metil ester sulfonat jurnal

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008 Universitas Lampung, 17-18 November 2008

OPTIMASI PROSES SULFONASI UNTUK MEMPRODUKSI METIL ESTER SULFONAT DARI MINYAK SAWIT KASAR Sri Hidayati*, Ilim** dan Pudji Permadi****Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung **Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung *** Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung

ABSTRACT MES surfactant is produced from sulphonation process between methyl ester and sulphonating agent, such as NaHSO3. The advantages of MES surfactant are: it is made from renewable resources, cleaner production and environmentally friendly, biodegradable and has a good detergency although used in hard water. The purposes of this research are to obtain the optimum condition (reaction temperature, sulphonation reaction and molar ratio) of sulphonation process in producing MES from CPO methyl ester and to investigate the characteristic of MES produced. Measurements conducted include interfacial tension (IFT) and surface tension. Experimental design used was Response Surface Method (RSM) and Central Composite Design (CCD) with three factors. The analysis of resulted response surface indicates that the optimum conditions at MES production from methyl ester CPO CPO was obtained with ratio of reactants of 1:1,55, reaction time of 4,5 hour and reaction temperature of 108,9oC with IFT of 0,34 dyne / cm, surface tension of 33,1 dyne / cm, emulsion stability of 79,5%, Acid value of 13,32 mg KOH/g sample, Iod value of 41,12 Iod g / 100 sample, Peroxide value of 7,6 mmole / 1000 gram, sulfonat absorbance of 0,8 AU Keywords: sulphonation, interfacial tension, methyl ester sulfonates

1. PENDAHULUAN Minyak sawit Indonesia memiliki peranan yang sangat penting dalam industri minyak sawit dunia dan merupakan negara pengekspor minyak sawit terbesar kedua di dunia setelah Malaysia. Produksi minyak kelapa sawit dalam bentuk Crude Palm Oil (CPO) yang dihasilkan dari tahun 1998 hingga 2005 juga mengalami peningkatan yang tinggi yaitu dari 5.005.903 ton menjadi 14.252.298 ton (http://www.bps.go.id/sector/agri/kebun.htm). Kelapa sawit

merupakan salah satu tumbuhan yang menghasilkan minyak yang cukup tinggi dan merupakan minyak yang paling banyak diperdagangkan di dunia. Menurut Didu (2003) peningkatan nilai tambah mencapai 400 persen mampu diperoleh dari pemanfaatan minyak kelapa sawit untuk menghasilkan produk seperti surfaktan. Surfaktan merupakan bahan aktif permukaan yang dapat menurunkan tegangan permukaan antara dua fasa yang berbeda yaitu minyak dan air sehingga dapat dimanfaatkan dalam proses pembuatan deterjen dan untuk proses pengurasan minyak bumi/Enhanced oil recovery (EOR).

ISBN : 978-979-1165-74-7

III-497


Metil Ester Sulfonat (MES) termasuk golongan surfaktan anionik, yaitu surfaktan yang bermuatan negatif pada gugus hidrofiliknya atau bagian aktif permukaan (surface-active). Menurut Watkins (2001) jenis minyak yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan metil ester sulfonat (MES) adalah kelompok minyak nabati seperti minyak kelapa, minyak sawit, minyak inti sawit, stearin sawit, minyak kedelai, atau tallow. Jenis minyak yang biasanya disulfonasi adalah minyak yang mengandung ikatan rangkap ataupun grup hidroksil pada molekulnya (Bernardini, 1983). Dibandingkan petroleum sulfonat, surfaktan MES menunjukkan beberapa kelebihan diantaranya yaitu pada konsentrasi MES yang lebih rendah daya deterjensinya sama dengan petroleum sulfonat, dapat mempertahankan aktivitas enzim yang lebih baik, toleransi yang lebih baik terhadap keberadaan kalsium, kandungan garam (disalt) lebih rendah dan lebih ramah lingkungan. MES dibuat melalui proses sulfonasi yang menggunakan pereaksi kimia yang Foster (1996),

mengandung gugus sulfat atau sulfit (Bernardini, 1983; Watkins 2001.

