PENGARUH PENAMBAHAN H
2O
2SEBAGAI BAHAN
PEMUCAT PADA PROSES PEMURNIAN SURFAKTAN MESA
DARI JARAK PAGAR TERHADAP SIFAT FISIKO KIMIA
SURFAKTAN YANG DIHASILKAN
SKRIPSI
BERNADETHA RODEKA PINEM
F34061157
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENGARUH PENAMBAHAN H
2O
2SEBAGAI BAHAN
PEMUCAT PADA PROSES PEMURNIAN SURFAKTAN MESA
DARI JARAK PAGAR TERHADAP SIFAT FISIKO KIMIA
SURFAKTAN YANG DIHASILKAN
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh:
BERNADETHA RODEKA PINEM
F34061157
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Pengaruh Penambahan H
2O
2sebagai Bahan Pemucat pada Proses
Pemurnian Surfaktan MESA (Methyl Ester Sulfonates Acid) dari
Jarak Pagar terhadap Sifat Fisiko Kimia Surfaktan yang Dihasilkan.
Nama
: Bernadetha Rodeka Pinem
NIM
: F34061157
Menyetujui,
Dosen Pembimbing,
(Prof. Dr. Ir. Erliza Hambali)
NIP 19620821 198703 2 003
Mengetahui:
Ketua Departemen,
(Prof. Dr. Nastiti Siswi Indrasti)
NIP 19621009 198903 2 001
BERNADETHA RODEKA PINEM. F34061157. Pengaruh Penambahan H2O2 sebagai Bahan Pemucat pada Proses Pemurnian Surfaktan MESA dari Jarak Pagar terhadap Sifat Fisiko Kimia Surfaktan yang Dihasilkan. Di bawah bimbingan Erliza Hambali. 2010.
RINGKASAN
Surfaktan merupakan suatu senyawa aktif yang mempunyai kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antar muka. Salah satu surfaktan yang prospektif untuk dikembangkan adalah surfaktan MES, yang pemanfaatan terbesarnya adalah sebagai cleaning agent atau pembersih. Hal ini memungkinkan dilakukan mengingat kandungan asam lemak C18 pada minyak jarak pagar mempunyai sifat deterjensi yang sesuai untuk diaplikasikan sebagai bahan pembersih. Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan surfaktan anionik berbasis minyak nabati yang sedang banyak dikembangkan karena kemampuannya yang bersaing dengan Linier Alkilbenzen Sulfonat (LAS). LAS merupakan surfaktan anionik berbasis minyak bumi yang paling banyak diproduksi saat ini. Produksi MES dapat dipenuhi dengan menggunakan jarak pagar sebagai bahan bakunya karena kadar minyak yang tinggi dan komposisi asam lemak dominannya adalah C18.
Sintesis metil ester sulfonat dapat dilakukan melalui proses kimiawi metil ester sebagai bahan baku dengan reaktan gas SO3. Persiapan sampel pada penelitian ini dilakukan dengan mereaksikan metil ester dengan gas SO3 pada suhu reaksi 100oC dengan sampling sampel pada periode ke-3 jam. Proses sulfonasi pada penelitian ini menggunakan single tube falling film reactor dengan panjang enam meter. Laju alir metil ester yang masuk ke dalam reaktor adalah 100 ml/menit. Untuk menyempurnakan proses sulfonasi, dilanjutkan dengan proses aging pada suhu 80 oC dengan lama reaksi 45 menit. Akibat proses oksidasi, surfaktan MES yang dihasilkan berwarna gelap dan hal ini merupakan masalah dalam aplikasinya sebagai cleaning agent atau pembersih sehingga harus dilakukan proses pemurnian dengan penambahan hidrogen peroksida sebagai bahan pemucat dengan pertimbangan sifat oksidator kuat H2O2 tersebut dan sifatnya yang ramah lingkungan. Proses pemurnian yang dilakukan meliputi proses pemucatan (bleaching) dan netralisasi serta akan dilakukan perbandingan terhadap berbagai kondisi pemurnian berdasarkan perbedaan konsentrasi hidrogen peroksida (H2O2) karena dengan adanya penambahan H2O2 pada konsentrasi tertentu dapat mempengaruhi sifat fisiko kimia produk yang dihasilkan. Dengan demikian dapat diperoleh kondisi pemurnian yang terbaik atau sesuai dengan yang diharapkan.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan H2O2 sebagai bahan pemucat pada proses pemurnian surfaktan MESA jarak pagar (Jatropha oil) terhadap sifat fisiko kimia surfaktan MES yang dihasilkan. Penelitian dimulai dengan proses pengepresan biji jarak sampai kepada proses pemurnian dan analisis sifat fisiko kimia surfaktan yang dihasilkan. Penelitian ini menggunakan rancangan acak lengkap dengan faktor tunggal dengan dua kali pengulangan. Perlakuan yang digunakan adalah pemurnian (bleaching) surfaktan dengan menggunakan H2O2 dengan konsentrasi 2, 4 dan 6%, diikuti dengan proses netralisasi sehingga dihasilkan surfaktan netral. Dari hasil analisa sifat fisiko kimia MESA, MESA yang dinetralisasi, MESA yang di bleaching dan MESA yang di bleaching-netralisasi, diperoleh nilai bahan aktif antara 18,94 % sampai 23,47 %, bilangan iod antara 29,75 sampai 32,82 mg Iod/g MES, tingkat warna absorbansi antara 0,27 sampai 0,52 % dan pH antara 1,11 sampai 7,15.
BERNADETHA RODEKA PINEM. F34061157. The Effect of H2O2 Addition as a Bleaching Agent in the Purification Process of Methyl Ester Sulfonates Acid from Jatropha curcas L Applicable to the Physic and Chemical Characteristic of the Produced Surfactant. Under supervised by Erliza Hambali. 2010.
ABSTRACT
Surfactant is a surface active agent that capable to reduce surface and inter- facial tension. One of them that can be developed prospectively is a MES surfactant that can be applied largely as a cleaning agent. This condition based on the oil contain C18 of MES by the jatropha curcas has a detergency nature that can be used as a cleaning agent. Methyl Ester Sulfonates (MES) is the anionic surfactant made from vegetable oil that is now being developed. MES has the similar, or even better than Linear Alkylbenzene Sulfonates that is now the most produced anionic surfactant synthesized from petroleum. Jatropha curcas is potential to be developed as MES feedstock because of oil contain and the C18 as a dominant of fatty acid composition.
Methyl Ester Sulfonates synthesis can be done by a chemical process of metyl ester as a raw material with SO3 reactant. In this research, preparation of the sample carried out by the reaction of the methyl ester with SO3 at a certain temperature condition with level 100oC and sampling sample in the 3rd period (after 3 hours). The sulfonation process in this research using single tube falling film reactor. Methyl ester input flow rate into the reactor is 100 ml/minute. For the perfect sulfonation, process will be continued by aging process with 80 oC temperature condition and 45 minutes duration. MESA produced in black color which is the main problem in its aplication as a cleaning agent so that the purification process such as bleaching and neutralization process required. The reason of usage the hydrogen peroxide as a bleaching agent because of its nature as a stronger oxidizer and versatile oxidant which is both safe and effective. Afterwards, the proportion of H2O2 consentration to get the best purification process will be undertaken, because of H2O2 addition in the certain concentration will be given the effect to the physic and chemical characteristic of product, so that the best purification condition can be achieved.
This research purpose to learn the effect of the H2O2 addition as a bleaching agent in MESA purificaton process of Methyl Ester Sulfonates Acid from Jatropha curcas L applicable to the physic and chemical characteristic of the produced surfactant. Research was begun with the Jatropha seeds pressing until the purification and analysis process. This research using single factorial completely randomized design with two replications. The treatments used are bleaching with 2, 4 dan 6% variation of H2O2 consentration followed by neutralization process so that the neutral surfactant can be produced. From the physic and chemical analysis process of MESA, the neutralized MESA, bleached MESA and bleached-neutralized MESA has an active matter value from 18,94 to 23,47 percent, iodine value from 29,75 to 32,82 mg Iod/g MES, absorbency color percent from 0,27 to 0,52 percent, and pH from 1,11 to 7,15.
Performance test shows that the bleaching and the bleaching-neutralization process in 2, 4 and 6% variation of H2O2 consentration have no significant effect in the iodine value, acid number, pH, color and active matter of MESA. The best condition of MES purification process reached at the bleaching process followed by neutralization. The bleaching process with 2% H2O2 addition can fetched the physic and chemical characteristic as the same as with 4 and 6% H2O2 addition. This condition was considered more economically because of the cost more cheaper than the other process with more H2O2 addition. The physic and chemical analysis result of MESA from this condition are iodine value reached about 31,02 mg I2/g MES, active matter about 23,47 percent, the color about 0,52 Absorbency percent and pH reached about 7,15.
BIODATA PENULIS
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Pengaruh Penambahan H2O2 sebagai Bahan Pemucat pada Proses Pemurnian Surfaktan MESA dari Jarak Pagar terhadap Sifat Fisiko Kimia Surfaktan yang Dihasilkan adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor, 24 November 2010 Yang membuat pernyataan
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan YME atas segala karunia-Nya, sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. Skripsi ini ditulis berdasarkan penelitian penulis yang dilakukan di Surfactant and Bioenergy Research Center (SBRC LPPM-IPB) dan Laboratorium Surfaktan SBRC di PT. MAHKOTA INDONESIA, mulai bulan Maret sampai Agustus 2010.
