OPTIMASI SUHU DAN KONSENTRASI SODIUM BISULFIT(NaHSO3) PADA PROSES PEMBUATAN SODIUM LIGNOSULFONAT BERBASIS
TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
Oleh KOSI ANWAR
F34103080
2008
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Kosi Anwar. F34103080. Optimasi Suhu dan Konsentrasi Sodium Bisulfit (NaHSO3) pada Proses Pembuatan Sodium Lignosulfonat Berbasis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Di bawah bimbingan Ani Suryani dan Erliza Hambali
RINGKASAN
Surfaktan (surface active agent) merupakan senyawa aktif penurun tegangan permukaan yang digunakan sebagai bahan penggumpal, pembasah, pembusaan, emulsifer, komponen bahan adhesif, serta 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 fasa yang berbeda derajat polaritas dan ikatan hidrogen seperti minyak dan air. Pembentukan film pada antar muka ini menurunkan energi antar muka dan menyebabkan sifat-sifat khas molekul surfaktan.
Lignosulfonat merupakan surfaktan anionik. Lignosulfonat merupakan hasil sulfonasi lignin dan garamnya menghasilkan garam lignosulfonat seperti sodium lignosulfonat, magnesium lignosulfonat dan ammonia lignosulfonat. Tujuan dilakukan sulfonasi adalah untuk mengubah sifat sifat hidrofilitas dari lignin yang kurang polar (kurang larut dalam air). Dengan memasukkan gugus sulfonat yang lebih polar ke dalam gugus hidroksil, sehingga akan meningkatkan sifat hidrofilitasnya dan menjadi larut dalam air
Perkembangan surfaktan tidak hanya dalam pencarian jenis surfaktan yang baru untuk suatu aplikasi tertentu di suatu industri, tetapi juga melakukan pencarian bahan baku baru yang potensial untuk pembuatan surfaktan. Salah satu bahan yang potensial untuk pembuatan surfaktan adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Bahan tersebut berpotensi untuk pembuatan surfaktan lignosulfonat karena mempunyai kandungan lignin yang cukup tinggi, yaitu 22,21% dan pemanfaaatnya belum optimal. Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimalkan pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit menjadi surfaktan sodium lignosulfonat, dengan melakukan kajian pengaruh dan optimasi, faktor suhu dan konsentrasi agen penyulfonasi terhadap nilai rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat. Penelitian ini memodifikasi penelitian terdahulu yang telah dilakukan oleh Syahmani (2000), Kamouen et al. (2003), Dilling (1986) dan Tesar (2007). Rancangan percobaan yang dugunakan adalah two level factorial dan metode optimasinya dengan respone surface methode. Taraf faktor suhu pada penelitian ini adalah 80-100oC dan konsentrasi sodium bisulfit adalah 40-60% (b/b).
Hasil penelitian menujukkan bahwa konsentrasi sodium bisulfit dan suhu reaksi berpengaruh positif terhadap persen rendemen sodium lignosulfonat dengan selang kepercayaan 97,65% dan 99,82% dan persen pengaruh sebesar 0,63% dan 1,30%. Selain itu, Konsentrasi sodium bisulfit dan suhu reaksi juga berpengaruh positif terhadap persen kelarutan sodium lignosulfonat dengan selang kepercayaan 58% dan 65% dan persen pengaruh sebesar 0,06% dan 0,08%.
Hasil analisis kanonik terhadap permukaan respon persen rendemen sodium lignosulfonat dari faktor konsentrasi sodium bisulfit (X1) dan suhu (X2) menunjuk model yang berbentuk saddle point. Hasil analisis ridge of optimum dari SAS menunjukan bahwa nilai rendemen tertinggi adalah sebesar 80,19%
(b/b) pada konsentrasi sodium bisulfit 53,25% (b/b) dan suhu 103,76oC. Hasil validasi dengan melakukan percobaan dititik tersebut menunjukkan nilai rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan sebesar 61,48%.
Hasil analisis kanonik terhadap permukaan respon persen kelarutan sodium lignosulfonat dari faktor konsentrasi sodium bisulfit (X1) dan suhu (X2) menunjuk model yang berbentuk optimum. Hasil analisis statistik dari model tersebut menunjukan nilai kelarutan optimum, yaitu sebesar 97,2% pada titik variable konsentrasi sodium bisulfit 53,49% (b/b) dan pada titik variable suhu 94,95oC. Hasil validasi dengan melakukan percobaan dititik tersebut menunjukkan nilai kelarutan sodium lignosulfonat yang dihasilkan sebesar 96%. Kata kunci: Tandan kosong kelapa sawit (TKKS); Lignin organosolv; Sodium lignosulfonat; Metode permukaan respon
Kosi Anwar. F34103080. Optimization of Temperature and Sodium Bisulfate (NaHSO3) Concentration at Production Process of Sodium Lignosulfonate Base on Palm Empty Fruit Bunch Fiber Pulping (EFB). Advisor : Ani Suryani and Erliza Hambali. 2007.