menyatakan hal yang harus dipertimbangkan untuk menghasilkan kualitas MES terbaik adalah rasio mol, suhu reaksi, lama reaksi, konsentrasi grup sulfat yang ditambahkan, bahan untuk sulfonasi (NaHSO3, H2SO4), waktu netralisasi, pH dan suhu netralisasi. Berdasarkan hal

tersebut, perlu dilakukan penelitian untuk mengoptimasi suhu sulfonasi, lama reaksi dan rasio mol guna memperoleh MES baik yang berbasis metil ester dari Crude Palm Oil (CPO) dengan mutu tinggi ditinjau dari kinerja dan sifat kimia yang dihasilkan terutama sebagai surfaktan.

2. METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan Metil Ester Sulfonat adalah seperangkat reaktor sulfonasi, sentrifius, rotor penggerak, alat timbang dan alat analisis seperti kromatografi gas, spektrometer UV-visible, spektrofotometer infra red, mikroskop dan alat analisis uji kimia. Bahan yang digunakan untuk penelitian adalah: Metil ester CPO yang diperoleh dari BPPT Serpong Bahan-bahan kimia yang digunakan adalah NaHSO3 teknis, metanol dan bahan kimia untuk analisis.

Optimasi Pembuatan Metil Ester Sulfonat dari metil ester CPO Pada penelitian ini dilakukan optimasi terhadap rasio mol reaktan Na bisulfit, lama reaksi dan suhu sulfonasi dengan menggunakan NaHSO3 sebagai bahan pensulfonasi. Perlakuan yang digunakan adalah rasio mol reaktan (1:1,0791:1,96) (Sheats dan Mac Arthur, 2002), lama reaksi (2-7 jam) dan suhu reaksi (60-1400C) (Pore, 1993), setelah itu dilakukan proses pemurnian dengan menggunakan metanol 35% (Sheats dan Mac Arthur, 2002) pada suhu 550C selama 1,5 jam (Sherry, 1995) dan dilakukan netralisasi dengan NaOH 20% dengan suhu 55oCISBN : 978-979-1165-74-7 III-498


selama 0,5 jam (Pore, 1993). Analisis yang dilakukan terhadap produk yang dihasilkan meliputi nilai IFT menggunakan spining drop tensiometer (Gardener dan Hayes, 1983), bilangan iod (AOAC, 1995), bilangan asam (AOAC, 1995), bilangan peroksida (AOAC, 1995), kestabilan emulsi (modifikasi ASTM D 1436, 2001), tegangan permukaan menggunakan du Nouy (Zajic dan Steffens, 1984), uji absorbansi sulfonat menggunakan UV-visible, uji kualitatif untuk mendeteksi keberadaan gugus sulfonat menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR. Desain eksperimen dan analisis hasil optimasi variabel proses dilakukan dengan menggunakan Central Composite Design dan Response Surface Methode (RSM). produksi MES dari metil ester dari CPO dapat dilihat pada Gambar 1. Metil ester C16 dari CPO Diagram alir proses

Proses produksi MES Rasio mol reaktan: 1:1,079 1:1,92 Suhu: 60 - 1400C Lama reaksi: 1,5 - 7 jam

NaHSO3

NaHSO3 sisa

Sentrifugasi 1500 rpm, 15 menit)

Proses pemurnian MES suhu 550C, waktu 1,5 jam

Metanol 35%

NaOH 20%

Netralisasi pH sampai netral suhu 550C, 30 menit, 400 rpm

Metil ester sulfonat

Gambar 1 Diagram alir proses produksi MES dari metil ester CPO menggunakan NaHSO3 (modifikasi Sheats dan Mac Arthur, 2002).

