nisbah 1:0.6
10 0 4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
pH awal
Gambar 6 Hubungan kadar NaLS terhadap pH awal pada berbagai nisbah lignin-NaHSO3. Kadar NaLS tertinggi diperoleh pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 dengan pH awal 7. Hal ini dapat dikatakan bahwa pada nisbah ligninNaHSO3 1:0,5 dengan pH awal 7, pemasukan gugus sulfonat ke dalam lignin terjadi secara maksimum. Hal tersebut disebabkan pada pH 7, lignin lebih mudah terionisasi daripada pH 5 atau 6 sehingga lignin lebih mudah larut dengan NaHSO3 dan air. Sedangkan pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 diduga terjadi tumbukan antarmolekul lignin dan NaHSO3 paling efektif daripada nisbah 1:0,4 dan 1:0,6. Hal ini dapat dikatakan bahwa interaksi antara pH awal 7 dan nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 lebih efektif untuk menghasilkan NaLS. Struktur resonansi lignin pada pH awal 7 juga memberikan pengaruh pada kadar NaLS.
CH2OH
CH2OH HC
HC
R
R
CH
HC+
OCH3
OCH3
Gambar 8
50
OCH3
OCH3 -
OH
60
R
CH
+OH
Struktur resonansi lignin pH awal 5 dan 6 pada penstabilan karbokation C-α.
Hasil analisis ragam pada α = 5% menunjukkan bahwa nisbah lignin-NaHSO3, pH awal, serta interaksi antara keduanya memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar NaLS (Lampiran 8). Hal ini menunjukkan bahwa kadar NaLS dipengaruhi oleh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal. Uji lanjut Duncan pada α = 5% menunjukkan bahwa pada pH awal 5, ketiga nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain (Lampiran 9). Nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4 menghasilkan kadar NaLS 31,33% berbeda nyata dengan nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 dengan kadar NaLS 28,40%. Nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 juga berbeda nyata dengan nisbah ligninNaHSO3 1:0,6 dengan kadar NaLS 35,11%. Hal tersebut juga terjadi antara nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4 dengan 1:0,6 yang menghasilkan kadar NaLS berbeda nyata. Uji lanjut Duncan pada pH awal 6 dan 7 menunjukkan kesimpulan yang sama dengan pH awal 5, yaitu ketiga nisbah lignin-NaHSO3 (1:0,4; 1:0,5; dan 1:0,6) memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain (Lampiran 9).
9
Bobot NaLS
Derajat keasaman (pH) NaLS merupakan ukuran jumlah ion hidrogen dalam natrium lignosulfonat yang dihasilkan dari reaksi sulfonasi lignin. pH NaLS yang diperoleh pada perlakuan ini berkisar 6,58-7,24 (Lampiran 10). Kisaran pH NaLS yang diperoleh mendekati pH NaLS standar yaitu 7. Kisaran pH NaLS yang diperoleh juga relatif sama dengan yang diperoleh Dzikrulloh (2007) yaitu 6,42-7,11. Kisaran pH NaLS yang diperoleh pada perlakuan ini bersifat netral akibat naiknya hidrofilisitas lignin menjadi NaLS. Naiknya hidrofilisitas lignin disebabkan oleh adanya tambahan gugus sulfonat yang masuk ke dalam lignin sehingga NaLS yang dihasilkan dapat larut dalam air. Baik pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4 maupun 1:0,6, pada selang pH awal 5 sampai 7 sedikit menaikkan pH NaLS sedangkan pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 sedikit menurun pada selang pH awal 5 sampai 6 dan meningkat pada pH awal 7 (Gambar 9).