Selama pelaksanaan dan penulisan skripsi ini penulis banyak sekali mendapatkan bantuan baik secara moril maupun materiil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang setulus- tulusnya kepada:
1. Prof. Dr. Erliza Hambali selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam segala hal.
2. Bpk Taufik Djatna dan Ibu Endang selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi saya
3. Kedua Orang Tua, Kakak dan Adik tercinta atas segala dukungan doa, motivasi, dan kasih sayang yang telah diberikan.
4. Staff dan laboran Surfactant and Bioenergy Research Center (SBRC-LPPM IPB) yang secara langsung dan tidak langsung telah memberikan kontribusi dalam penelitian dan penyusunan skripsi ini.
5. Staff dan pegawai di PT. MAHKOTA INDONESIA yang turut membantu dalam penelitian ini.
6. Mba Renni, Mba Yenni, Mba Ira, Mba Susi, Mas Encep, Ka Anas, Ka Andrew, dan lainnya yang juga penelitian di SBRC LPPM-IPB yang turut memberi semangat dan berbagi ilmu kepada saya dalam penelitian ini.
7. Teman-teman satu team saya: Dini, Arya, Nunu dan teman dari team lain: Jaelani, Neli M., Lely dan seluruh teman TIN ’43 yang telah memberi semangat selama penelitian ini, serta semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini belum tercipta suatu karya yang sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan masukan dan kritikan yang membangun. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Bogor, 24 November 2010
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR LAMPIRAN ... viii
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. LATAR BELAKANG ... 1
1.2. TUJUAN PENELITIAN ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1. JARAK PAGAR (JATROPHA CURCAS L.) ... 2
2.2. MINYAK JARAK PAGAR ... 4
2.3. METIL ESTER (BIODIESEL) ... 6
2.4. SURFAKTAN ... 9
2.5. METIL ESTER SULFONAT (MES) ... 11
2.6. PROSES PEMURNIAN (BLEACHING-NETRALISASI SURFAKTAN MESA) ... 13
2.7. BAHAN PEMUCAT (BLEACHING AGENTS) ... 14
2.8. HIDROGEN PEROKSIDA (H2O2) ... 16
III. METODOLOGI ... 18
3.1. ALAT DAN BAHAN ... 18
3.2. METODE PENELITIAN ... 19
3.2.1.TAHAP PERSIAPAN BAHAN DAN SAMPEL... ... 19
a. ANALISIS SIFAT FISIKO KIMIA (PROKSIMAT) BIJI JARAK PAGAR DAN PROSES PENGEPRESAN ... 19
b. ANALISIS MINYAK JARAK PAGAR ... 19
c. PEMBUATAN DAN ANALISIS METIL ESTER ... 19
d. PROSES PEMBUATAN DAN ANALISIS METHYL ESTER SULFONATES ACID (MESA) ... 20
3.2.2. PROSES PEMURNIAN SURFAKTAN MESA DAN ANALISIS SIFAT FISIKO KIMIA MES HASIL PEMURNIAN. ... 20
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 24
4.1. ANALISIS SIFAT FISIKO KIMIA (PROKSIMAT) BIJI JARAK PAGAR DAN PROSES PENGEPRESAN ... 24
4.2. ANALISIS MINYAK JARAK PAGAR ... 25
4.3. PROSES PEMBUATAN DAN ANALISIS METIL ESTER ... 26
4.4. ANALISIS SURFAKTAN MES ... 27
4.5. ANALISIS SIFAT FISIKO KIMIA METHYL ESTER SULFONATE (MES HASIL PROSES PEMURNIAN) ... 29
4.5.1. DERAJAT KEASAMAN (PH) ... 29
4.5.2. TINGKAT WARNA (% ABSORBANSI) ... 30
4.5.3. BILANGAN IOD ... 31
4.5.4. KADAR BAHAN AKTIF (ACTIVE MATTER) ... 32
5.1. KESIMPULAN ... 35
5.2. SARAN ... 35
DAFTAR PUSTAKA ... 36
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Komponen Penyusun Biji Jarak Pagar ………. 4
Tabel 2. Spesifikasi Mutu Minyak Jarak Pagar ... 5
Tabel 3. Komposisi Asam Lemak pada Minyak Jarak Pagar ... 6
Tabel 4. Standar Mutu Biodiesel (SNI 04-7182-2006) ... 9
Tabel 5. Nilai Potensial Oksidasi Bahan Pemucat ………. 15
Tabel 6. Hasil Analisis Proksimat Biji Jarak Pagar ... 24
Tabel 7. Hasil Analisis Minyak Jarak Pagar…... 25
Tabel 8. Hasil Analisis Metil Ester Jarak Pagar ... 26
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Buah jarak pagar (Jatropha curcas L) dan biji jarak pagar... 3
Gambar 2. Diagram alir proses pengepresan biji jarak menggunakan metode pengepresan berulir... 5
Gambar 3. Reaksi esterifikasi... 7
Gambar 4. Diagram alir proses pembuatan metil ester ... 7
Gambar 5. Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi alkil ester... 8
Gambar 6. Mekanisme reaksi transesterifikasi trigliserida menggunakan katalis basa……. 8
Gambar 7. Gambar molekul surfaktan dan gambaran mikroskopik surfaktan……….. 10
Gambar 8. Kemungkinan terikatnya pereaksi kimia dalam proses sulfonasi………. 11
Gambar 9. Mekanisme reaksi pembentukan MESA ... 12
Gambar 10. Reaksi sulfonasi pembuatan MES ... 13 Gambar 11. Reaksi kimia pembentukan disalt ……… 13
Gambar 12. Molekul hidrogen peroksida ………...……….. 16
Gambar 13. Reaksi pembentukan hidrogen peroksida ... 17
Gambar 14. Reaksi pemucatan oleh hidrogen peroksida ... 17
Gambar 15. Single tube falling film sulfonation reactor... 18
Gambar 16. Reaktor metil ester pilot plant SBRC dengan kapasitas 100 L ... 20
Gambar 17. Diagram alir proses pemurnian yang dilakukan………….……….… 22 Gambar 18. Diagram alir pelaksanaan Gambar 19. Proses pengepresan biji jarak dengan alat pengepress berulir ... 25
Gambar 20. Proses pembuatan metil ester jarak pagar ... 27
Gambar 21. Reaksi sulfonasi yang terjadi pada ikatan rangkap metil ester……….... 28
Gambar 22. Histogram pengaruh proses pemucatan terhadap nilai pH surfaktan MESA... 29
Gambar 23. Pengaruh proses pemurnian terhadap tingkat warna surfaktan MESA... 30
Gambar 24. Metil ester sulfonat sebelum dan sesudah pemucatan ….……….…….. 31
Gambar 25. Reaksi netralisasi MESA... 32
Gambar 26. Pengaruh proses pemurnian terhadap bilangan iod surfaktan MESA ... 32 Gambar 27. Pengaruh proses pemurnian terhadap kadar bahan aktif surfaktan MESA ...
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Prosedur Analisis Proksimat Biji Jarak Pagar...
40 Lampiran 2. Prosedur Analisis Minyak Jarak Pagar...
41 Lampiran 3. Prosedur Analisis Metil Ester (Biodiesel)...
44 Lampiran 4. Prosedur Analisis Karakteristik MESA dan MES ...
47 Lampiran 5. Data Hasil Analisa MESA dan MES Hasil Pemurnian ...
50 Lampiran 6. Data Hasil Analisa Kadar Nilai pH ...
51 Lampiran 7. Data Hasil Analisa Tingkat Warna ...
52 Lampiran 8. Data Hasil Analisa Nilai Bilangan Iod ... 53
I.
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Pengembangan biofuel dari jarak pagar sebagai salah satu sumber energi alternatif membuka peluang bagi pengembangan produk turunan oleokimia yang bernilai tinggi, yaitu surfaktan. Peningkatan potensi biodiesel dari jarak pagar menjadi surfaktan berarti akan meningkatkan nilai tambah jarak pagar. Salah satu surfaktan yang prospektif untuk dikembangkan adalah surfaktan MES, yang pemanfaatan terbesarnya adalah sebagai cleaning agent atau pembersih. Hal ini memungkinkan dilakukan mengingat kandungan asam lemak C18 pada minyak jarak pagar mempunyai sifat deterjensi yang sesuai untuk diaplikasikan sebagai bahan pembersih. Proses produksi surfaktan MES dilakukan dengan menggunakan agen pensulfonasi gas SO3. Kelebihan surfaktan MES dibandingkan surfaktan berbasis petrokimia adalah sebagai berikut: bersifat terbarukan, mudah didegradasi (good biodegradability), karakteristik dispersi yang baik, sifat detergensi yang baik terutama pada air dengan tingkat kesadahan yang tinggi (hard water) dan tidak adanya fosfat, 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, dan kandungan garam (disalt) lebih rendah.
Untuk mencapai tujuan kegiatan penelitian, dilakukan proses esterifikasi dan transesterifikasi untuk mendapatkan metil ester dari jarak pagar, proses pemurnian metil ester jarak pagar yang dihasilkan, proses sulfonasi metil ester yang dihasilkan dengan gas SO3, serta perbaikan proses pemurnian surfaktan MES yang dihasilkan, meliputi perbaikan proses bleaching dan netralisasi dengan penambahan H2O2 sebagai bahan pemucat sehingga dapat diketahui pengaruh penambahan H2O2 tersebut terhadap surfaktan yang dihasilkan melalui analisis sifat fisiko kimia surfaktan yang dihasilkan.
1.2. TUJUAN PENELITIAN
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Jarak Pagar (Jatropha curcas L.)