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Metil ester CPO dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan MES. Keuntungan menggunakan bahan baku metil ester CPO adalah memiliki harga yang relatif lebih murahISBN : 978-979-1165-74-7 III-499


dibandingkan dengan metil ester dari PKO. Berdasarkan hasil studi pustaka maka dilakukan penelitian dengan memvariasikan ketiga variabel yang menghasilkan titik optimum. Variabel tersebut adalah rasio mol reaktan (1:1,079-1:1,92), lama reaksi (3-6 jam) dan suhu reaksi sulfonasi (80-120oC), Hasil pada rancangan faktorial dan titik pusat menunjukkan respon nilai IFT yang dihasilkan oleh proses sulfonasi metil ester CPO berkisar 0,32 0,59 dyne/cm. Nilai IFT diperoleh dari pengukuran IFT (tegangan antar muka) antara air dan minyak bumi yang

ditambah dengan Metil Ester Sulfonat. Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa nilai IFT dengan menggunakan MES berbasis CPO hasil sulfonasi dipengaruhi oleh rasio mol reaktan, lama reaksi dan suhu reaksi. Ketiga faktor tersebut sangat berpengaruh positif terhadap nilai Hal ini

IFT dimana peningkatan ketiga faktor tersebut akan meningkatkan nilai IFT.

diperkirakan bahwa semakin tinggi rasio mol, lama reaksi dan suhu reaksi akan mengakibatkan semakin banyak reaktan Na-bisulfit yang bereaksi dengan metil ester membentuk hasil dari reaksi sampingan seperti peroksida yang tidak berfungsi sebagai penurun tegangan antar muka (Pore, 1993). Pembentukan model nilai IFT dilakukan dengan menggunakan data nilai IFT pada rancangan faktorial, titik pusat dan titik bintang. Model kuadratik nilai IFT akibat pengaruh rasio mol, lama reaksi dan suhu reaksi telah memenuhi uji kesahihan model. Hasil analisis permukaan respon terhadap faktor yang dicobakan (rasio mol, suhu dan lama reaksi sulfonasi) terhadap respon nilai IFT (percobaan titik fraksional dan titik pusat) memberikan model sebagai berikut: Y = 0,47355 + 0,06234 X1 + 0,01642 X2 0,012095 X3 + 0,007205 X1X2 0,00648 X1X3 0,019525 X2X3. Dimana Y adalah dugaan perolehan nilai IFT. Meskipun nilai R2 untuk persamaan ordo pertama relatif tinggi (R2 = 0,9706) namun hasil uji lack of fit (ketidak sesuaian model) bersifat nyata ( < 0,05). Hal ini menunjukkan model ordo pertama sulfonasi yang diperoleh tidak tepat digunakan untuk menduga respon perolehan nilai IFT. Untuk itu perlu dilakukan analisis selanjutnya untuk pendugaan orde kedua pada model kuadratik. Analisis permukaan respon tahap kedua untuk respon perolehan nilai IFT (Y) pada percobaan dengan model kuadratik pada titik fraksional, titik pusat dan titik bintang diperoleh persamaan model: Y = 0,3341026+ 0,009032X1 + 0,016098X2 - 0,02054X3 + 0,03205X12 + 0.080437X22 + 0,022441X32 0,00648X1X3 - 0,019525X2X3 Hasil uji kesahihan model menunjukkan bahwa model kuadratik nilai IFT MES dari metil ester CPO mempunyai nilai koefisien determinan (R2) sebesar 97%. Hal ini menunjukkanISBN : 978-979-1165-74-7 III-500