Bobot NaLS yang diperoleh pada perlakuan ini berkisar 2,9778-5,1269 g (Lampiran 11). Baik pada nisbah ligninNaHSO3 1:0,4 maupun 1:0,5, bobot NaLS meningkat tajam pada selang pH awal 5 sampai 6 dan menurun pada selang pH awal 6 sampai 7 sedangkan pada nisbah ligninNaHSO3 1:0,6, bobot NaLS sedikit menurun pada selang pH awal 5 sampai 6 dan meningkat tajam pada selang pH awal 6 sampai 7 (Gambar 10).
pH NaLS
7,5
7
Nisbah 1:0,4 Nisbah 1:0,5 Nisbah 1:0,6
6,5
6
04,5
Gambar 9
5
5,5
6
6,5
7
7,5
pH awal
Hubungan pH NaLS terhadap pH awal pada berbagai nisbah lignin-NaHSO3.
pH NaLS tertinggi didapatkan pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4 dengan pH awal 7. Walaupun pada kondisi nisbah ligninNaHSO3 1:0,4 dengan pH awal 7 dihasilkan pH NaLS tertinggi, perlakuan tersebut bukan merupakan kondisi terbaik untuk menghasilkan NaLS. Hal tersebut dikarenakan pada uji analisis ragam pada α = 5% menunjukkan bahwa nisbah lignin-NaHSO3, pH awal, serta interaksi antara keduanya tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap pH NaLS (Lampiran 10). Hal ini menunjukkan bahwa pH NaLS tidak dipengaruhi oleh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal.
Bobot NaLS (gram)
Derajat Keasaman NaLS
6 5 4
Nisbah 1:0,4
3
Nisbah 1;0,5
2
Nisbah 1:0,6
1 0 4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
pH awal
Gambar 10 Hubungan bobot NaLS terhadap pH awal pada berbagai nisbah lignin-NaHSO3. . Bobot NaLS tertinggi didapatkan pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,6 dengan pH awal 7. Walaupun pada kondisi nisbah ligninNaHSO3 1:0,6 dengan pH awal 7 dihasilkan bobot NaLS tertinggi, perlakuan tersebut bukan merupakan kondisi terbaik untuk menghasilkan NaLS. Hal tersebut dikarenakan pada uji analisis ragam pada α = 5% menunjukkan bahwa nisbah lignin-NaHSO3, pH awal, serta interaksi antara keduanya tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap bobot NaLS (Lampiran 11). Hal ini menunjukkan bahwa bobot NaLS tidak dipengaruhi oleh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal.
Spektrum FTIR Lignin dan NaLS Tujuan pencirian gugus fungsi lignin dan NaLS adalah melihat perubahan serapan antara lignin dengan NaLS hasil sulfonasi. Spektrum FTIR lignin (Gambar 11) memperlihatkan serapan pada bilangan gelombang 3432,6 cm-1 menunjukkan adanya gugus hidroksil (-OH), pada bilangan gelombang 2933,2 cm-1 merupakan uluran C-H, pada bilangan gelombang 1613,2 cm-1 merupakan gugus karbonil (C=O), pada bilangan gelombang 1515,4 cm-1 dan 1459,3 cm-1 merupakan gugus C-C aril, dan pada bilangan gelombang 1112,6 cm-1 merupakan C-O eter.
10
Walaupun tidak ada cara pasti mempresentasikan spektrum FTIR, dalam penelitian ini menunjukkan perubahan serapan yang signifikan antara lignin dengan NaLS hasil sulfonasi. Perubahan tersebut terlihat pada spektrum FTIR NaLS terdapat serapan uluran C-S pada bilangan gelombang 622 cm-1 (Gambar 12) sedangkan pada spektrum FTIR lignin tidak terdapat serapan uluran C-S pada bilangan gelombang tersebut (Gambar 11). Hal ini menunjukkan bahwa secara kualitatif pada penelitian ini telah terjadi reaksi sulfonasi lignin dengan cara pemasukan gugus sulfonat pada lignin.
O-H
C-C aril
C-H
C-O
C=O
Bilangan gelombang (cm-1) Gambar 11 Spektrum FTIR lignin isolat.
11
C-H
C-C aril
O-H C=O
C-S
C-O
Bilangan gelombang (cm-1) Gambar 12 Spektrum FTIR NaLS sintetik.