ABSTRACT
Surfactant (surface active agent) is an active compound that can reduce the surface tension. It’s used as clotting, wetting, foaming, emulsifier, component of adhesive material and it was used in vary industry sector. The existence of hydrophobic and hydrophilic groups in one molecule cause the surfactant disposed on interfacial between phase that is different polarity degree and hydrogen bond such as oil and water. Film Forming on this interfacial decrease interfacial energy and cause unique characteristic of surfactant compound.
Lignosulfonate is one of the anionic surfactant. Lignosulfonate is made by sulfonation process of lignin and its salt to produce lignosulfonate salt, like sodium lignosulfonate, magnesium lignosulfonate and ammonia lignosulfonate. The purposes of this sulfonation is to change hydrophility characteristic of lignin that is not polar group (less water soluble). The existence sulfonate group (polar group) in hydroxyl group of lignin compound cause increasing its hydrophility characteristic and then become more water soluble.
Surfactant development is not just to find new variant of surfactant that can be used in an industry, but it’s for finding new raw material that have big potential for surfactant production. One of the potentially raw materials for surfactant production is palm empty fruit bunch (EFB). That material is potential for surfactant lignosulfonate production because it contain lignin component, that is 22,21% and its using is not optimally yet. The purposes of this research is to optimize the using of palm empty fruit bunch (EFB) with carry out investigation of influence and to optimize temperature and concentration of sulfonation agent factors toward yield and solubility of the sodium lignosulfonate.
This experiment is modification of previous experiment that was done by Syahmani (2000), Kamouen et al. (2003), Dilling (1986) dan Tesar (2007). The experiment design that was used is two level factorial and optimization methode that was used is response surface methode. Factor level of temperature in this experiment is 80-100oC and sodium bisulfate concentration that was used is 40-60% (b/b).
The experiment result showed that reaction temperature and sodium bisulfate concentration had positive influence toward sodium lignosulfonate yield with significant value 97.65% and 99.82%, and influence percentage 0.63% and 1.30%. Beside that, reaction temperature and sodium bisulfate concentration had positive influence too, toward sodium lignosulfonate solubility with significant value is 58% and 65%, and influence percentage is 0.06% and 0.08%.
The result of canonic analysis toward respone surface of sodium lignosulfonate yield from sodium bisulfate concentration factor (X1) and temperature (X2) showed that model shape is saddle point. Analysis result ridge of optimum from SAS showed that the highest yield value is 80.19%(b/b) at sodium
bisulfate concentration 53.25% (b/b) and temperature 103.76oC. Validation result in this condition showed that sodium lignosulfonate yield value is 61.48%.
The result of canonic analysis toward sodium lignosulfonate solubility from sodium bisulfate concentration (X1) and temperature (X2) factor showed that model shape is optimum, statistic analysis show that sodium lignosulfonate solubility value is 97.2% at sodium bisulfate concentration 53.49% (b/b) and temperature 94.95oC. Validation result in this condition showed that sodium lignosulfonate solubility value is 96%.
Keywords : palm empty fruit bunch fiber; organosolv lignin; sodium lignosulfonate ;response surface methode
OPTIMASI SUHU DAN KONSENTRASI SODIUM BISULFIT (NaHSO3) PADA PROSES PEMBUATAN SODIUM LIGNOSULFONAT BERBASIS
TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh: KOSI ANWAR
F34103080
2008
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
OPTIMASI SUHU DAN KONSENTRASI SODIUM BISULFIT (NaHSO3) PADA PROSES PEMBUATAN SODIUM LIGNOSULFONAT BERBASIS
TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh KOSI ANWAR
F34103080
Dilahirkan pada tanggal 18 Januari 1985 di Boyolali
Tanggal lulus : Januari 2008 Menyetujui,
Bogor, Januari 2008
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA Dr. Ir. Erliza Hambali, MSi Pembimbing Akademik I Pembimbing Akademik II
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi yang berjudul “Optimasi Suhu dan Konsentrasi Sodium Bisulfit (NaHSO3) pada Proses Pembuatan Sodium Lignosulfonat Berbasis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)” adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Januari 2008
KOSI ANWAR F34103080
RIWAYAT PENULIS
Kosi Anwar dilahirkan di Boyolali pada tanggal 18 Januari 1985, merupakan anak kedua dari pasangan Bapak Yosodiharjo dan Ibu Kamsinem. Pada tahun 1992, penulis menyelesaikan pendidikan taman kanak-kanak di TK BA Al-Islam, Tlangu Nogosari, kemudian melanjutkan pendidikan dasar di MI Negeri 1 Tlangu-Nogosari Boyolali dan lulus pada tahun 1997. Pada tahun yang sama, penulis melanjutkan pendidikan menengah di MTs Negeri 1 Nogosari-Boyolali, kemudian pada tahun 2000 penulis melanjutkan pendidikannya ke SMU Negeri 6 Surakarta dan lulus tahun 2003. Melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI-IPB), penulis diterima masuk di Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor pada tahun 2003.