bahwa 97% dari keragaman pada parameter optimasi yang dapat dijelaskan oleh model. Hasil uji lack of fit (uji ketidaksesuaian data) pada model ordo kedua ini bersifat tidak nyata ( = 0,125) yang berarti model dapat diterima. Berdasarkan kesesuaian ini maka model ordo kedua dianggap lebih sesuai untuk menduga perolehan nilai IFT pada proses pembuatan MES dari metil ester CPO. Hasil uji asumsi residual menunjukkan bahwa plot residual menyebar acak disekitar nol. Pemeriksaan asumsi kenormalan juga menunjukan plot residual mendekati garis lurus sehingga dapat disimpulkan bahwa residual telah terdistribusi normal dan memenuhi asumsi identik (Gambar 2). Model persamaan yang telah memenuhi uji kesahihan model dapat digunakan untuk menduga kondisi optimum pada nilai IFT proses pembuatan MES dari metil ester CPO. Analisis yang digunakan untuk menentukan titik maksimum adalah penentuan titik stasioner yang terjadi pada rasio mol (X1) 1:1,53, lama reaksi (X2) 4,5 jam dan suhu reaksi (X3) 106,4oC, sedangkan nilai taksiran respon pada titik stasioner diperoleh Y = 0,34 dyne/cm.Normal Prob. Plot; Raw Residuals 3 factors, 1 Blocks, 20 Runs; MS Residual=,0092126 DV: Var4 3,0 2,5 2,0 1,5 Expected Normal Value 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 Residual 0,10 0,15 0,20 ,01 ,75 ,55 ,35 ,15 ,05 ,95 ,99

0,25

Gambar 2

Plot peluang normal residual model kuadratik nilai IFT pada MES C16 dari CPO.

Hasil analisis kanonik menunjukkan perolehan nilai IFT optimum (minimal) adalah 0,34 dyne/cm, terjadi pada rasio mol 1:1,53, lama waktu reaksi 4,5 jam, dan suhu reaksi 106,4oC. Hasil uji pada kondisi proses optimum dilakukan validasi di laboratorium diperoleh nilai IFT sebesar 0,35 dyne/cm. Plot permukaan respon perolehan nilai IFT pada Gambar 3 dan 4.

ISBN : 978-979-1165-74-7

III-501


1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

Gambar 3

Permukaan respon nilai IFT sebagai fungsi dari lama reaksi dan suhu reaksi sulfonasi pada MES dari metil ester C16 ., , , y , , y , yy

140

130

120

Suhu Reaksi (oC)

110

100

90

80

IFT (dyne/cm)1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

70

60 1 2 3 4 5 6 7 8

Lama Reaksi (jam)

Gambar 4 Kontur respon nilai IFT sebagai fungsi dari lama reaksi dan suhu sulfonasi

ISBN : 978-979-1165-74-7

III-502


Hasil penelitian pengaruh suhu reaksi dan lama reaksi menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu dan lama reaksi akan meningkatkan nilai IFT. Peningkatan suhu sulfonasi lebih dari 130oC dan lama reaksi lebih dari 5 jam menyebabkan peningkatkan nilai IFT karena adanya reaksi sampingan berupa garam disodim karboksi sulfonat (disalt), olefin dan asam metil sulfat yang bukan merupakan senyawa aktif penurun tegangan antar muka (IFT) (Sheats dan Mac Arthur, 2002). Kondisi proses optimum yang menghasilkan nilai IFT terkecil terjadi pada rasio mol 1:1,53, lama reaksi 4,5 jam dan suhu reaksi 106,4oC, hal ini didukung oleh data yang menunjukkan bahwa pada kondisi proses tersebut menghasilkan nilai absorbansi sulfonat

tertinggi yaitu 0,76. Nilai tersebut lebih rendah dibandingkan nilai absorbansi sulfonat pada MES dari metil ester berbasis PKO. Hal tersebut menyebabkan IFT pada MES berbasis CPO lebih tinggi dibandingkan nilai IFT pada MES berbasis PKO, selain itu kelarutan MES berbasis CPO lebih rendah dibandingkan dengan MES berbasis PKO sehingga menyebabkan nilai IFT menjadi besar. Hal ini didukung oleh Sherrry et al., (1995) yang melakukan sulfonasi

menggunakan reaktan gas SO3 dengan bahan baku palm stearin (C16-18) dengan perbandingan C16 65% dan C18 33% yang menghasilkan kelarutan dalam air yang kecil.