Jarak pagar (Jatropha curcas L) telah lama dikenal masyarakat luas di Indonesia sejak dikenalkan oleh bangsa Jepang pada tahun 1942. Tanaman ini merupakan tanaman tahunan yang mempunyai potensi menghasilkan minyak nabati (minyak jarak/curcas oil) sebagai bahan baku energi baru terbarukan termasuk sebagai biodiesel. Tanaman ini dapat tumbuh dan berkembang di lahan marginal/kering sehingga dapat dikembangkan di wilayah Indonesia Timur. Selain sebagai upaya konservasi lahan, meningkatkan pendapatan masyarakat penanaman jarak pagar ini juga sebagai salah satu alternatif sumber bahan baku enegi terbarukan (Hambali, 2009).
Jarak pagar memiliki buah yang terdiri dari daging buah, cangkang biji dan inti biji. Buah berupa buah kotak berbentuk bulat, diameter 2 – 4 cm, berwarna hijau ketika masih muda dan kuning jika masak. Buah jarak terbagi 3 ruang yang masing-masing ruang diisi 3 biji. Biji berbentuk bulat lonjong, warna coklat kehitaman. Inti biji merupakan sumber bagian yang menghasilkan minyak dengan proses awal ekstraksi. Kandungan minyak yang terdapat dalam biji baik cangkang maupun buah berkisar 25-35% berat kering biji. Jarak pagar mampu menghasilkan 7,5-10 ton/ha/tahun tergantung dari kualitas benih, agroklimat, tingkat kesuburan tanah dan pemeliharaan (Hambali et al., 2007). Sebagai perhitungan kasar produksi crude jatropha oil (CJO), dari 1 ton biji kering maka dapat diperoleh minyak hasil ekstraksi sebesar 250-270 kg minyak jarak. Minyak jarak pagar berwujud cairan bening berwarna kuning dan tidak menjadi keruh sekalipun disimpan dalam jangka waktu lama. Penampakan dari buah dan biji jarak pagar dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Buah Jarak Pagar (Jatropha curcas L.) dan Biji Jarak pagar (www.Chem-Is-Try.Org)
Tabel 1. Komponen Penyusun Biji Jarak Pagar Komposisi (%) Nilai Minyak (% b/b) 34.38 a 56.8− 58.4 b Protein (% b/b) 17.08 a 22.2 – 27.2 b 29.40±1.04 c Serat (% b/b) 22.96 a 2.57±0.35 c Abu (% b/b) 3.17 a 3.6 – 4.3 b Air (% b/b) 5.77 a 3.1 – 5.8 b 5.00 ±0.01 c Karbohidrat (% b/b) 16.89±0.91 c
Sumber : Winkler et al. (1997) a , Gubitz et al. (1999) b, Peace dan Aladesanmi (2008) c
2.2. Minyak Jarak Pagar
Proses ekstraksi jarak pagar menjadi minyak dilakukan secara mekanik menggunakan mesin press, baik sederhana dengan skala kecil maupun skala produksi industri. Jenis alat press dibedakan menjadi dua macam yaitu press hidrolik (hydraulic pressing) dan press ulir (expeller pressing) yang memiliki kelemahan dan keunggulan masing masing, biasanya disesuaikan dengan tingkat produksi minyak. Setelah biji jarak dikeringkan dan disortir berdasarkan kualitas, biji jarak pagar dimasukkan ke dalam mesin press mekanik. Hasil pengepresan diperoleh minyak mentah atau crude jatropha oil (CJO) dan bungkil berupa sisa ampas. Untuk memurnikan CJO selanjutnya dilakukan penyaringan dan diperoleh limbah berupa sludge. Beberapa industri pengolahan mengikutkan cangkang inti biji untuk proses, sehingga tidak diperlukan proses pengelupasan cangkang dari inti buah (Hambali et al., 2007).
screw press) dihasilkan rendemen minyak sekitar 27 - 30 persen. Pada Gambar 2 disajikan diagram alir proses pengepresan biji jarak menggunakan metode pengepresan berulir (Hambali et al., 2009).
Gambar 2. Diagram alir proses pengepresan biji jarak menggunakan metode pengepresan berulir (Hambali et al., 2009)
Alat ekstraksi minyak jarak yang dikembangkan oleh Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi (SBRC)-LPPM IPB adalah alat press tipe ulir (screw press). Bahan yang masuk ke dalam alat akan terdorong ke depan, kemudian bahan akan mendapat tekanan yang semakin membesar sampai berada di ujung alat. Tekanan ini menyebabkan keluarnya minyak dari bahan. Minyak jarak masih mengandung kotoran yang terbawa selama pengepresan sehingga perlu dilakukan penyaringan. Pada Tabel 2 disajikan spesifikasi mutu minyak jarak pagar berdasarkan beberapa literatur.
Tabel 2. Spesifikasi Mutu Minyak Jarak Pagar
No Parameter Satuan Nilai mutu
1 Kadar air % (b/b) 0.25 b
2 Bobot jenis/densitas g/cm3 0,9177a
3 Bilangan iod Mg iod/g sampel 82-90 b
4 Bilangan penyabunan Mg KOH/g lemak 177-187 b
5 FFA % 2 b
Sumber : a Hambali et al (2007), b Peace dan Aladesanmi (2008)
Menurut Hambali, et al. (2007), minyak jarak pagar mengandung 21% asam lemak jenuh dan 79% asam lemak tak jenuh. Adapun komposisi asam lemak pada minyak jarak pagar dapat dilihat pada Tabel 3.
Biji jarak kering
Pengepresan berulir (sistem kontinyu)
Minyak jarak
Tabel 3. Komposisi Asam Lemak pada Minyak Jarak Pagar
Kandungan asam lemak Presentase (%)
Asam miristat (C14H28O2) (C:14:0) 0 – 0.1 Asam palmitat (C16H32O2) (C:16:0) 14.1 – 15.3 Asam stearat (C18H36O2) (C:18:0) 3.7 – 9.8 Asam arachidat (C20H40O2) (C:20:0) 0 – 0.3 Asam behenat (C22H44O2) (C:22:0) 0 – 0.2 Asam palmitoleat (C16H30O2) (C:16:1) 0 – 1.3 Asam oleat (C18H34O2) (C:18:1) 34.3 – 45.8 Asam linoleat (C18H32O2) (C:18:2) 29.0 – 44.2 Asam linolenat (C18H30O2) (C:18:3) 0 – 0.3
Sumber : Gubitz et al. (1999)
Asam lemak dominan pada minyak jarak pagar adalah asam oleat, asam linoleat, dan asam palmitat. Asam oleat dan asam linoleat merupakan asam lemak tak jenuh, sedangkan asam palmitat merupakan asam lemak jenuh. Asam oleat merupakan asam lemak yang terdapat di sebagian besar minyak atau lemak dengan rata-rata komposisinya 50% dari total asam lemak. Menurut Sheats dan MacArthur (2002), semakin tinggi jumlah asam lemak tak jenuh dalam suatu minyak, maka akan menyebabkan minyak tersebut semakin mudah teroksidasi.
Keuntungan minyak jarak pagar apabila dibuat menjadi metil ester (biodiesel) antara lain adalah minyak jarak pagar tidak termasuk kategori minyak makan (edible oil) sehingga pemanfaatannya tidak mengganggu penyediaan kebutuhan minyak makan. Minyak jarak pagar tidak dapat dikonsumsi manusia karena mengandung racun yang disebabkan adanya senyawa forbol ester dan cursin (Hambali et al., 2007).
2.3.Metil Ester (Biodiesel)
Metil ester atau biodiesel merupakan salah satu jenis bahan bakar yang bersifat terbarukan karena bersumberkan dari sumber daya hayati, seperti minyak nabati. Minyak nabati memiliki potensi sebagai sumber bahan bakar yang terbarukan, sekaligus sebagai alternatif bahan bakar minyak yang berbasis petroleum atau minyak bumi (Hambali et al., 2007).
Biodiesel sebagai bahan bakar alternatif memiliki beberapa kelebihan dibanding bahan bakar diesel petroleum (Haryanto, 2007). Kelebihan tersebut antara lain (1) merupakan bahan bakar yang tidak beracun dan dapat dibiodegradasi, (2) mempunyai bilangan setana yang tinggi, (3) mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon dan NOx dan (4) terdapat dalam fase cair. Hambali et al. (2007) menambahkan bahwa penggunaan biodiesel memiiki keuntungan antara lain emisi biodiesel bebas sulfur, meningkatkan pendapatan petani, mengurangi beban impor akan bahan bakar, serta karakteristik biodiesel tidak berbeda jauh dengan solar.
Gambar 4. Diagram alir proses pembuatan metil ester
(Hambali et al., 2007)
untuk menurunkan viskositas minyak jarak dan meningkatkan daya pembakaran sehingga dapat digunakan sesuai standar minyak diesel untuk kendaraan bermotor (Joelianingsih et al., 2006).
Sumber alkohol yang digunakan dapat bermacam-macam. Apabila direaksikan dengan metanol, maka akan didapat metil ester, apabila direaksikan dengan etanol akan didapat etil ester. Metanol lebih banyak digunakan sebagai sumber alkohol karena rantainya lebih pendek, lebih mudah direkoveri, lebih polar, dan harganya lebih murah dari alkohol lainnya (Hambali et al., 2007). Metil ester dapat terbentuk dari reaksi antara trigliserida dan metanol maupun asam lemak bebas dan metanol. Gambaran reaksi esterifikasi FFA menjadi metil ester dan diagram alir proses pembuatan metil ester dengan dua tahap dapat dilhat pada Gambar 3 dan 4.
Gambar 3. Reaksi esterifikasi (Hambali et al., 2007)
Proses esterifikasi kemudian dilanjutkan dengan proses transesterifikasi untuk menyempurnakan konversi trigliserida menjadi alkil ester. Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi alkil ester disajikan pada Gambar 5.