12
Wood: Chemistry, Ultrastructure, and Reactions.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Lignin isolat yang diperoleh memiliki rendemen 5,64% (b/v) atau 27,13% padatan total. Kadar lignin yang diperoleh sebesar 60,12%. Reaksi sulfonasi lignin dengan NaHSO3 pada suhu 100 °C dengan nisbah ligninNaHSO3 (1:0,4; 1:0,5; dan 1:0,6) dan pH awal 5, 6, dan 7 dihasilkan NaLS dengan kadar 28,40-54,96%, pH (10% larutannya) 6,58-7,24, dan bobot 2,9778-5,1269 g. Pada penelitian ini telah terjadi reaksi sulfonasi lignin. Nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal pada reaksi sulfonasi hanya berpengaruh terhadap kadar NaLS dan tidak berpengaruh terhadap pH dan bobot NaLS. Kondisi terbaik sulfonasi lignin pada perlakuan ini didapatkan pada nisbah ligninNaHSO3 1:0,5 dengan pH awal 7 dihasilkan NaLS dengan kadar 54,96% dan pH 6,92 dengan bobot 3,7629 g.
Saran Pengaruh suhu sebaiknya dilakukan juga terhadap NaLS yang dihasilkan dan perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai aplikasi NaLS yang dihasilkan.
DAFTAR PUSTAKA Achmadi SS. 1990. Bahan Pengajaran Kimia Kayu. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi. Bogor: PAU Ilmu Ilmu Hayat IPB. Adler E. 1977. Lignin Chemistry-past, present, and future Wood Sci. Technology. 11: 169-218. Dilling et al., penemu. 1990. Production of Lignosulphonate Aditives. 9 Jan 1990. US Patent. 4 892 588. Dzikrulloh T. 2007. Pengaruh Nisbah Reaktan Lignin-NaHSO3 dan pH terhadap Produk Natrium Lignosulfonat [skripsi]. Bogor: Institut pertanian Bogor. Fengel D, Wegener G. 1995. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, dan Reaksi-Reaksi. Sastrohamidjojo H, penerjemah; Yogyakarta: UGM Pr. Terjemahan dari:
Gargulak JD, Lebo SE. 2000. Commercial Use of Lignin Based Materials. In: Glaser W.G., Northey, R.A., Schultz, T.P (Eds), Lignin: Historical, biological, and Material Perspectives. Washington; Oxford University Pr. Hlm. 304-320. Goldman CR dan Horne AJ. 1983. Limnology. New York: Mc Graw-Hill. Jain RK, Kulkarni AG.1991. Utilization of Alkaline Spent Pulping Liquor from Bagasse as Source of Industrial Dispersant. Di dalam: Pant R, editor. Bagasse Newsprint, Lignin Utilization and Cellulose Derivatives; Proceedings of the Woorkshop on Wood Pulping Refining, Bandung, 10-13 Nov 1991. Bandung: Departemen Perindustrian. Hlm 199-218. Lubis AA. 2007. Isolasi dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Soda dan Proses Sulfat (Kraft) [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Kim
H, Hill MK, Fricke AL. 1987. Preparation of Kraft Lignin From Black Liquor. Tappi Journal 12: 112-115.
Mattjik AA, Sumertajaya IM. 2002. Perancangan Percobaan dengan Aplikasi SAS dan Minitab. Jilid I. Bogor: IPB Pr. Nada AM, Sakhawi ME, Kamel SM. 1998. Infrared Spectroscopic Study of Lignin. Polimer Degradation and Stability 60: 247-251. [Pulp and Paper Industry]. 2006. World and Paper Demand by Grade 1980-2010. [terhubung berkala] http;//www. pulpandpaper-technology.com/projects/ silao/silao3.html [21 Agustus 2006]. Rini DS. 2002. Minimasi Limbah Dalam Industri Pulp and Paper. [terhubung berkala]. http;//www.terranet.or.id/ tulisandetil.php/id=1306 [4 Juli 2004 Rudatin S. 1989. Potensi dan Prospek Pemanfaatan Lignin dari Limbah Industri Pulp dan Kertas di Indonesia. Berita Selulosa(25)1: 14-17. Departemen Perindustrian RI. Balai Besar Penelitian
13
dan Pengembangan Industri Selulosa. Bandung. [SNI] Standar Nasional indonesia. 1991. Cara Uji Massa Jenis, Senyawa-Senyawa Organik dan Anorganik dalam Lindi Hitam. SNI 06-2235-1991. Sjöström E. 1993. Kimia Kayu, Dasar-Dasar, dan Penggunaanya. Ed ke-2. Sastrohamidjojo H, penerjemah. Yogyakarta: UGM pr. Terjemahan dari: Wood Chemistry, Fundamental, and Application. Sjöström E. 1995. Kimia Kayu, Dasar-Dasar, dan Penggunaanya. Ed ke-2. Sastrohamidjojo H, penerjemah. Yogyakarta: UGM pr. Terjemahan dari: Wood Chemistry, Fundamental, and Application. Syahmani. 2000. Isolasi, Sulfonasi, dan Asetilasi Lignin dari Tandan Kosong Sawit dan Studi Pengaruhnya Terhadap Proses Pelarutan Urea [Tesis]. Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. [TAPPI] Technical of the Pulp and Paper Industry. Lignin Content of Pulp and Wood. T222 05-74. [Weyerhaeuser Company]. 2004. Material Safety Data Sheet of Lignin. [terhubung berkala]. http; /www.weyerhaeuser.com/ environment/msds/pdfs/074.pdf [7 Juli 2006]. [WTL] Wesco Technologies, Ltd. 1995. Typical properties of Weschem Ammonium Lignosulphonat, Sodium Lignosulphonat, Zinc Lignosulphonat, San Clemente, CA. 92674-3880.USA. [Terhubung Berkala]. http: /www.wtl.com/aprops.htm [12 sept 2005].
