Pemutihan Pulp

Proses pemutihan pulp adalah suatu proses untuk mengubah warna pulp dari coklat menjadi putih dengan cara menambahkan bahan kimia pemutih untuk menghilangkan sisa kandungan lignin dari proses pemasakkan tanpa merusak  serat sehingga sifat fisik pulp yang dihasilkan tetap tinggi.

Secara prinsip, selulosa murni sebenarnya berwarna putih, tetapi pulp menjadi berwarna karena mengandung zat-zat lain seperti senyawa lignin dan zat - zat organik lainnya. Cara pemutihan yang dilakukan tergantung pada serat pulp yang akan diputihkan dan kualitas pulp putih yang diinginkan. Dalam hal ini ada dua cara pemutihan pulp yaitu cara penghilangan lignin dan pemutihan lignin.

Pemutihan pulp dengan cara pelarutan senyawa lignin merupakan kelanjutan penghilangan lignin yang masih tertinggal dalam pulp setelah proses pemasakkan dengan cara mendegradasi rantai lignin yang panjang oleh bahan - bahan kimia pemutih menjadi rantai - rantai yang pendek, maka lignin dapat larut pada saat pencucian.

Pemutihan dengan cara penghilangan lignin dapat dilakukan dalam satu tahap yaitu dengan cara menggunakan hipoklorit dan dapat pula dilakukan dengan beberapa tahap. Pulp kimia berwarna coklat disebabkan adanya senyawa lignin dan turunannya yang tertinggal dalam pulp. Walaupun sebagian besar lignin telah dalam proses pemasakkan, derajat putih pulp kimia coklat lebih rendah dari pada bahan bakunya, hal ini dapat terjadi karena peningkatan penyerapan cahaya yang besar terhadap turunan lignin yang masih tertinggal dalam pulp, mengakibatkan kenaikan koefisien penyerapan cahaya pulp yang bersangkutan.

prinsip pemutihan

•         Pemutihan lignin

            Kromofor lignin dirubah strukturnya hingga memantulkan sinar putih lebih banyak,  tetapi molekul lignin tidak dihilangkan Cara ini diterapkan untuk pulp mekanis

•         Penghilangan lignin

            Lignin (polimer panjang) diputus-putus (degradasi) membentuk rantai-rantai pendek sehingga mudah larut dalam alkali

•         Proses pemutihan pulp kimia dapat didefinisikan sebagai pelarutan senyawa-senyawa lignin yang dapat menyebabkan perubahan warna dan kemudian dihilangkan pada saat proses pencucian

•         Pemutihan pulp dengan cara pelarutan senyawa lignin merupakan kelanjutan penghilangan lignin yang masih tertinggal dalam pulp setelah proses pemasakan

•         Dengan cara mendegradasi rantai lignin yang panjang oleh bahan-bahan kimia pemutih menjadi rantai-rantai lignin yang pendek, maka lignin dapat larut pada saat pencucian.

Istilah dalam proses pemutihan

•         Konsistensi

            Perbandingan berat kering terhadap berat suspensi

•         Faktor kappa

            Faktor pengali terhadap bilangangan kappa pulp yang akan diputihkan

            Jumlah senyawa klor yang digunakan pada tahap pemutihan

•         Brightness

reflektifitas contoh (lembaran pulp) dibandingkan terhadap reflektifitas permukaan standar pada panjang gelombang 457 nm didaerah warna biru

·         Kadar air

Perbandingan berat air yang terdapat dalam contoh dengan berat contoh kadar air semulayang dinyatakan dalam persen dan di ukur pada kondisi standar.

Bahan kimia pemutih :

1. Oksidator, digunakan untuk mendegradasi dan menghilangkan warna lignin
2. Alkali, digunakan untuk mendegradasi lignin dengan hidrolisa dan membantu pelarutannya.

Bahan kimia yang digunakan dipilih karena keekonomisan dan keselektifannya. Oksidator yang digunakan antara lain : ClO₂, HClO₂, Cl₂, H₂O₂, NaOH. Alkali yang digunakan adalah NaOH.

Bahan kimia

•         Bentuk serbuk, kristal

•         Bentuk larutan

–        Konsentrasi % berat

–        Konsentrasi gpl

–        Konsentrasi Normal

–        Konsentrasi Molar

•         Jika bahan kimia tersedia dalam bentuk larutan, maka bahan kimia hrs dihitung dalam satuan volume, ml (gram sesuai volume)

Tahapan

Pemutihan pulp paling tidak dilakukan dua tahap, bahkan seringkali lebih. Tahapan-tahapan tersebut dinyatakan dengan simbol - simbol sabagai berikut :

•         Kholinasi                                 ( C )     - Reaksi dengan gas khlor dalam  media asam

•         Ekstraksi yang bersifat basa    ( E )     - Pelarutan hasil   reaksi dengan NaOH

•         Hipokhlorinasi                         ( H )    - Reaksi dengan hipokhlorit dalam larutan basa

•         Khlor Dioksida                        ( D )    - Reaksi dengan ClO2 dalam media asam.