O + + ‐OCH 3 + ‐OR2 + ‐OR2 CH3OH R 2‐OH ‐OCH 3 (1) (2) (3) R1 C OR2 _ ‐O _ OCH3 R1 C OR2 = R1 C OCH3 =O R1 C OR2 _ ‐O _ OCH3 Katalis basa Katalis basa Katalis basa
Gambar 5. Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi alkil ester (Hargreaves, 2003)
Transesterifikasi trigliserida diawali dengan protonisasi satu gugus karbonil pada molekul trigliserida menghasilkan senyawa intermediet II berupa senyawa karboksi. Bentuk karboksi kemudian akan bereaksi dengan alkohol membentuk senyawa intermediet III berupa molekul tetrahedral. Senyawa intermediet tetrahedral kemudian akan terpecah menjadi ester yang baru dan digliserida. Langkah ini terjadi berulang pada molekul digliserida dan molekul monogliserida (Jungermann, 1979).
Proses transesterifikasi dilakukan dengan mereaksikan jarak pagar setelah proses esterifikasi dengan 15%-v/v methanol. Reaksi transesterifikasi dipercepat dengan penambahan katalis KOH sebesar 1%-v/v. Reaksi transesterifikasi diawali dengan penyerangan ion alkoksida pada atom karbon gugus karbonil dalam molekul trigliserida menghasilkan senyawa intermediet berbentuk tetrahedral. Pada tahap kedua, senyawa intermediet ini akan terpecah menjadi metil ester dan anion digliserida. Anion digliserida kemudian akan bereaksi dengan metanol membentuk molekul digliserida. Molekul digliserida kemudian akan dikonversi menjadi molekul monogliserida dan gliserol melalui mekanisme yang sama. Mekanisme reaksi transesterifikasi trigliserida dengan katalis basa disajikan pada Gambar 6 (Jungermann, 1979).
Gambar 6. Mekanisme reaksi transesterifikasi trigliserida menggunakan katalis basa (Jungermann, 1979).
Tabel 4. Standar Mutu Biodiesel (SNI 04- 7182-2006)
No. Parameter Satuan Metode Uji Nilai
1. Massa jenis pada 40 oC kg/m3 ASTM D1298 850-890
2. Viskositas kinematik pada 40 oC mm2 /s(cSt) ASTM D445 2,3-6,0
3. Bilangan setana - ASTM D613 Min. 51
4. Titik nyala (mangkok tertutup) oC ASTM D93 Min. 100
5. Titik kabut oC ASTM D2500 Maks. 18
6. Korosi kepingan tembaga (3 jam pada 50 oC)
- ASTM D130 Maks.no 3
7. Residu karbon dalam :
-Contoh asli % massa ASTM D4530 Maks.0,05
-10% ampas distilasi Maks.0,30
8. Air dan sedimen % volume ASTM D1796 Maks.0,05
9. Suhu distilasi 90% oC ASTM D1160 Maks. 360
10. Abu tersulfatkan % massa ASTM D874 Maks.0,02
11. Belerang ppm-m (mg/kg) ASTM D1266 Maks. 100
12. Fosfor ppm-m (mg/kg) ASTM D1091 Maks. 10
13. Bilangan asam mg KOH/g AOCS Cd 3d-63 Maks. 0,8
14. Gliserol total % massa AOCS Ca 14-56 Maks.0.24
15. Kadar ester alkil % massa SNI04-7182-2006* Min. 96,5
16. Bilangan iodium % massa (g I2 /100 g)
AOCS Cd1-25 Maks. 115
Catatan: * diperoleh dari hasil perhitungan antara bilangan penyabunan dan bilangan asam
2.4. Surfaktan
(a) (b)
Gambar 7. Gambar molekul surfaktan (a) dan gambaran mikroskopik surfaktan (b) (Elefani, 2008) Surfaktan memiliki dua gugus dalam molekul yang sama yaitu gugus hidrofobik (grup nonpolar) yang memiliki sifat hidrofobik dalam media air tetapi bersifat hidrofilik dalam media hidrokarbon. Sedangkan gugus hidrofilik (grup polar) bersifat hidrofilik dalam media air tetapi bersifat hidrofobik dalam media hidrokarbon (Hargreaves, 2003).
Surfaktan sebagai senyawa aktif penurun tegangan permukaan (surface active agent) yang digunakan sebagai bahan penggumpal, pembasah, pembusaan, emulsifier dan komponen bahan adhesif telah diaplikasikan secara luas pada berbagai bidang industri. Kehadiran gugus hidrofobik dan hidrofilik yang berada dalam satu molekul menyebabkan surfaktan cenderung berada pada antar muka antara fase yang berbeda derajat polaritas dan ikatan hidrogen seperti minyak dan air. Pembentukan film pada antarmuka ini menurunkan energi antarmuka dan menghasilkan sifat-sifat khas molekul surfaktan (Hargreaves, 2003).
Surfaktan dibagi menjadi empat kelompok penting dan digunakan secara luas pada hampir semua sektor industri modern. Jenis-jenis surfaktan tersebut adalah surfaktan anionik, surfaktan kationik, surfaktan nonionik dan surfaktan amfoterik (Hargreaves, 2003). Sedangkan Swern (1979) membagi surfaktan menjadi empat kelompok sebagai berikut:
1. Surfaktan kationik, merupakan surfaktan yang bagian pangkalnya berupa gugus hidrofilik dengan ion bermuatan positif (kation). Umumnya merupakan garam-garam amonium kuarterner atau amina.
2. Surfaktan anionik, merupakan surfaktan yang gugus hidrofiliknya dengan ion bermuatan negatif (anion). Umumnya berupa garam natrium, akan terionisasi menghasilkan Na+ dan ion surfaktan yang bermuatan negatif.
3. Surfaktan nonionik, merupakan surfaktan yang tidak berdisosiasi dalam air, kelarutannya diperoleh dari sisi polarnya. Surfaktan jenis ini tidak membawa muatan elektron, tetapi mengandung heteroatom yang menyebabkan terjadinya momen dipol.
4. Surfaktan amfoterik, mengandung gugus yang bersifat anionik dan kationik seperti pada asam amino. Sifat surfaktan ini tergantung pada kondisi media dan nilai pH.
Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan minyak bumi, seperti Linier Alkilbensen Sulfonat (LAS), Alkil Sulfonat (AS), Alkil Etoksilat (AE) dan Alkil Etoksilat Sulfat (AES). Surfaktan dari turunan minyak bumi dan gas alam ini dapat menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan, karena surfaktan ini setelah digunakan akan menjadi limbah yang sukar terdegradasi. Disamping itu, minyak bumi yang digunakan merupakan sumber bahan baku yang tidak dapat diperbaharui. Masalah inilah yang menyebabkan banyak pihak mencari alternatif surfaktan yang mudah terdegradasi dan
Hidrofilik
berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui (Swern, 1979).
2.5. Metil Ester Sulfonat (MES)
Metil ester sulfonat (MES) merupakan zat yang disintesis dari bahan metil ester dan agen sulfonasi melalui proses reaksi sulfonasi. MacArthur et al. (2002) menyebutkan bahwa studi tentang C16-C18 MES yang dilakukan oleh Lion-Jepang menunjukkan bahwa MES memiliki sifat yang lebih baik daripada surfaktan LAS atau AS (alcohol sulfate) dalam hal pencucian di air dingin dan air sadah hingga 100 ppm (CaCO3).
Proses produksi surfaktan MES dilakukan dengan mereaksikan metil ester dengan agen sulfonasi. Menurut Bernardini (1983) dan Pore (1976), pereaksi yang dapat dipakai pada proses sulfonasi antara lain asam sulfat (H2SO4), oleum (larutan SO3 di dalam H2SO4), sulfur trioksida (SO3), NH2SO3H, dan ClSO3H. Untuk menghasilkan kualitas produk terbaik, beberapa perlakuan penting yang harus dipertimbangkan adalah rasio mol, suhu reaksi, konsentrasi grup sulfat yang ditambahkan, waktu netralisasi, jenis dan konsentrasi katalis, pH dan suhu netralisasi.
Pada mekanisme reaksi sulfonasi, lokasi terjadinya proses sulfonasi adalah pada bagian α-atom karbon. Menurut Jungermann (1979), terdapat tiga lokasi terjadinya reaksi sulfonasi molekul ester dengan basis asam lemak yaitu (1) gugus karboksil; (2) bagian α -atom karbon; (3) rantai tidak jenuh (ikatan rangkap). Kemungkinan terikatnya pereaksi SO3 dalam proses sulfonasi dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Kemungkinan terikatnya pereaksi kimia dalam proses sulfonasi (Jungermann,1979)
Mekanisme reaksi yang terjadi selama reaksi sulfonasi dapat dijelaskan pada Gambar 9. (dalam hal ini dijelaskan dengan menggunakan salah satu asam lemak penyusun yang dominan dari ME Jarak Pagar yaitu asam lemak oleat sekitar 34,3 – 45,8 %) (Gubitz et al.,1999).
Gambar 9. Mekanisme reaksi pembentukan MESA (Gubitz et al.,1999)
Metil ester Jarak Pagar (I) dalam hal ini menggunakan senyawa asam lemak yang dominan yaitu oleat C18 bereaksi dengan gas SO3 membentuk senyawa intermediet (II), pada umumnya berupa senyawa anhidrad. Dalam kondisi reaksi yang setimbang, senyawa intermediet (II) tersebut akan mengaktifkan gugus alfa (α) pada rangkaian gugus karbon metil ester sehingga membentuk senyawa intermediet (III). Selanjutnya, senyawa intermediet (III) tersebut mengalami restrukturisasi dengan melepaskan gugus SO3. Gugus SO3 yang dilepaskan bukanlah gugus yang terikat pada ikatan alfa. Dengan terlepasnya gas SO3 selama proses post digestion tersebut, maka terbentuklah MESA (IV).