14
Lampiran 1 Diagram alir isolasi lignin Lindi Hitam disaring Sisa-sisa padatan Larutan lindi hitam
Larutan non-lignin
* ditambahkan H2SO4 20% (b/v) hingga pH 2 * disentrifus 3000 rpm, 20 menit
Endapan lignin * dilarutkan dengan NaOH 1 N * disaring Padatan non-lignin Larutan lignin
Larutan non-lignin
* ditambahkan H2SO4 20% (b/v) hingga pH 2 * disentrifus 3000 rpm, 20 menit
Endapan lignin
* dicuci dengan H2SO4 0,01 N 5 kali * dicuci dengan air deionisasi 2 kali * dikeringkan dalam oven 50-60 °C Lignin isolat
15
Lampiran 2 Diagram alir sintesis natrium lignosulfonat
Isolat lignin
Sintesis natrium lignosulfonat (NaLS) Nisbah lignin-NaHSO3 : 1:0,4; 1:0,5; 1:0,6 pH: 5, 6, 7 suhu: 100°C direfluks selama 4 jam
Hasil reaksi didestilasi Air NaLS+ NaHSO3 * ditambah metanol * disaring NaHSO3 NaLS + MeOH Penguapan metanol MeOH NaLS
Pencirian NaLS
16
Lampiran 3 Data kadar air dan padatan total lindi hitam Ulangan 1 2 3
A (g) 5,0007 5,0005 5,0000
B (g) 0,9480 0,9450 0,9440 Rerata
Kadar air (%) 81,04 81,10 81,12 81,09
Padatan total (%) 18,96 18,90 18,88 18,91
Keterangan: A = bobot contoh sebelum pengeringan B = bobot contoh setelah pengeringan Lampiran 4 Data bobot jenis lindi hitam Ulangan 1 2 3
m1 (g) 14,7244 14,7244 14,7244
m2 (g) 20,1088 20,1086 20,1087
m3 (g) 20,6923 20,6925 20,6923
da (g/cm3) 0,9998 0,9998 0,9998 Rerata
Bobot jenis (g/cm3) 1,11 1,11 1,11 1,11
Keterangan: m1 = bobot piknometer kosong m2 = bobot piknometer + air m3 = bobot piknometer + contoh da = bobot jenis air pada 26 οC Lampiran 5 Data rendemen lignin berdasarkan volume lindi hitam Ulangan 1 2 3
Volume contoh (ml) 300,00 300,00 300,00
Bobot lignin (g) 17,2494 16,8327 16,7085 Rerata
Rendemen (%) 5,75 5,61 5,57 5,64
Lampiran 6 Data rendemen lignin berdasarkan padatan total lindi hitam Ulangan
Volume contoh (ml)
1 2 3
300 300 300
Bobot jenis contoh (g/ml) 1,11 1,11 1,11
Bobot contoh (g) 330 330 330
Bobot Padatan total (g) 62,4030 62,4030 62,4030
Bobot lignin isolat (g) 17,2494 16,8327 16,7085 Rerata
Rendemen lignin (%) 27,64 26,97 26,78 27,13
Lampiran 7 Data kadar lignin Ulangan 1 2 3
Bobot contoh (g) 1,0002 0,9998 1,0003
Bobot lignin (g) 0,5974 0,6011 0,6053 Rerata
Kadar lignin (%) 59,73 60,12 60,51 60,12
17
Lampiran 8 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal terhadap kadar NaLS Nisbah lignin-NaHSO3 1 : 0,4 1 : 0,5 1 : 0,6
Ulangan 1 2 Rerata 1 2 Rerata 1 2 Rerata
5 30,93 31,73 µ = 31,33 28,00 28,80 µ = 28,40 36,03 34,19 µ = 35,11