•         Peroksida                                 ( P )     - Reaksi dengan peroksida dalam media alkali.

•         Oksigen                                   ( O )    - Reaksi dengan oksigen pada tekanan  tinggi          

•                                  (Dc) atau  ( CD )        - Campuran gas khlor dan khlordioksida.

Ø  Tahap khlorinasi ( C )

        reaksi dengan gas khlor (Cl₂) dalam media asam. Penggunaan di industri dalam bentuk liquid bertekanan dan diuapkan sebelum di campur dengan suspense pulp. Berfungsi sebagai pengoksidasi dan pendegradasi lignin. Gas khlor ini efektif dan ekonomis jika dibandingkan dengan bahan kimia pemutih lain dan merupakan partikel Bleacing yang baik tapi pada pemakaian yang berlebihan dapat menyebabkan degradasi selulosa sehingga kekuatan pulp bisa menurun dan sangat korosif.

Ø  Ekstraksi yang bersifat basa (E)

Reaksi dengan NaOH (Natrium Hidrogen) dalam bentuk larutan 5 – 10 % NaOH. Bahan kimia yang efektif dan ekonomis tapi dapat menyebabkan pulp menjadi gelap, biasanya digunakan pada pertengahan tahapan. Pada bleacing NaOH berfungsi menghidrolisa Khlorolignin, dan melarutkan lignin.

Ø  Khlorodioksida (D)

        Pemutihan dengan klor dioksida ( ClO₂ ) secara komersial  dimulai tahun 1946 di canada dan swedia. Perkembangan penggunaan klor dioksida ini mula-mula sangat lambat karena adanya efek-efek negatif.Tetapi dalam 20 tahun terakhir ini hampir tidak ada pabrik pulp sulfat putih yang tidak menggunakan klor dioksida. Klor dioksida adalah cairan mudah menguap menjadi gas yang sangat beracun dan menimbulkan korosi. Uapnya dalam udara dengan konsentrasi  12-15 % sangat mudah meledak bila terkena panas atau cahaya sehingga terlalu riskan bila menggunakan gas klor dioksida pada suhu tinggi. Akhirnya dengan kemajuan teknologi  efek-efek negatif tersebut dapat dikurangi.

          Penggunaan khlordioksida pada saat ini sangat luas. Hampir semua pabrik pulp menggunakan bahan kimia ini. Khlordioksida mempunyai selektifitas tinggi sebab khlordioksida hanya bereaksi dengan lignin dan tidak bereaksi secara luas dengan karbohidrat.

Reaksi khlordioksida dengan lignin :

Ø  ClO2 + lignin                                lignin teroksidasi + HClO₃ +HClO₂

Reaksi khlordioksida dengan karbohidrat :

Gugus aldehid                               gugus karboksil          

            Selain tingkat selektifitas yang tinggi dalam proses pemutihan pulp, khlordioksida juga digunakan untuk mencapai derajat putih pulp akhir yang tinggi tanpa menurunkan kekuatan pulp yang cukup berarti. Khlordioksida juga efektif untuk menurunkan kandungan shive, resin, dan kotoran. Penggunaan khlordioksida dalam bentuk sedikit campuran dengan sedikit khlor tidak banyak memberi pengaruh sedangkan penggunaan khlor yang terlalu banyak dapat mendegradasi selulosa.

            Penggunaan khlordioksida pada tahap awal pemutihan tanpa menggunakan khlor banyak digunakan pada pabrik – pabrik pulp. Untuk mencapai derajat putih yang tinggi pada pulp sulfat dapat diproses dengan dua tahap khlordioksida dengan memakai ekstraksi alkali diantara dua tahap tersebut.

      

          Konsistensi memberikan pengaruh yang kecil pada pemutihan dengan menggunakan khlordioksida. Laju reaksinya hampir sama dengan konsistensi 4 – 15 %. Dalam pabrik biasanya pemutihan dengan khlordioksida menggunakan konsistensi 10 – 12 %. Jika khlordioksida digunakan pada tahap akhir pemutihan, biasanya suhu pemutihan adalah  60 – 80 ⁰ C atau suhu optimumnya 70 ⁰ C dengan waktu reaksi antara 3 – 5 jam. Penggunaan khlordioksida pada tahap awal pemutihan suhunya lebih rendah. pH suspensi pulp pada pemutihan dengan khlordiksida harus rendah, biasanya 3 – 5 penggunaan pH yang lebih tinggi menghasilkan pulp dengan kualitas rendah.

