Pemakaian hidrogen peroksida sebagai bahan pemutih pulp

FUADI, Ahmad M, Promotor Prof. Ir. Wahyudi Budi Sediawan, SU., Ph.D

2009 | Disertasi |

Meningkatnya perhatian terhadap lingkungan, telah memicu pengembangan teknologi pada pemutihan pulp. Senyawa pemutih pulp yang mengandung klorin digantikan dengan senyawa yang ramah lingkungan, hal ini menyebabkan kebutuhan hydrogen peroksida untuk proses bleaching pulp meningkat tajam. Disertasi ini menyajikan hasil percobaan dan pengamatan kinetika bleaching pulp dengan hydrogen peroksida. Sekitar 20 gram pulp kering ditreatment menggunakan asam sulfat dan ethylene diamine tetra acetate (EDTA) di chelating stage. Proses chelating dilakukan dalam kantung plastik yang dipanaskan di dalam waterbath. Proses bleaching dilakukan dengan berbagai penambahan H2O2 dan NaOH pada suhu 70°C, 80°C dan 90°C. Setelah proses bleaching, air di pulp dipisahkan dan pulp dicuci dengan hati-hati. Filtrat yang diperoleh dari pemisahan pertama diukur pHnya dan sisa H2O2. Pulp yang diperoleh dianalisa kandungan ligninnya, viskositas dan brightness. Empat model kinetik diusulkan. Model pertama menganggap bahwa system selalu homogen sedang model kedua menganggap system hiterogen. Semua model mengenggap ada dua reaksi utama, yaitu peruraian H2O2 yang menghasilkan HOO- dan reaksi antara lignin dengan HOO-. Selanjutnya, masing-masing model dibedakan atas dua anggapan yaitu ada dan tidak ada dekomposisi H2O2 yang menghasilkan air dan oksigen. Hasil perhitungan dari model-model ini dicocokkan dengan data percobaan. Model pertama (1a, sistem homogen tanpa dekomposisi H2O2 yang menghasilkan air dan oksigen) memberikan kesesuaian antara model dan data yang baik pada suhu 70°C, sedang model kedua (1b, sistem homogen ada dekomposisi H2O2 yang menghasilkan air dan oksigen) bisa memberikan kesesuaian antara model dan data hingga suhu 90°C. Model ketiga (2a, sistem heterogen tanpa dekomposisi H2O2 yang menghasilkan air dan oksigen) tidak memberikan kesesuaian antara model dan data pada semua kondisi proses bleaching, sedang model keempat (2b, sistem heterogen ada dekomposisi H2O2 yang menghasilkan air dan oksigen) mampu memberikan kesesuaian antara model dan data hingga suhu 90°C serta rata-rata ralat yang paling kecil, yaitu 13,9% untuk sisa H2O2 dan 2,1% untuk sisa lignin. Parameter-parameter dari semua model antara lain konstante kecepatan reaksi ke kanan dan ke kiri dari peruraian H2O2 (k1 dan k2) kecepatan reaksi samping H2O2 (ks) dan kecepatan pelepasan lignin (k3). Parameter-parameter ini dituliskan dalam bentuk persamaan sebagaimana persamaan Arhenius sebagai fungsi pOH dan suhu. Dibandingkan dengan penelitian-penelitian sejenis yang pernah dilakukan, pengembangan model pada penelitian ini mempunyai beberapa kelebihan antara lain memberikan kesesuaian dengan data percobaan yang lebih baik serta memberikan informasi mekanisme proses bleaching yang lebih rinci.

As the result of increasing environmental concern, new technologies for pulp bleaching have been developed. Chlorine containing bleaching agents have been replaced by more environmentally benign chemical, and the importance of hydrogen peroxide in pulp bleaching has rapidly increased. This dissertation reports the results of experimental and kinetics studies of pulp bleaching by using H2O2. About 20 g of dry pulp was treated using sulfuric acid and ethylene diamine tetra acetate (EDTA) at chelating stage. The treatment was carried out in plastic bags placed in a pre-heated water bath. The bleaching was performed with various addition of H2O2 and NaOH at 70°C, 80°C and 90°C. After the bleaching, the pulp was dewatered and washed carefully. The filtrate obtained from the initial dewatering was used to determine the pH and residual H2O2. The pulp was analyzed to determine its lignin content, viscosity and brightness. Four kinetics models were proposed. The first model assumes that system is homogeneous and the second model assumes that system is heterogeneous. These models assume that the process consists of two consecutive reactions, which are decomposition of H2O2 producing HOO- and reaction of lignin with HOO-. Further, each model has two assumptions, which are with and without decomposition of H2O2 producing H2O and O2. The results of calculations using these models were verified by the experimental data. It turns out that the first model (homogeneous system without decomposition of H2O2 which producing H2O and oxygen) works well at the temperature up to 70°C, while the second model (homogeneous system with decomposition of H2O2 which producing H2O and oxygen) work well until 90°C. The third model (heterogeneous system without decomposition of H2O2 which producing H2O and oxygen) does not work well at all temperature of bleaching process, while the fourth model (heterogeneous system with decomposition of H2O2 which producing H2O and oxygen) works well up to 90°C and gives smallest error, which are 13.9% for residual of H2O2 and 2.1% for residual of lignin. Parameters of all models are reaction rate constant of H2O2 to the right and left direction (k1 and k2), reaction rate constant of side reaction of H2O2 (ks) and rate constant of delignification (k3). These parameters are presented in the form of Arhenius equation as function of pOH and temperature. Compared with the similar models from other studies, the model developed in this study has some advantages such as better fitting to the experimental data and more comprehensive information of bleaching mechanism.

Kata Kunci : Chelating, Bleaching, Hydrogen peroksida