pH awal 6 43,36 44,10 µ = 43,73 46,50 47,22 µ = 46,86 39,33 39,21 µ = 39,27
7 47,75 48,43 µ = 48,09 55,10 54,82 µ = 54,96 52,40 52,12 µ = 52,26
Hipotesis yang diuji 1 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 H0 : τ1 = τ2 = τ3 = 0 (nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar NaLS) H1 : minimal ada satu i dengan τi ≠ 0, i = 1,2,3 2 Pengaruh pH awal H0 : β1 = β2 = β3 = 0 (pH awal memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar NaLS) H1 : minimal ada satu j dengan βj ≠ 0, j = 1,2,3 3 Pengaruh interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal H0 : (τβ)ij = 0 untuk semua ij (interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar NaLS) H1 : minimal ada satu (τβ)ij ≠ 0 Langkah-langkah perhitungan: ∑ ∑ ∑ Y... 2 (760,02)2 = 32.090,5778 = FK = a.b.r 3.3.2 JKT = ∑ Yijk2 – FK = (30,932 + 43,362 + ... + 52,122) – 32.090,5778 = 1.383,6122 ∑ ∑ Yi..2 - FK JKA = b.r ( 246,30 2 + 260,44 2 + 253,28 2 ) = - 32.090,5778 3.2 = 16,6625 ∑ ∑ Y.j.2 JKB = - FK a.r (189,68 2 + 259,72 2 + 310,62 2 ) = - 32.090,5778 3.2 = 1.229,0497 ∑ Yij. 2 - FK JKP = r (62,66 2 + 87,46 2 + ... + 104,52 2 ) = - 32.090,5778 2 = 1.380,4296 JKAB = JKP – JKA – JKB = 1.380,4296 – 16,6625 – 1.229,0497 = 134,7174 JKG = JKT – JKP = 1.383,6122 – 1.380,4296 = 3,1826
18
Lanjutan Lampiran 8 dbA dbB dbAB dbG dbT KTA KTB
= a–1 = 3 - 1 = 2 = b–1 = 3 - 1 = 2 = (a-1)(b-1) = 4 = ab(r-1) = (3)(3)(2-1) = 9 = abr-1 = (3)(3)(2)-1 = 17 JKA 16,6625 = = = 8,3313 db A 2 JKB 1.229,0497 = = 614,5249 = db B 2
KTAB =
JKAB 134,7174 = = 33,6794 4 db AB
KTG
JKG 3,1826 = 0,3536 = 9 db G
=
8,3313 KTA = = 23,5614 KTG 0,3536 KTB 614,5249 = = 1.737,9098 Fhit B = KTG 0,3536 KTAB 33,6794 = = 95,2472 Fhit AB = 0,3536 KTG Fhit A
=
Tabel ANOVA Sumber keragaman Nisbah pH awal Nisbah vs pH awal Galat Total
Derajat bebas (db) 2 2 4 9 17
Jumlah Kuadrat (KT) 16,6625 1.229,0497 134,7174 3,1826 1.383,6122
Kuadrat Tengah (KT) 8,3313 614,5249 33,6794 0,3536
Fhitung
Ftabel
23,5614 1.737,9098 95,2472
F0,05(2,9)=4,256 F0,05(2,9)=4,256 F0,05(4,9)=3,633
Kesimpulan: 1 Karena Fhitung nisbah > F0,05(2,9) maka tolak H0 Artinya: Nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar NaLS. 2 Karena Fhitung pH awal > F0,05(2,9) maka tolak H0 Artinya: pH awal memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar NaLS. 3 Karena Fhitung interaksi nisbah vs pH awal > F0,05(4,9) maka tolak H0 Artinya: Interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar NaLS.
