(Silica Removal from Oil Palm Empty Fruit Bunch and Combination With Rayon Waste Fiber for Paper Production)
Oleh : Hapip Ramadhan (22/500400/PTK/14618) – Magister Teknik Kimia
INTISARI
Serat limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit (EFB) dan rayon merupakan material potensial untuk menggantikan penggunaan kayu dalam industri pulp dan kertas. EFB memiliki kandungan silika yang tinggi, berkisar antara 0,6 – 1,1% (sebagai abu tidak larut asam). Tingginya kandungan silika ini dapat mengganggu sistem pemulihan bahan kimia dalam proses kraft pulping. Kandungan silika maksimum yang dapat diterima pada biomassa untuk kraft pulping adalah 3000 ppm. Produksi pulp yang diputihkan dari serat EFB untuk kertas diamati selama tahap pencucian, perlakuan alkali, pemasakan, dan pemutihan. Selain itu, serat limbah rayon dicampur pada tahap pemutihan. Pencucian dapat digunakan untuk serat EFB guna menghilangkan silika eksternal. Tahap pencucian pada suhu 50°C menghasilkan penurunan kandungan silika dari 7683 ppm menjadi 5294 ppm dengan hasil sebesar 76%. Penelitian lebih lanjut dapat meningkatkan kondisi proses pencucian untuk memperbaiki penghilangan silika dan hasil produksi.
Penelitian ini menggunakan eksperimen desain faktorial untuk mengkaji efek suhu dan konsentrasi NaOH terhadap hasil dan kandungan silika selama tahap perlakuan alkali. Untuk kondisi perlakuan alkali yang menghasilkan hasil maksimum 90,6% dengan kandungan silika 3000 ppm, direkomendasikan menggunakan suhu 60 °C dan konsentrasi NaOH 0,05 M. Pada tahap pemasakan, suhu 170 °C memudahkan proses pemasakan dengan penggunaan bahan kimia yang lebih rendah (15% AA sebagai Na₂O) dan faktor H yang lebih rendah (80) dibandingkan suhu lainnya (140, 150, dan 160 °C) serta bahan baku kayu untuk mencapai target kappa 18 ± 1. Kualitas pulp coklat dari serat EFB hampir sama pada suhu antara 140 hingga 170 °C. Meskipun pulp EFB memiliki konsumsi bahan kimia pemutih yang lebih rendah (2,6 kg/adt H₂O₂ dan 19,0 kg/adt ClO₂) dibandingkan dengan pulp coklat dari kayu Akasia (2,7 kg/adt H₂O₂ dan 25,1 kg/adt ClO₂) dan Eucalyptus (2,9 kg/adt H₂O₂ dan 19,3 kg/adt ClO₂), penerapan kondisi standar pemutihan pulp kayu pada pulp coklat EFB termasuk pencampuran dengan serat limbah rayon menyebabkan degradasi yang signifikan pada serat pulp EFB yang ditandai dengan penurunan viskositas pada setiap tahap. Viskositas pulp EFB yang diputihkan (602 ml/g) berdampak langsung pada sifat fisik lembaran tangan dengan indeks tarik yang lebih rendah (48,3 Nm/g) dibandingkan Akasia (97,5 Nm/g) dan Eucalyptus (75,1 Nm/g). Penambahan serat limbah rayon dengan persiapan penggilingan saringan 1 mm dan pemberian pada tahap EP pulp EFB juga berdampak negatif pada sifat pencampuran pulp EFB, terutama dalam hal kekuatan tarik. Namun, porsi serat EFB hingga 30% dan serat limbah rayon hingga 15% dalam pulp kayu masih dapat diterima sesuai spesifikasi kertas fotokopi/print dalam hal indeks tarik. Kesimpulannya, serat EFB dan limbah serat rayon adalah bahan potensial untuk substitusi kayu yang membutuhkan waktu pemasakan, bahan kimia, dan energi yang lebih sedikit dalam produksi kertas.
Kata kunci: perlakuan alkali; EFB; desain faktorial; serat rayon; penghilangan silika
ABSTRACT
The EFB and rayon waste fiber is the potential material to substitute wood usage in pulp and paper industry. The EFB has a high silica content in the range of 0.6 – 1.1% (as acid-insoluble ash). This level of silica content will seriously disturb the chemical recovery system in kraft pulping. The maximum acceptable silica content in the biomass for kraft pulping is 3000 ppm. The production of bleached pulp for paper from EFB fiber was observed during the washing, alkali treatment, cooking, and bleaching stages.
In addition, rayon waste fiber was blended in during the bleaching stage. Washing can be used for EFB fiber to eliminate external silica. The washing stage at 50°C produced a decrease in silica content from 7683 ppm to 5294 ppm and a 76% yield. Further research can enhance the washing stage process conditions to improve silica removal and yield. This study used a factorial design experiment to examine the effects of temperature and NaOH concentration on yield and silica content during the alkali treatment stage. For an alkali treatment condition that yields a maximum of 90.6% with a silica content of 3000 ppm, it is recommended to use 60 °C and a NaOH concentration of 0.05 M. In the cooking stage, a temperature of 170 °C gives easier cooking by lower chemical charge (15% AA as Na2O) and lower H-factor (80) than other temperatures (140, 150, and 160 °C) and wood chips raw material to get similar kappa target 18 + 1. Brown pulp quality from EFB fiber is almost similar between temperatures 140 to 170 °C. Despite the fact that EFB pulp has a lower bleaching chemical consumption (2.6 kg/adt H2O2 and 19.0 kg/adt ClO2) than brown pulp from wood Acacia (2.7 kg/adt H2O2 and 25.1 kg/adt ClO2) and Eucalyptus (2.9 kg/adt H2O2 and 19.3 kg/adt ClO2), the application of wood pulp bleaching standard conditions to EFB brown pulp including blending with rayon waste fiber affected to massive degradation of EFB pulp fiber that describe by viscosity reducing in each stage. This low viscosity of EFB bleached pulp (602 ml/g) directly impact to hand sheet physical properties with lower tensile index of EFB bleached pulp (48.3 Nm/g) compared to Acaica (97.5 Nm/g) and Eucalyptus (75.1 Nm/g). Additional rayon fiber waste with preparation grinding 1 mm screening sieve and feeding in EP stage of EFB pulp also give negative impact to EFB pulp blending properties, particularly in term tensile strength. However, EFB fiber portion until 30% and rayon waste fiber until 15% in wood pulp still accepted with copy/print paper specification in term tensile index. The conclusion, EFB fiber and rayon fiber waste are the potential material for wood substitution that required less cooking time, chemicals, and energy for paper production.
Keywords: alkali treatment; EFB; factorial design; rayon fiber; silica removal