          Dalam suasana basa klor dioksida membentuk banyak ion klorat dan ion klorit  yang tidak efektif dalam pemutihan. Sedangkan dalam suasana asam klor dioksida akan membentuk banyak ion klorit dan ion hipoklorit yang selanjutnya membentuk klor   (Cl₂ ) yang aktif.

2ClO   + H⁺   + Cl ^-    + H₂O                                 ClO ^- +  2ClO₂^-  + 3H⁺

2H⁺     + Cl ^-  + ClO ^-                                                           Cl₂    +  H₂

        dalam suasana asam juga sebenarnya juga terbentuk ion klorat, karena itu daya pemutihan klor dioksida akan berkurang, jumlah klor dioksida yang hilang atau tidak efektif berkisar antara 20-36 %.

 Ø  Hipokhlorit (H)

Reaksi dalam larutan basa dalam bentuk larutan encer yang dibuat secara onsite dengan absorbsi gas dalam larutan Ca( OCl )₂ (kalsium hipokhlorit)  atau NaOCl ( natrim hipokhlorit ) sekitar 40 g/l. merupakan pengoksidasi dan dapat mencerahkan pulp serta melarutkan lignin. Bahan kimia pemutih ini mudah dibuat dan digunakan, partikel pemutih yang baik hanya saja perlu biaya yang tinggi untuk membuatnya dan jika pemakaian yang berlebihan dapat menyebabkan kekuatan pulp menurun.

Ø  Peroksida (P)

       Reaksi denga hydrogen peroksida (H₂O₂) dalam media alkali, penggunaan berupa larutan 50 % dan lerutkan sampai kira – kira 2 % sebelum digunakan. Berfungsi sebagai pengoksidasi dan dapat mencerahkan pulp. Keuntungannya mudah digunakan dan biaya proses murah hanya saja harga bahannya mahal dan partikel Bleacingnya kurang baik.

Ø  Oksigen (O)

Penggunaan oksigen pada saat ini meluas dan hampir semua pabrik pulp mengoperasikan proses pemutihannya dengan menggunakan oksigen, meskipun oksigen dapat digunakan untuk pemutihan sesungguhnya banyak instalasi menggunakan oksigen alkali sebagai suatu langkah delignifikasi sebelum pemutihan dengan bahan kimia khlor atau khlordioksida.

Reaksi utama oksigen terhadap lignin dalam kondisi alkali terjadi melalui gugus feniksi radikal yang distabilkan dengan resonansi. Bagian penting dari degradasi lignin mungkin terjadi melalui degradasi unit - unit fenolik yang didegradasi menjadi asam - asam alifatik. Degradasi selulosa dan polisakarida terlihat dari menurunnya hasil pulp dan viskositas. Gugus radikal menengah yang terbentuk merupakan oksidator yang non selektif, sehingga dapat pula menyerang selulosa seperti menyerang lignin.

Penggunaan senyawa magnesium mempunyai peranan yang penting dalam mencegah terjadinya dgradasi karbohidrat. Senyawa magnesium berfungsi sebagai protektor sehingga rendemen dan kekuatan pulp masih tetap baik.

Variable proses pemutihan dengan oksigen yang utama adalah konsistensi pulp serta tekanan, suhu dan waktu. Suhu yang dipakai adalah 90 – 130 ⁰ C dengan waktu retensi 60 menit. Pengguanaan NaOH adalah  3 - 7 % terhadap berat kering pulp mampu menetralisir produk reaksi asam organik dan mempertahankan kondisi ynag sangat alkali. Konsistensi serat ( 8 -15 % ) merupakan pilihan utama dan banyak digunakan di industri.

Keuntungan menggunakan sistem ini adalah biaya investasi yang diperlukan lebih kecil, penggunaan uap yang lebih sedikit ( hemat energi ) dan lebih banyak lignin yang terlarut dan sedikit degradasi karbohidrat. Disamping itu lebih fleksibel dalam penataan peralatan serta penggunaan alat yang lebih sederhana dan resiko yang lebih kecil terhadap bahaya yang disebabkan oleh uap dan bahan-bahan organik.

        EOP ( Ekstraksi Oksigen Peroksida )

Campuran larutan NaOH, Oksigen dan Hydrogen peroksida. Tahap yang dapat mengurangi degradasi selulosa dan limbah pemutihnya tidak berbahaya.

Ø  Ozon (Z)

Reaksi dengan O₃ dalam bentuk gas. Merupakan pengoksidasi dan dapat mencerahkan pulp serat melarutkan lignin. Ozon sangat baik digunakan untuk pulp dan TCF karna limbah pemutihnya tidak berbahaya. Bahan pemutih efektif dan dapat direcovery.