19
Lampiran 9 Uji lanjut Duncan pada kadar NaLS A Uji Duncan untuk masing-masing pH awal KTG Nilai kritis Duncan: Rp = rα (p,dbg) , p = 2,3 r R2 = r0,05 (2,9)
0,3536 = 1,3455 2
R3 = r0,05 (3,9)
0,3536 = 1,4044 2
1 Pada pH awal 5 Nisbah lignin-NaHSO3 Rata-rata 1;0,4 31,33 1:0,5 28,40 1:0,6 35,11 µ1 = 28,40; µ2 = 31,33; µ3 = 35,11 |µ1- µ2| = 2,93 > R2 = 1,3455 |µ2- µ3| = 3,78 > R2 = 1,3455 Tolak H0 |µ1- µ3| = 6,71 > R3 = 1,4044 Artinya: Pada pH awal 5, masing-masing nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 2 Pada pH awal 6 Nisbah lignin-NaHSO3 Rata-rata 1;0,4 43,73 1:0,5 46,86 1:0,6 39,27 µ1 = 39,27; µ2 = 43,73; µ3 = 46,86 |µ1- µ2| = 4,46 > R2 = 1,3455 |µ2- µ3| = 3,13 > R2 = 1,3455 Tolak H0 |µ1- µ3| = 7,59 > R3 = 1,4044 Artinya: Pada pH awal 6, masing-masing nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 3 Pada pH awal 7 Nisbah lignin-NaHSO3 Rata-rata 1;0,4 48,09 1:0,5 54,96 1:0,6 52,26 µ1 = 48,09; µ2 = 52,26; µ3 = 54,96 |µ1- µ2| = 4,17 > R2 = 1,3455 |µ2- µ3| = 2,70 > R2 = 1,3455 Tolak H0 |µ1- µ3| = 6,87 > R3 = 1,4044 Artinya: Pada pH awal 7, masing-masing nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain.
20
Lanjutan Lampiran 9 B Uji Duncan untuk masing-masing nisbah lignin-NaHSO3 KTG Nilai kritis Duncan: Rp = rα (p,dbg) , p = 2,3 r R2 = r0,05 (2,9)
0,3536 = 1,3455 2
R3 = r0,05 (3,9)
0,3536 = 1,4044 2
1
Pada nisbah lignin-NaHSO3 1;0,4 pH awal Rata-rata 5 31,33 6 43,73 7 48,09 µ1 = 31,33; µ2 = 43,73; µ3 = 48,09 |µ1- µ2| = 12,40 > R2 = 1,3455 |µ2- µ3| = 4,36 > R2 = 1,3455 Tolak H0 |µ1- µ3| = 16,76 > R3 = 1,4044 Artinya: Pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,4, masing-masing pH awal memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 2
Pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5 pH awal Rata-rata 5 28,40 6 46,86 7 54,96 µ1 = 28,40; µ2 = 46,86; µ3 = 54,96 |µ1- µ2| = 18,46 > R2 = 1,3455 |µ2- µ3| = 8,10 > R2 = 1,3455 Tolak H0 |µ1- µ3| = 26,56 > R3 = 1,4044 Artinya: Pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,5, masing-masing pH awal memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 3
Pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,6 pH awal Rata-rata 5 35,11 6 39,27 7 52,26 µ1 = 35,11; µ2 = 39,27; µ3 = 52,26 |µ1- µ2| = 4,16 > R2 = 1,3455 |µ2- µ3| = 12,99 > R2 = 1,3455 Tolak H0 |µ1- µ3| = 17,15 > R3 = 1,4044 Artinya: Pada nisbah lignin-NaHSO3 1:0,6, masing-masing pH awal memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain.