Di industri, proses sulfonasi secara langsung dilakukan dengan cara mereaksikan agen sulfonasi ke minyak pada suhu reaksi yang lebih tinggi dari titik leleh minyak. Setelah sulfonasi, sisa pereaksi yang tidak bereaksi dipisahkan dari produk hasil sulfonasi, kemudian dinetralisasi menggunakan larutan alkali. Pencucian dan netralisasi dilakukan pada suhu antara 40-50 oC (Pore,1976).
Proses sulfonasi metil ester dengan gas SO3 dapat dilakukan pada skala laboratorium, skala pilot maupun skala industri. Peralatan sulfonasi yang dilakukan pada skala laboratorium yaitu bejana gelas berbentuk silinder dengan diameter bagian dalam 4 cm dan tingginya 45 cm. Gelas tersebut dilengkapi dengan jaket pendingin, saluran masuk dan keluar gas, dan termometer. Gas masuk melalui saluran atas dengan diameter saluran 8 mm. Proses sulfonasi pada skala ini dapat berlangsung secara kontinyu dengan lapisan tipis pada reaktor. Untuk menghasilkan surfaktan metil ester sulfonat dengan kapasitas besar dapat meningkatkan skala peralatan produksi tersebut (Hambali et al., 2007).
Penggunaan suhu 70-90 oC dengan rasio mol metil ester dan gas SO
3 yaitu 1:1,3 (eksotermis), merupakan kondisi ideal dalam sulfonasi pada falling film reactor. Pada awal reaksi, terjadi kontak bahan dengan gas SO3 secara cepat hingga mencapai keseimbangan reaksi. Pada suhu tersebut dapat menghasilkan MES dengan bahan aktif 30%-65% (Hambali et al., 2009).Metil ester sulfonat yang dihasilkan larut dalam air sehingga dapat menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antar muka. Reaksi sulfonasi metil ester dengan gas SO3 dapat digambarkan sebagai berikut:
+ SO3 (I) + SO3 (II) (II) O CH3‐(CH2)7‐CH=CH‐(CH2)7‐(C‐OCH3):SO3 O CH3‐(CH2)7‐CH=CH‐(CH2)7‐C‐OCH3 O
CH3‐(CH2)7‐CH=CH‐(CH2)7‐(C‐OCH3):SO3 (III)
Gambar 10. Reaksi sulfonasi pembuatan MES (Watkins, 2001)
Kemampuan surfaktan MES dalam menurunkan tegangan antarmuka minyak-air disebabkan oleh kemampuan surfaktan MES dalam meningkatkan gaya tarik-menarik antara dua fasa yang berbeda polaritasnya. Hal ini terjadi karena struktur dari surfaktan yang memiliki dua gugus fungsional yang berbeda (Suryani et al., 2008). Fenomena tegangan antarmuka (Interfacial Tension, IFT) memiliki peran yang penting di dalam analisis surfaktan.
Pengotor utama dalam proses pembuatan MES adalah terbentuknya disalt pada proses hidrolisis saat reaksi penetralan. Walaupun disalt merupakan surfaktan, namun di-salt memiliki sifat yang tidak diinginkan, yaitu cenderung menurunkan kinerja MES. Kraft point C16 disalt (65 °C) lebih tinggi daripada C16 MES (17 °C) dan disalt lebih sensitif (tidak tahan) terhadap air sadah (Mac Arthur, 2002). Akibatnya kelarutan MES di dalam air sadah dan air dingin menjadi turun. Untuk itu diperlukan proses pemurnian C16 MES dan pengoptimalan kondisi proses produksi MES. Terbentuknya disalt terjadi pada saat proses netralisasi berlangsung dengan menggunakan sodium hidroksida (NaOH). Apabila NaOH ditambahkan dalam jumlah berlebih, maka ion Na+ akan mensubsitusi gugus metil pada ester sehingga terbentuk molekul dengan dua gugus sodium yang disebut sebagai disalt seperti yang terlihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Reaksi Kimia Pembentukan Disalt (Mac Arthur, 2002)
2.6. Proses Pemurnian (Bleaching-Netralisasi) Surfaktan MESA
Pemurnian merupakan suatu proses untuk meningkatkan kualitas suatu bahan agar mempunyai
O O
SO3 + Rn – C – OCH3 Rn-1 – CH – C – OCH3
SO3H
Sulfur trioksida Metil Ester Metil Ester Sulfonat
O O
NaOH + Rn – CH –C – OCH3 Rn-1 – CH – C – OCH3 + H2O (I)
SO3H SO3Na
Basa MESA Metil Ester Sulfonat Air
O O
NaOH + Rn – CH –C – OCH3 Rn-1 – CH – C – ONa + CH3OH (II)
SO3Na SO3Na
fisika. Pemurnian secara fisika memerlukan peralatan penunjang yang cukup spesifik, akan tetapi bahan yang dihasilkan baik, karena warnanya lebih jernih dan komponen utamanya menjadi lebih tinggi. Untuk metode pemurnian kimiawi bisa dilakukan dengan menggunakan peralatan yang sederhana dan hanya memerlukan pencampuran dengan adsorben atau senyawa pengomplek tertentu (Hernani, 2007).
Menurut Ketaren (1986), proses pemucatan (bleaching) merupakan suatu tahapan proses pemurnian surfaktan yang bertujuan untuk menghilangkan zat-zat warna yang tidak disukai dan menghilangkan bau. Dalam proses pemucatan ini, produk surfaktan MESA akan mengalami peningkatan/pencerahan warna.
Proses pemucatan bertujuan untuk membuat penampakan dan bau surfaktan yang lebih baik. Proses pemucatan dilakukan dengan pencampuran metanol dengan hidrogen peroksida (H2O2). Reaksi bleaching lalu dilanjutkan dengan metanol reflux dan pengontrolan temperatur yang presisi. Acid ester yang terbentuk dalam proses sulfonasi bersifat tidak stabil dan mudah terhidrolisis. Oleh karena itu, pencampuran yang sempurna antara asam sulfonat dan aliran basa dibutuhkan dalam proses netralisasi untuk mencegah lokalisasi kenaikan pH dan temperatur yang dapat mengakibatkan reaksi hidrolisis yang berlebih. Neutralizer beroperasi secara kontinu, mempertahankan komposisi dan pH dari pasta secara otomatis (Elefani, 2008).
Proses pemucatan dapat dilakukan dengan adsorben, bahan kimia, maupun dengan cara pemanasan. Pemucatan dapat juga dilakukan dengan cara mencampur produk dengan sejumlah kecil adsorben, seperti tanah lempung (feller earth), lempung aktif (activated clay), dan arang aktif atau dapat juga menggunakan bahan kimia lainnya (Ketaren, 1986)
Peristiwa adsorbsi dapat terjadi bila dua fase bergabung, sehingga terjadi suatu proses dimana molekul dari satu fase melekat pada permukaan fase lain. Kedua fase tersebut dapat berupa fase cair dengan fase cair, fase cair dengan fase gas, fase cair dengan fase padat, atau fase gas dengan fase padat (Priatna et al., 1990)
Pemucatan dengan bahan kimia pada umumnya dibagi atas 2 macam reaksi pemucatan, yaitu pemucatan dengan proses oksidasi dan pemucatan dengan proses reduksi. Pemucatan dengan menggunakan bahan kimia banyak digunakan karena pemucatan zat warna dengan menggunakan bahan kimia lebih baik dibandingkan dengan menggunakan adsorben. Keuntungan bahan kimia sebagai bahan pemucat adalah karena hilangnya sebagian produk dapat dihindarkan dan zat warna diubah menjadi zat yang tidak berwarna, yang tetap tinggal dalam produk (Djatmiko dan Ketaren, 1985)
2.7. Bahan Pemucat (Bleaching Agents)
Bahan pemucat (Bleaching agents) merupakan suatu bahan yang dapat memucatkan atau memudarkan warna suatu substrat melalui proses fisika dan kimia. Proses ini melibatkan proses oksidasi, reduksi, atau adsorbsi yang membuat bagian-bagian yang berwarna pada substrat menjadi lebih larut atau diserap sehingga mudah dihilangkan selama proses pemucatan. Pemucatan dapat juga melibatkan proses kimia yang mengubah kemampuan bagian molekul berwarna untuk menyerap cahaya, yaitu dengan mengubah derajat ketidakjenuhan (Kirk dan Othmer, 1964).
Karbon/arang aktif adalah suatu bentuk karbon yang telah diaktifkan menggunakan panas uap air atau bahan kimia sehingga daya penyerapannya tinggi. Karbon aktif mengandung 5 – 15% air, 2 – 3% abu dan sisanya terdiri dari karbon. Adsorbsi arang aktif disebabkan karena arang aktif memiliki pori-pori dalam jumlah besar dan proses ini terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap (Jacobs, 1951).
Keuntungan penggunaan arang aktif sebagai bahan pemucat adalah lebih efektif untuk menyerap zat warna dibandingkan dengan bleaching clay, sehingga arang aktif dapat digunakan dalam jumlah kecil. Arang aktif dapat juga menyerap sebagian bau yang tidak dikehendaki dan mengurangi jumlah peroksida sehingga dapat meningkatkan mutu. Kelemahan arang aktif adalah proses autooksidasi terjadi lebih cepat (Ketaren, 1986).