4. KESIMPULAN Hasil optimasi proses pembuatan MES berbahan baku metil ester dari CPO menunjukkan bahwa kondisi kombinasi perlakuan optimum dengan menggunakan hasil analisis metode respon permukaan terjadi pada rasio mol 1:1,5, lama reaksi 4,5 jam dan suhu reaksi 108,9oC yang menghasilkan nilai IFT 0,35 dyne/cm, tegangan permukaan 33,1 dyne/cm, stabilitas emulsi 79,5%, bilangan asam 13,32 mg KOH/g sampel, bilangan iod 41,12 g Iod/100 g sampel, bilangan peroksida 7,6 mmol/1000 gram, absorbansi sulfonat 0,76.

DAFTAR PUSTAKA [AOAC] Official Method of Analysis of the Association of Official Analytical Chemist. 1995. Washington: AOAC. [ASTM] American Society for Testing and Material. 2001. Annual Book of ASTM Standards: Soap and Other Detergents, Polishes, Leather, Resilient Floor Covering. Baltimore: ASTM. Bernardini, E. 1983. Vegetable Oils and Fats Processing. Volume II. Rome: Interstampa.

ISBN : 978-979-1165-74-7

III-503


Box, G.E.P., W.G Hunter, dan J.S Hunter. 1978. Statistic for Experiment : An Introduction to Design, Data Analysis, and Model Building. New York: John Willey & Sons. [BPS] Badan Pusat Statistik. 2003. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia. Badan Pusat Statistik, [terhubung berkala]. http:// www.bps.go.id/sector/agri/kebun/htm. [20Juni 2004]. [Depperin] Departemen Perindustrian dan Perdagangan. 2003. Data Perusahaan di Industri Sabun dan Deterjen. Jakarta: Pusat Data dan Informasi. Didu, M.S. 2003. Kinerja Agroindustri Indonesia. Majalah Agrimedia, Volume 8, No 2. [Dirjenbun] Direktorat Jenderal Perkebunan. 2003. Statistik Perkebunan Indonesia 1999-2003; Kelapa Sawit. Jakarta: Ditjen Perkebunan, Departemen Kehutanan dan Perkebunan. Gardener, J.E dan M.E Hayes. 1983. Spining Drop Interfacial Tensiometer Instruction Manual. Texas: Departement of Chemistry, University of Texas. MacArthur, B.W, B Brooks, W.B Sheats dan N.C Foster. 1998. Meeting the Chalenge of Methylester Sulfonation. [terhubung berkala]. http://www.chemithon.com [20 Agustus 2002]. Pore, J. 1993. Oil and Fat Manual. New York: Intercept Ltd. Sheats, W.B dan B.W Mac Arthur. 2002. Methyl Ester Sulfonate Products. [terhubung berkala]. http://www.chemithon.com [26 Februari 2003]. Sherry, A.E., B.E. Chapman, M.T. Creedon, J.M. Jordan, dan R.L. Moese. 1995. Nonbleach Process for the Purification of Palm C16-18 Methyl Ester Sulfonates. J. Am Oil Chem Soc. 72 (7) : 835-841. Swern, D. 1979. Baileys Industrial Oiland Fat Product.Vol. 1 4 th.Ed.John Willey and Sons, New York. Watkins, C. 1999. Laundry Detergent Tablets. INFORM 10 (11) : 1008-1013. [terhubung berkala]. http://www.chemithon.com [26 Februari 2003]. Watkins, C. 2001. All Eyes are on Texas. INFORM 12 : 1152-1159. [terhubung berkala]. http://www.chemithon.com [26 Februari 2003].

ISBN : 978-979-1165-74-7

III-504

metil ester sulfonat jurnal

Documents