21
Lampiran 10 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH terhadap pH NaLS yang dihasilkan Nisbah lignin-NaHSO3 1 : 0,4 1 : 0,5 1 : 0,6
Ulangan 1 2 Rerata 1 2 Rerata 1 2 Rerata
5 6,93 6,64 µ = 6,79 6,84 6,89 µ = 6,87 6,36 6,79 µ = 6,58
pH awal 6 7,19 6,65 µ = 6,92 6,61 6,79 µ = 6,70 7,00 6,77 µ = 6,89
7 7,60 6,88 µ = 7,24 6,81 7,03 µ = 6,92 7,42 7,00 µ = 7,21
Hipotesis yang diuji 1 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 H0 : τ1 = τ2 = τ3 = 0 (nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang sama terhadap pH NaLS yang dihasilkan) H1 : minimal ada satu i dengan τi ≠ 0, i = 1,2,3 2 Pengaruh pH awal H0 : β1 = β2 = β3 = 0 (pH awal memberikan pengaruh yang sama terhadap pH NaLS yang dihasilkan) H1 : minimal ada satu j dengan βj ≠ 0, j = 1,2,3 3 Pengaruh interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal H0 : (τβ)ij = 0 untuk semua ij (interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal memberikan pengaruh yang sama terhadap pH NaLS yang dihasilkan) H1 : minimal ada satu (τβ)ij ≠ 0 Langkah-langkah perhitungan: ∑ ∑ ∑ Y... 2 (124,20)2 = 856,9800 FK = = a.b.r 3.3.2 JKT = ∑ Yijk2 – FK = (6,932 + 6,642 + ... + 7,002) – 856,9800 = 1,4414 ∑ ∑ Yi.. 2 - FK JKA = b.r ( 41,89 2 + 40,97 2 + 41,34 2 ) - 856,9800 3.2 = 0,0714 ∑ ∑ Y.j. 2 = - FK a.r
=
JKB
( 40,45 2 + 41,012 + 42,74 2 ) - 856,9800 3.2 = 0,4750 ∑ Yij. 2 = - FK r (13,57 2 + 13,84 2 + ... + 14,42 2 ) - 856,9800 = 2 = 0,7456
=
JKP
JKAB
= JKP – JKA – JKB = 0,7456 – 0,0714 – 0,4750 = 0,1992
22
Lanjutan Lampiran 10 JKG dbA dbB dbAB dbG dbT KTA KTB
= JKT – JKP = 1,4414 – 0,7456 = 0,6958 = a–1 = 3 - 1 = 2 = b–1 = 3 - 1 = 2 = (a-1)(b-1) = 4 = ab(r-1) = (3)(3)(2-1) = 9 = abr-1 = (3)(3)(2)-1 = 17 JKA 0,0714 = = 0,0357 = 2 db A =
JKB 0,4750 = = 0,2375 2 db B
KTAB =
JKAB 0,1992 = = 0,0498 4 db AB
KTG
JKG 0,6958 = = 0,0773 9 db G
=
KTA 0,0357 = = 0,4618 0,0773 KTG KTB 0,2375 Fhit B = = = 3,0724 0,0773 KTG KTAB 0,0498 = = 0,6442 Fhit AB = KTG 0,0773
Fhit A
=
Tabel ANOVA Sumber keragaman Nisbah pH awal Nisbah vs pH awal Galat Total
Derajat bebas (db) 2 2 4 9 17
Jumlah Kuadrat (KT) 0,0714 0,4750 0,1992 0,6958 1,4414
Kuadrat Tengah (KT) 0,0357 0,2375 0,0498 0,0773
Fhitung
Ftabel
0,4618 3,0724 0,6442
F0,05(2,9)=4,256 F0,05(2,9)=4,256 F0,05(4,9)=3,633
Kesimpulan: 1 Karena Fhitung nisbah < F0,05(2,9) maka terima H0 Artinya: Nisbah lignin-NaHSO3 tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap pH NaLS. 2 Karena Fhitung pH awal < F0,05(2,9) maka terima H0 Artinya: pH awal tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap pH NaLS. 3 Karena Fhitung interaksi nisbah vs pH awal < F0,05(4,9) maka terima H0 Artinya: Interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap pH NaLS.