Bentonit merupakan istilah dalam perdagangan untuk lempung mineral yang mengandung montmorilonit sebagai komponen utamanya (Kirk dan Othmer, 1985). Ukuran partikel bentonit sangat kecil dan mempunyai kapasitas penukar ion yang tinggi dengan pertukaran ion terutama diduduki oleh ion-ion Ca dan Mg. Bentonit berwarna dasar putih dengan sedikit kecoklatan atau kemerahan atau kehijauan tergantung dari jenis dan jumlah mineral-mineralnya. Selain itu, bentonit bersifat agak lunak, ringan, mudah pecah, terasa seperti sabun, mudah menyerap air dan dapat melakukan pertukaran ion (Priatna, 1982).
Bahan kimia yang bertindak sebagai pemucat/pemutih disebut dengan bleaching agents, seperti hidrogen peroksida, ammonium persulfat, azodicarbonamide, CaSO4, TiO2, Sodium Hypochlorite, Isocyanurates and Cyanuric Acid, dan lain-lain. Dalam penggunaannya, efek pemutihan yang cukup baik hanya diperoleh dengan larutan hidrogen peroksida yang cukup kuat. Berikut tabel perbedaan tingkat oksidasi berbagai bahan pemucat dalam proses pemucatan (Shafii, 2008).
Tabel 5. Nilai Potensial Oksidasi Bahan Pemucat (Shafii, 2008)
Oksidan Potensial Oksidasi, V Fluorin 3.0 Hidroksil radikal 2.8 Ozon 2.1 Hidrogen peroksida 1.8 Potasium permanganate 1.7 Klorin dioksida 1.5 Klorin 1.4
Hidrogen peroksida merupakan oksidator yang lebih kuat dibandingkan dengan klorin, klorin dioksida dan potassium permanganate. Di samping itu dengan adanya katalis, H2O2 dapat dikonversi menjadi hidroksi radikal dengan tingkat reaktivitas kedua setelah fluorin. Sementara fluorin lebih banyak diaplikasikan pada proses pengolahan limbah. Di beberapa industri penghasil detergen, dalam proses produksinya menggunakan beraneka ragam jenis bleaching agents sesuai dengan tujuan dan kebutuhannya. Beberapa bleaching agents yang dapat diaplikasikan dalam skala laboratorium, seperti Hidrogen peroksida (H2O2), Sodium hipoklorit, Asam Isosianurat dan Asam Sianurik (Shafii, 2008).
warna dari produk digunakan gas sulfur dioksida, sodium dioksida, sodium sulfit, sodium metabisulfit dan sodium hidrosulfit (Priatna, 1982).
2.8. Hidrogen Peroksida (H
2O
2)
Hidrogen peroksida adalah cairan bening, agak lebih kental daripada air, yang merupakan oksidator kuat. Sifatnya sebagai oksidator kuat ini dimanfaatkan manusia sebagai bahan pemutih (bleach), desinfektan, oksidator dan dapat digunakan sebagai bahan bakar roket. Sifat lainnya yaitu, berbau khas agak keasaman dan larut dengan baik dalam air. Dalam kondisi normal (kondisi ambient), hidrogen peroksida sangat stabil dengan laju dekomposisi kira-kira kurang dari 1% per tahun. Mayoritas penggunaan hidrogen peroksida adalah dengan memanfaatkan dan merekayasa reaksi dekomposisinya, yang intinya menghasilkan oksigen (Prasetyo, 2008).
Hidrogen peroksida dijual bebas, dengan berbagai merek dagang dalam konsentrasi rendah (3 – 5%) sebagai pembersih luka atau sebagai pemutih gigi (pada konsentrasi terukur). Dalam konsentrasi agak tinggi dijual sebagai pemutih pakaian dan desinfektan. Penggunaan hidrogen peroksida dalam kosmetika dan makanan tidak dibenarkan karena zat ini mudah bereaksi dengan rumus kimia H2O2 ditemukan oleh Louis Jacques Thenard di tahun 1818 (Prasetyo, 2008). Senyawa ini merupakan bahan kimia anorganik yang memiliki sifat oksidator kuat. Bahan baku pembuatan hidrogen peroksida adalah gas hidrogen (H2) dan gas oksigen (O2). Teknologi yang banyak digunakan di dalam industri hidrogen peroksida adalah autooksidasi anthraquinone. Bentuk molekul hidrogen peroksida dapat dilihat pada Gambar 12. (Prasetyo, 2008).
Gambar 12. Molekul hidrogen peroksida (Prasetyo, 2008)
Stabilisasi dari hydrogen peroxide ini dapat dicapai pada tingkat keasaman atau pH stabil sehingga dapat memperlambat dekomposisi peroksida. Bleaching agent lain seperti Sodium Hypochlorite digolongkan dalam bleaching agent untuk produk detergen yang banyak diaplikasikan di Asia dan Amerika. Sedangkan Isocyanurates and Cyanuric Acid digunakan sebagai pembersih toilet dan sebagai pencegah adanya alga, jamur serta bakteri di kolam renang (Waldhoff and Rudiger, 2005).
Penguraian hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen merupakan reaksi eksoterm (Wood et al., 1966). Untuk menjaga kestabilan kondisi hidrogen peroksida dalam larutan yang dipasarkan dalam dunia perdagangan bisa ditambahkan bahan stabilizer seperti Gliserin, Kalsium Klorida, atau Alkohol. Larutan hidrogen peroksida sendiri mempunyai sifat oksidator sekaligus reduktor kuat (Priyanto, 1990)
Na2O2 + H2SO4 Na2SO4 + H2O2
Gambar 13. Reaksi pembentukan hidrogen peroksida (Priyanto, 1990)
Larutan yang terbentuk kemudian dilakukan pemisahan dengan filtrasi dan destilasi. hidrogen peroksida hasil destilasi ini biasanya mempunyai konsentrasi 30 persen dan biasa disebut hidrogen peroksida Teknis atau “Perhidrol” (Durrant, 1960).
Menurut Wood et al.,(1966), sifat hidrogen peroksida mempunyai kecenderungan yang kuat untuk membebaskan oksigen, maka bahan ini merupakan bahan yang istimewa, karena bisa digunakan untuk reaksi oksidasi pada suhu rendah. Persamaan reaksi proses pemutihan oleh hidrogen peroksida dapat dilihat pada Gambar 14.
H2O2 + X H2O + XO (Dark pigmen) (pigmen terokdisasi)
Gambar 14. Reaksi pemucatan oleh hidrogen peroksida (Wood et al.,1966)
Hidrogen peroksida bisa digunakan sebagai zat pengelantang atau bleaching agent pada industri pulp, kertas dan tekstil. Senyawa ini juga biasa dipakai pada proses pengolahan limbah cair, industri kimia, pembuatan deterjen, makanan dan minuman, medis, serta industri elektronika (pembuatan PCB). Hidrogen peroksida bersifat oksidator dan akan merusak ikatan rangkap pigmen menjadi komponen yang tidak berwarna. Aktivitas ini meningkat dengan semakin meningkatnya konsentrasi H2O2 (Wood et al., 1966).
III. METODOLOGI
3.1. ALAT DAN BAHAN
Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah reaktor sulfonasi jenis Single Tube Falling Film yang digunakan untuk mereaksikan metil ester dengan gas SO3. Peralatan lain yang digunakan adalah piknometer, pH meter, hotplate stirrer, viskosimeter Brookfield, termometer, neraca analitis, oven, tanur, soxhlet, buret, pipet, labu Erlenmeyer, labu takar dan peralatan gelas lainnya. Penampakan visual dari reaktor sulfonasi jenis Single Tube Falling Film Reactor dapat dilihat pada Gambar 15.
Gambar 15. Single Tube Falling Film Reactor
3.2. METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan bahan dan sampel yang terdiri dari: a) analisis proksimat biji jarak pagar dan pengepresan biji jarak pagar, b) analisis minyak jarak pagar, c) pembuatan dan analisis metil ester dan d) pembuatan dan analisis Methyl Ester Sulfonates Acid (MESA); serta tahap pemurnian MESA dan analisis sifat fisiko kimia MES hasil pemurnian.
3.2.1.
Tahap Persiapan Bahan dan Sampel
a. Analisis Sifat Fisiko Kimia (proksimat) Biji Jarak Pagar dan Proses
Pengepresan
Biji jarak pagar merupakan bahan baku yang digunakan dalam tahapan penelitian ini. Biji jarak pagar disortir guna memisahkan kotoran-kotoran lalu dikeringkan di bawah sinar matahari. Setelah itu, dilakukan analisis proksimat pada biji jarak pagar yang meliputi kadar air, kadar abu, dan kadar minyak. Kemudian, dilakukan pengepresan biji jarak dengan menggunakan alat screw press guna memperoleh minyak jarak. Prosedur lengkap analisis proksimat biji jarak pagar dapat dilihat pada Lampiran 1.
b. Analisis Minyak Jarak Pagar
Minyak jarak yang diperoleh dari hasil pengepresan kemudian dianalisis sifat fisiko-kimianya, meliputi kadar air, kadar abu, bilangan iod, bilangan asam, bilangan penyabunan, dan kadar asam lemak bebas. Prosedur lengkap analisis minyak jarak pagar dapat dilihat pada Lampiran 2.
c. Pembuatan dan Analisis Metil Ester
Gambar 16. Reaktor Metil Ester Pilot Plant SBRC LPPM-IPB dengan Kapasitas 100L
Metil ester kemudian diuji sifat fisiko-kimianya, meliputi kadar air, bilangan iod, bilangan asam, bilangan penyabunan, fraksi tak tersabunkan, gliserol total dan kadar ester. P r o s e d u r l e n g k a p a n a l i s i s me t i l e s t e r d a p a t d i l i h a t p a d a L a mp i r a n 3 .
d. Proses Pembuatan dan Analisis Methyl Ester Sulfonates Acid (MESA) Pada tahapan ini dilakukan proses sulfonasi menggunakan Single Tube Falling Film Reactor (STFR) dengan tinggi 6 meter (Gambar 15). Proses sulfonasi metil ester ini dilakukan dalam Single Tube Falling Film Reactor (STFR). Terdapat tiga reaksi yang terjadi dalam reaktor, yaitu: kontak antara fase gas dan fase cair, penyerapan gas SO3 dari fase gas, dan reaksi dalam fase cair. Metil ester dipompakan ke head reactor, masuk ke liquid chamber, dan mengalir turun membentuk liquid film dengan ketebalan tertentu yang dibentuk oleh corong head yang didisain khusus untuk keperluan ini. Ketebalan film bisa diatur dengan mengubah lebar jarak (gap) antara corong dengan tabung reaktor, menggunakan washer yang memiliki tebal tertentu.