Secara garis besar, urutan dalam pemutihan pulp kimia dapat dibagi dalam dua bagian, yaitu :

a.       Tahap delignifikasi

b.      Tahap pencerahan ( brightening )

Tujuan utama dalam proses delignifikasi adalah penghilangan 80 – 90 % lignin yang masih tersisa dalam pulp dengan biaya yang rendah. Dalam hal ini daya terputihkan misalnya bilangan kappa sebagai parameter pengendali.

Tujuan dalam tahap pencerahan adalah untuk memperoleh derajat putih yang tinggi. Perlu dicatat bahwa sebagian proses pencerahan terjadi pada tahap delignifikasi.

1. Sistem Pemutihan

Ada dua pendekatan yang digunakan dalam pemutihan dengan bahan kimia :

1. Memilih bahan kimia yang hanya mendegradasi gugus kromoform tanpa menyerang lignin. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan pulp dengan rendemen yang tinggi dan sifat seratnya yang sedikit kaku. Pendekatan ini umumnya untuk pulp mekanis.
2. Pemisahan dan penghilangan keseluruhan lignin yang masih tersisa dalam pulp.

2. Proses Pemutihan secara Konvensional

Pemutihan konvensional merupakan proses pemutihan yang melibatkan senyawa  khlor murni yang ditempatkan diawal tahapan proses. Contoh tahapan proses pemutihan ini diantaranya CEHEH, CEHD, CEH, dan lain - lain.

Pada pulp kraft, cara pemutihan yang cocok untuk pulp jenis ini yaitu dengan menghilangkan lignin karena sifat sisa lignin yang terdapat dalam pulp kraft sulit dihilangkan, maka proses pemutihan biasanya berlangsung dalam beberapa tahap. Pemutihan pulp kraft secara konvensional pada umumnya menggunakan  khlor atau kombinasi senyawa khlor dengan senyawa khlordioksida ( ClO₂ ), sebagai contoh untuk memperoleh pulp dengan derajat putih 84 - 86 dengan bilangan kappa sebelum pemutihan 18, maka dibutuhkan 5 tahapan proses pemutihan yaitu CEHEH.

Variable yang Mempengaruhi Khlorinasi

Hal	Faktor
Sifat Pulp	1.      Nilai Pemutihan ( PN ) 2.      Metode Pulping 3.      Viskositas CED
Kondisi Operasi	Waktu / Suhu Aplikasi Khlorin yang Tersedia Bagian ClO2 dalam aplikasi Aplikasi Bahan Kimia yang Berurutan pH awal Konsentrasi Khlorin Konsistensi
Kondisi Proses	Tingkat Pencampuran
Parameter Kontrol	Warna Stock Level ORP Konsentrasi Sisa Bahan Kimia

        Proses Pemutihan dengan Cara ECF ( Elemental Chlorine Free )

Proses ECF merupakan proses pemutihan pulp yang tidak menggunakan khlor murni sebagai bahan kimia pemutihnya, akan tetapi menggunakan ClO₂.

Keuntungan dari proses ECF adalah :

1. Mengurangi polusi limbah yang berbahaya terhadap lingkungan
2. Dengan pemakaian oksigen, akan terjadi pengembangan terhadap individu serat

Pemutihan menggunakan oksigen pada tahap awal pada saat ini banyak digunakan dan menjadi standar pabrik. Penggunaan oksigen semakin meluas setelah isu mengenai pencemaran lingkungan semakin marak dibicarakan. Contohnya adalah C/DEDED, DEDED, OC/DEDD, ODEDD, ODEDED ( yang telah dilakukan dalam praktikum skala laboratorium ). 

Proses Pemutihan dengan Cara TCF ( Totally Chlorine Free )

Sejak adanya isu tentang dioksin, penggunaan khlor sebagai bahan kimia pemutih mulai ditinggal dan digantikan dengan Totally Chlorine Free Bleaching. TCF merupakan tahapan proses pemutihan yang sama sekali tidak menggunakan senyawa - senyawa khlor, baik khlor murni maupun khlordioksida, sebagai contoh proses pemutihan pulp kraft kayu daun yang menggunakan tahap ozon dan peroksida dapat mencapai derajat putih sesuai yang yang diinginkan. Contoh proses TCF misalnya : OZEP, OZE, OZEPEP, ZPOP.

Peruses TCF ini belum dilakukan di Indonesia disebabkan selain penyediaan ozon dari sitem recovery gas, biasanya investasi yang terbesar dari sistem peralatan proses pemutihan tahap peroksida yang meliputi di sistem penyimpanan, pengenceran, dan pemakaian peroksida. Sementara itu biaya terbesar pada sistem pembuatan terletak pada daya listrik yang digunakan. Energi spesifik yang digunakan untuk membuat 4 % ozon adalah 18 - 23 Kwh / kg O₃.