23
Lampiran 11 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 dan pH terhadap bobot NaLS yang dihasilkan Nisbah lignin-NaHSO3 1 : 0,4 1 : 0,5 1 : 0,6
Ulangan 1 2 Rerata 1 2 Rerata 1 2 Rerata
5 3,3418 2,8322 µ = 3,0870 3,4436 2,5120 µ = 2,9778 5,2019 3,6919 µ = 4,4469
pH awal 6 5,1484 4,6928 µ = 4,9206 3,4975 5,5477 µ = 4,5226 4,4872 4,1679 µ = 4,3276
7 4,2557 5,3395 µ = 4,7976 3,9935 3,5323 µ = 3,7629 4,5096 5,7441 µ = 5,1269
Hipotesis yang diuji 1 Pengaruh nisbah lignin-NaHSO3 H0 : τ1 = τ2 = τ3 = 0 (nisbah lignin-NaHSO3 memberikan pengaruh yang sama terhadap bobot NaLS yang dihasilkan) H1 : minimal ada satu i dengan τi ≠ 0, i = 1,2,3 2 Pengaruh pH awal H0 : β1 = β2 = β3 = 0 (pH awal memberikan pengaruh yang sama terhadap bobot NaLS yang dihasilkan) H1 : minimal ada satu j dengan βj ≠ 0, j = 1,2,3 3 Pengaruh interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal H0 : (τβ)ij = 0 untuk semua ij (interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal memberikan pengaruh yang sama terhadap bobot NaLS yang dihasilkan) H1 : minimal ada satu (τβ)ij ≠ 0 Langkah-langkah perhitungan: ∑ ∑ ∑ Y... 2 (75,9396)2 = 320,3790 FK = = a.b.r 3.3.2 JKT = ∑ Yijk2 – FK = (3,34182 + 5,1484 + ... + 5,74412) – 320,3790 = 15,0902 ∑ ∑ Yi.. 2 - FK JKA = b.r ( 25,6104 2 + 22,5266 2 + 27,8026 2 ) - 320,3790 3.2 = 2,3418 ∑ ∑ Y.j. 2 = - FK a.r
=
JKB
(21,0234 2 + 27,5415 2 + 27,3747 2 ) - 320,3790 3.2 = 4,6030 ∑ Yij. 2 = - FK r (6,1740 2 + 9,8412 2 + ... + 10,2537 2 ) - 320,3790 = 2 = 9,6743 = JKP – JKA – JKB = 9,6743 – 2,3418 – 4,6030 = 2,7295 =
JKP
JKAB
24
Lanjutan Lampiran 11 JKG dbA dbB dbAB dbG dbT KTA KTB
= JKT – JKP = 15,0902 – 9,6743 = 5,4159 = a–1 = 3 - 1 = 2 = b–1 = 3 - 1 = 2 = (a-1)(b-1) = 4 = ab(r-1) = (3)(3)(2-1) = 9 = abr-1 = (3)(3)(2)-1 = 17 JKA 2,3418 = = 1,1709 = db A 2 =
JKB 4,6030 = = 2,3015 db B 2
KTAB =
JKAB 2,7295 = = 0,6824 db AB 4
KTG
5,4159 JKG = = 0,6018 9 db G
=
KTA 1,1709 = = 1,9457 KTG 0,6018 KTB 2,3015 Fhit B = = = 3,8244 0,6018 KTG KTAB 0,6824 = = 1,1339 Fhit AB = KTG 0,6018
Fhit A
=
Tabel ANOVA Sumber keragaman Nisbah pH awal Nisbah vs pH awal Galat Total
Derajat bebas (db) 2 2 4 9 17
Jumlah Kuadrat (KT) 2,3418 4,6030 2,7295 5,4159 15,0902
Kuadrat Tengah (KT) 1,1709 2,3015 0,6824 0,6018
Fhitung
Ftabel
1,9457 3,8244 1,1339
F0,05(2,9)=4,256 F0,05(2,9)=4,256 F0,05(4,9)=3,633
Kesimpulan: 1 Karena Fhitung nisbah < F0,05(2,9) maka terima H0 Artinya: Nisbah lignin-NaHSO3 tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap bobot NaLS yang dihasilkan. 2 Karena Fhitung pH awal < F0,05(2,9) maka terima H0 Artinya: pH awal tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap bobot NaLS yang dihasilkan. 3 Karena Fhitung interaksi nisbah vs pH awal < F0,05(4,9) maka terima H0 Artinya: Interaksi antara nisbah lignin-NaHSO3 dan pH awal tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap bobot NaLS yang dihasilkan.