Surfaktan MESA diproduksi menggunakan metil ester minyak jarak pagar dengan menggunakan pereaksi gas SO3. Kondisi proses yang dikaji adalah laju alir umpan konstan 100 ml/menit; sampel diambil pada periode ke-3 jam, suhu sulfonasi 100 oC, kemudian dilanjutkan dengan proses aging untuk menyempurnakan proses sulfonasi pada suhu 80 oC, waktu 45 menit, 150 rpm. Selanjutnya, dilakukan analisa terhadap surfaktan MESA yang dihasilkan. Prosedur analisis karakteristik MESA dapat dilihat pada Lampiran 4.
3.2.2. Proses Pemurnian Surfaktan MESA dan Analisis Sifat Fisiko Kimia
MES Hasil Pemurnian
H2O2 sebesar 2, 4 dan 6% dari bahan tanpa netralisasi; dan tahap II adalah proses bleaching dengan konsentrasi H2O2 sebesar 2, 4 dan 6% dari bahan, diikuti dengan proses netralisasi. Setelah itu dilakukan perbandingan sifat surfaktan MES hasil pemurnian dengan surfaktan MESA sebelum pemurnian. Tujuan dilakukannya pemurnian pada tahap I hanya sebagai bahan pembanding antara surfaktan MESA sebelum pemurnian dengan surfaktan MES hasil pemurnian (tahap II) dikarenakan oleh surfaktan MESA hasil tahap I masih bersifat asam sehingga dalam aplikasinya, surfaktan ini belum dapat digunakan.
Proses pemucatan (bleaching) dilakukan dengan mencampurkan MESA dengan pelarut metanol 31% (v/v, MESA basis) dan H2O2 50% sekitar 2, 4 dan 6% (v/v, MESA basis) pada suhu 50-60 0C selama 1 - 1,5 jam. Selanjutnya secara kontinyu dinetralisasi hingga mencapai nilai pH 6,5 – 7,5. Proses netralisasi dilakukan dengan mencampurkan MESA hasil bleaching dengan pelarut NaOH 50% pada suhu 55 oC untuk membuat suasana larutan menjadi netral atau basa. Penggunaan larutan sodium hidroksida (NaOH) sangat dianjurkan karena proses penambahan larutan NaOH akan lebih mudah karena berbentuk larutan dan tidak memerlukan penyaringan untuk menghilangkan garam yang terbentuk (Wood et al., 1996). Penambahan metanol pada proses pemucatan berfungsi untuk mengurangi pembentukan garam disodium karboksi sulfonat.
Gambar 17. Diagram alir proses pemurnian yang dilakukan
Untuk mengetahui pengaruh penambahan H2O2 sebagai bahan pemucat pada proses pemurnian surfaktan MESA terhadap sifat fisiko kimia surfaktan yang dihasilkan, dilakukan analisis statistik menggunakan rancangan acak lengkap dengan faktor tunggal (Sudjana, 1994). Faktor yang digunakan adalah konsentrasi H2O2 dengan tiga taraf (sebesar 2, 4, dan 6% dari bahan) dan dua kali ulangan. Model rancangan percobaan dapat dilihat sebagai berikut:
Yij= µ+Ai+εj(i)
Dimana :
Yij = hasil pengamatan pada ulangan ke-j, pada konsentrasi ke-i
µ = rata-rata sebenarnya
Ai = pengaruh konsentrasi ke-i εj(i) = galat eksperimen
Sifat fisiko kimia produk hasil proses yang dianalisis dari rancangan percobaan ini meliputi bahan aktif (metode Ephton), bilangan asam (SNI 01-2891-1992), pH (ASTM D 1172-95), warna (metode Klett), bilangan iod (AOAC) dan densitas (SNI 01-2891-1992). Prosedur analisis
karakteristik MES sesudah pemurnian dapat dilihat pada Lampiran 4. Data yang dihasilkan dianalisis dengan uji anova, apabila ada perbedaan yang nyata dilakukan uji lanjut menggunakan metode uji Duncan dengan tingkat kepercayaan 95%. Data hasil analisa uji anova untuk masing-masing parameter sifat fisiko kimia produk dapat dilihat pada Lampiran 6 sampai 9. Diagram alir pelaksanaan kegiatan penelitian disajikan pada Gambar 18.
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. ANALISIS SIFAT FISIKO KIMIA (PROKSIMAT) BIJI JARAK PAGAR
DAN PROSES PENGEPRESAN
Jarak pagar (Jatropha curcas L) yang akan dipress untuk diperoleh minyaknya dianalisis terlebih dahulu atau yang sering disebut dengan uji proksimat untuk dapat diketahui kualitas dari biji jarak pagar tersebut. Hasil analisis biji jarak pagar dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Hasil Analisis Proksimat Biji Jarak Pagar Analisis Proksimat Satuan Nilai ± SD
Kadar Air (%) % 9,65 ± 0,12
Kadar Abu (%) % 3,27 ± 0,08
Kadar Minyak (%) % 40,55 ± 0,96
Hasil analisis kadar minyak pada biji jarak pagar adalah sebesar 40,55%. Kadar minyak yang tinggi ini menunjukkan bahwa biji jarak pagar ini potensial untuk dikembangkan sebagai sumber minyak nabati dalam produksi surfaktan methyl ester sulfonates (MES). Menurut Hambali et al. (1935), kadar minyak pada biji-bijian berbeda-beda tergantung pada varietas tanaman, keadaan tanah dan iklim. Disamping itu juga cara dan jenis bahan pelarut yang digunakan dalam ekstraksi mempengaruhi besarnya kadar minyak yang dihasilkan. Dalam hal ini, kematangan buah waktu dipanen juga berpengaruh terhadap kandungan minyak dalam biji.
Hasil analisis kadar air biji jarak pagar adalah sebesar 9,65%. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian biji jarak yang digunakan masih basah, sehingga diperlukan proses pengeringan atau penjemuran biji jarak tersebut. Menurut Hambali (2007), kadar air yang optimum untuk biji-bijian yang akan dipress minyaknya adalah sebesar 6 sampai 7 persen. Adanya kandungan air di dalam jaringan minyak dalam biji-bijian dapat menyebabkan terjadinya reaksi hidrolisa yang akan menghasilkan asam lemak bebas. Besarnya kadar air biji jarak antara lain dipengaruhi oleh kematangan buah waktu dipanen, penjemuran dan lama penyimpanan. Kadar abu menunjukkan jumlah kandungan bahan anorganik dalam biji jarak pagar, dimana kadar abu hasil analisis adalah sebesar 3,27%. Besarnya kadar abu tersebut dipengaruhi oleh keadaan tempat tumbuh dan iklim. Alasan digunakannya biji jarak pagar dalam penelitian kali ini menurut Hambali et al. (2006), adalah dikarenakan oleh sifat minyak jarak hasil pengepresan biji jarak pagar tergolong dalam non-edible oil (bukan merupakan minyak makan), karena mengandung senyawa forbol ester dan cursin yang bersifat toksik sehingga tidak dapat dikonsumsi oleh manusia sehingga tidak terjadi kompetisi antara bahan pangan dengan bahan untuk energi atau oleochemical.
Gambar 19. Proses pengepresan biji jarak dengan alat pengepress berulir
4.2. ANALISIS MINYAK JARAK PAGAR
Minyak jarak hasil pengepresan biji jarak pagar diperoleh dengan rendemen sekitar 25% dimana selebihnya adalah sludge. Selanjutnya dilakukan analisis lebih lanjut terhadap minyak jarak pagar dari hasil pengepresan biji yang telah dianalisis sebelumnya guna mengetahui sifat fisiko kimia dari minyak jarak pagar yang akan diolah menjadi metil ester, sehingga dapat ditentukan jalur proses produksi minyak jarak pagar menjadi metil ester. Analisis tersebut meliputi analisis kadar air, kadar abu, bilangan iod, bilangan penyabunan, bilangan asam dan FFA (Free Fatty Acid). Berikut Tabel hasil analisis minyak jarak pagar yang dihasilkan:
Tabel 7. Hasil Analisis Minyak Jarak pagar.
No Parameter mutu Satuan Nilai
1 Kadar air % (b/b) 0,36
2 Kadar Abu % 0.169
3 Bilangan iod mg iod/g sampel 71,46
4 Bilangan penyabunan mg KOH/g lemak 196,2
5 FFA % 32,09
6 Bilangan asam mg KOH/g lemak 63,86
Dari hasil pengujian minyak jarak di atas, diperoleh nilai kadar air yang cukup tinggi sebesar 0,36%. Sedangkan pada nilai FFA dan nilai bilangan asam yang tinggi, masing-masing sebesar 32,09 dan 63,86%. Hal ini dikarenakan oleh minyak jarak yang digunakan mengalami proses penyimpanan maupun proses pengendapan setelah pengepresan dimana kandungan air dan enzim lipase dalam biji jarak pagar akan menyebabkan terjadinya proses hidrolisis minyak jarak pagar. Karena nilai FFA lebih dari 2%, maka dalam pembuatan metil ester dari minyak jarak ini akan dilakukan dalam 2 tahap, yaitu esterifikasi dan transesterifikasi. Esterifikasi ditujukan untuk mencegah terbentuknya sabun pada saat proses transesterifikasi yang nantinya akan mengganggu proses transesterifikasi sehingga mengurangi rendemen metil ester yang dihasilkan.
daripada minyak yang berat molekulnya tinggi. Bilangan penyabunan merupakan ciri khas suatu minyak atau lemak.
Bilangan iod menunjukkan banyaknya gram iodin yang terserap oleh 100 gram minyak atau lemak. Tinggi atau rendahnya bilangan iod tergantung pada komposisi asam lemak penyusunnya. Besarnya jumlah iod yang diserap menunjukkan banyaknya ikatan rangkap tidak jenuh (Ketaren, 1986). Lebih lanjut, Hambali et al. (2006) menjelaskan bahwa jenis asam lemak dominan pada minyak jarak adalah asam lemak oleat dan linoleat yang merupakan asam lemak tidak jenuh. Berdasarkan analisis, diperoleh bilangan iod sebesar 71,46 mg I2/g minyak. Bilangan iod yang diperoleh ini lebih rendah dari bilangan iod berdasarkan literatur yakni 96,5 mg I2/g minyak (Hambali et al.,2006). Hal ini kemungkinan disebabkan oleh terjadinya reaksi oksidasi selama proses penyimpanan minyak setelah ekstraksi dan mengakibatkan terbentuknya senyawa peroksida yang akan mengurangi jumlah ikatan rangkap dalam minyak sehingga nilai bilangan iod minyak jarak mengalami penurunan.
4.3. PROSES PEMBUATAN DAN ANALISIS METIL ESTER
Hasil minyak jarak yang diperoleh kemudian diproses menjadi metil ester dengan proses pembuatan pada Gambar 20. Metil ester hasil proses esterifikasi-transesterifikasi minyak jarak pagar selanjutnya dianalisis guna mengetahui sifat fisiko kimia metil ester yang akan diolah menjadi metil ester sulfonat melalui proses sulfonasi sehingga dapat ditentukan jalur proses produksi metil ester jarak pagar menjadi metil ester sulfonat.
Berikut adalah tabel hasil analisis metil ester hasil pengolahan minyak jarak pagar di laboratorium:
Tabel 8. Hasil Analisis Metil Ester Jarak Pagar
No. Parameter Satuan Nilai
1 Kadar Air % 0,024
2 Bilangan Asam mg KOH/g lemak 1,44
3 Bilangan Iod mg Iod/g lemak 94,917
4 Bilangan Penyabunan mg KOH/g lemak 198,125
5 Gliserol Total % 0,918
6 Kadar Ester % 97,660
Gambar 20. Proses Pembuatan Metil Ester Jarak Pagar
4.4. ANALISIS SURFAKTAN MESA
Setelah melalui proses sulfonasi, dilakukan analisis terhadap surfaktan MESA yang dihasilkan. Hasil analisis surfaktan MESA dari jarak pagar disajikan pada Tabel 9.
Tabel 9. Hasil Analisis MESA Jarak Pagar setelah Sulfonasi.
Karakteristik Satuan Nilai Rata-rata
Bilangan Asam mg KOH/g MESA 15,12
Bahan Aktif % 32,64
Bilangan Iod mg iod/g MESA 42,42
Ph 1,01
Warna Klett 5% aktif (MES + di-salt) 877
Dari hasil analisis di atas, diperoleh nilai bilangan iod yang lebih rendah dari metil ester sebelum sulfonasi. Penurunan nilai bilangan iod ini dapat terjadi akibat adanya proses adisi ikatan rangkap metil ester oleh gas SO3 membentuk molekul-molekul surfaktan dengan gugus sulfonat. Semakin tinggi suhu reaksi akan menurunkan nilai bilangan iod yang dikarenakan oleh proses sulfonasi yang semakin sempurna. Hal ini diperkuat oleh Jungermann (1979) yang mengemukakan bahwa ikatan rangkap pada metil ester merupakan salah satu tempat terjadinya reaksi sulfonasi. Reaksi pembentukan MESA melalui reaksi sulfonasi pada ikatan rangkap metil ester dapat dilihat pada gambar berikut:
O O CH3‐(CH2)7‐CH=CH‐(CH2)7‐C‐OCH3 + SO3
Metil Ester Sulfur trioksida Metil Ester Sulfonat Gambar 21. Reaksi sulfonasi yang terjadi pada ikatan rangkap metil ester
Dari data juga diperoleh nilai bahan aktif yang cukup tinggi yaitu sebesar 32,64% yang berbanding lurus dengan bilangan asamnya sehingga bilangan asam yang diperoleh juga tergolong tinggi yaitu sekitar 15,12 mg KOH/g MESA. Surfaktan MESA yang dihasilkan masih bersifat sangat asam dengan nilai pH sebesar 1,01. Dalam aplikasinya, surfaktan yang masih asam belum bisa digunakan karena MESA yang bersifat asam masih bersifat reaktif dan tidak stabil sehingga lama-kelamaaan akan mengurangi kualitas surfaktan tersebut. Dengan demikian perlu dilakukan suatu proses pemurnian berupa netralisasi untuk menghasilkan surfaktan dengan pH netral. Tujuan lain proses netralisasi adalah untuk mencegah terbentuknya disalt (garam) sebagai produk samping. Akan tetapi, proses netralisasi yang melewati batas netral (pH>7) justru akan menyebabkan terbentuknya disalt. Produk samping ini terbentuk karena proses sulfonasi dari metil ester yang kurang sempurna sehingga tidak semua metil ester terkonversi menjadi metil ester sulfonat. Sebenarnya kehadiran garam ini tidak diinginkan pada pembentukan MES karena mampu menurunkan kelarutan MES dalam air dingin, lebih sensitif terhadap air sadah, memiliki deterjensi 50% lebih rendah dan menurunkan daya simpan produk.
Adapun nilai dari warna diperoleh dengan menggunakan alat spectrophotometer (metode Klett dengan 5% MESA) sehingga diperoleh tingkat warna sebesar 0,88 % (absorbansi) yang menunjukkan warna yang tidak jernih atau hitam pekat dan cukup kental. Hal ini dikarenakan oleh proses sulfonasi dengan suhu tinggi yang menyebabkan terjadinya proses oksidasi sehingga menimbulkan warna gelap pada produk serta belum dilakukannya proses pemucatan dan netralisasi pada surfaktan MESA tersebut.
CH
3‐(CH
2)
7‐CH
2‐CH‐(CH
2)
6‐CH‐C‐OCH
3SO
3H
4.5. ANALISIS SIFAT FISIKO KIMIA METHYL ESTER SULFONATE (MES
HASIL PROSES PEMURNIAN)
Metil ester sulfonat yang dihasilkan dari reaktor cukup kental dan berwarna gelap dengan viskositas yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan metil ester. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kualitas surfaktan MES perlu dilakukan pemurnian yang meliputi pemucatan (bleaching) dan netralisasi. Melalui proses pemucatan, surfaktan akan berwarna lebih cerah sehingga memenuhi kriteria untuk diaplikasikan dalam pembuatan deterjen. Kondisi proses ini merujuk pada penelitian sebelumnya serta penelitian tentang MES oleh Chemiton, Amerika Serikat. Tabel analisis masing-masing perlakuan proses pemurnian surfaktan disajikan pada lampiran 5. Setelah melakukan proses pemucatan surfaktan MESA, selanjutnya dilakukan analisis sifat fisiko kimia MESA yang dihasilkan dari masing-masing proses pemurnian. Analisis yang dimaksud adalah: pH, FFA, warna produk (% warna Klett), kadar bahan aktif dan bilangan iod.
4.5.1. Derajat Keasaman (pH)
Hasil analisis nilai pH surfaktan MES yang telah dimurnikan disajikan pada Lampiran 5. Dari data diperoleh bahwa nilai pH surfaktan MESA pada sampel awal sebesar 1,01. Nilai pH surfaktan MES setelah pemurnian mengalami peningkatan dimana nilainya lebih tinggi dari kondisi awal sebelum proses pemurnian. Dari Gambar 22 diperoleh bahwa nilai pH terendah pada proses bleaching diperoleh dari penambahan konsentrasi H2O2 2% dengan nilai pH sebesar 1,11. Sedangkan pada proses bleaching-netralisasi , nilai pH tertinggi yaitu 7,15 diperoleh dari penambahan konsentrasi H2O2 2%. Kondisi asam pada proses bleaching diperoleh pada waktu proses pemucatan dengan penambahan asam peroksida tanpa diikuti proses netralisasi sehingga surfaktan yang dihasilkan masih bersifat asam dan bersifat reaktif sehingga ada kemungkinan terjadinya peningkatan nilai pH surfaktan tersebut dibandingkan dengan MESA awal sedangkan kondisi netral (bleaching-netralisasi ) diperoleh pada waktu proses netralisasi surfaktan MESA setelah proses pemucatan dengan penambahan NaOH 50%.
Untuk mengetahui pengaruh masing-masing konsentrasi H2O2 yang ditambahkan terhadap nilai pH MES yang dihasilkan, dilakukan analisis uji statistik (ANOVA) dengan dua kali pengulangan. Hasil analisis keragaman pada tingkat kepercayaan 95% (α=0,05) menunjukkan bahwa konsentrasi H2O2 sebesar 2, 4 dan 6% tidak berpengaruh terhadap nilai pH yang dihasilkan pada masing-masing proses pemurnian (Lampiran 6). Histogram pengaruh tahapan proses terhadap nilai pH dapat dilihat pada Gambar 22.