Selama menjadi mahasiswa, penulis tidak hanya aktif pada kegiatan akademik saja. Untuk mengembangkan potensi diri, penulis mengikuti beberapa pelatihan, seminar dan organisasi baik yang ada di dalam dan luar kampus. Organisasi yang pernah diikuti adalah Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (Himalogin) sebagai staf pada biro Pemberdayaan Departemen Human Resources Development periode 2004/2005 dan sebagai manajer HRD pada organisasi AGRIFARMA IPB. Bulan Februari sampai April tahun 2007, penulis melaksanakan praktek lapang di industri VCO, yaitu PT Bogor Agro Lestari, Bogor, dengan judul “Pengawasan Mutu dan Produksi Bersih industri VCO PT Bogor Agro Lestari, Bogor, Jawa Barat”. Pada tahun 2007, penulis melaksanakan penelitian di Laboratorium Teknologi Kimia Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian serta Laboratorium Kimia Kayu dan Serat Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor dengan judul “Optimasi Suhu dan Konsentrasi Sodium Bisulfit (NaHSO3) pada Proses Pembuatan Sodium Lignosulfonat Berbasis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)”.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Illahi Robbi yang telah memberikan rahmat dan hidayahnya hingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. Penelitian yang berjudul “Optimasi Suhu dan Konsentrasi Sodium Bisulfit (NaHSO3) pada Proses Pembuatan Sodium Lignosulfonat Berbasis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)” ini ditulis sebagai salah satu syarat kelulusan pada Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian selama bulan Februari sampai September 2007 di laboratorium Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Walaupun demikian penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca yang memerlukan.
Bogor, Januari 2007
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu dan Bapak, kakak, adik-adikku dan seluruh keluargaku yang selalu
berjuang untuk keluarga dan diriku, terima kasih atas segala doanya 2. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA selaku dosen pembimbing akademik I dan
merupakan seorang Ibu yang baik dan sabar terhadap kami anak-anak bimbing beliau
3. Dr. Ir. Erliza hambali, MSi selaku dosen pembimbing akademik II yang telah membimbing dan memberikan semangat untuk maju
4. Dr. Ir. Endang Warsiki,MT selaku dosen penguji
5. Listya Mustika Dewi yang selalu memberi semangat dan dukungan dalam setiap perjuangan untuk menggapai impian
6. Teman-teman satu kost-an, Akhlis, Mr. Warobay dam Muad yang masih tetap setia dan selalu membantu disaat susah dan senang
7. Bapak Dhani dan Ibu Dhani, teh dede, dedi-nya Gheral, kang encek, halim, dadi dan semua keluarga pemilik kost yang selalu ramah dan baik serta pengertian
8. Bapak Gustan Pari dan Bapak Ismet dari Laboratorium Kimia Kayu Balai Penelitian Hasil Hutan Bogor, Bapak Suprihatin dan Mas Gunawan dari Laboratorium Kimia Kayu dan Serat Teknologi Hasil Hutan, serta Bapak Agus dari Laboratorium Visiologi dan Toksonomi Tanaman Departemen Proteksi Tanaman atas bantuannya selama penulis melaksanakan penelitian.
9. Bu Rini, Bu Ega, Bu Sri, Pak Gun, Pak Sugiardi, Pak Edi, Pak Yogi serta seluruh laboran di Departemen Teknologi Industri Pertanian atas bantuannya selama penulis melaksanakan penelitian.
10. Andika dan Omad, Hera dan Afni dan Darto dan Catur, tetap berjuang karena kita berasudara satu pembimbing.
11. Mas Tarwin, Puryani, Tim jagung Niken Riri, Kukuh,Dewi, Misbahul, mas hari dan semua anak-anak TIN 40 yang sedang berjuang untuk menjadi yang terbaik untuk diri dan orang-orang yang dicantainya.
12. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak ikut membantu hingga skripsi ini bisa terselesaikan.
Semaksimal mungkin usaha telah kami lakukan, namun karena masih adanya keterbatasan ilmu kami yang menyebabkan skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Segala bentuk kritik dan saran sangat kami harapkan agar skripsi ini dapat menjadi lebih baik.
Demikian, kami harapkan semoga penyusunan skripsi ini bisa bermanfaat bagi kami khususunya dan rekan-rekan pembaca pada umumnya.
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ...i
UCAPAN TERIMA KASIH ………...ii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ...vii
DAFTAR LAMPIRAN ...viii
I. PENDAHULUAN ...1
A. LATAR BELAKANG ...1
B. TUJUAN PENELITIAN ...4
C. RUANG LINGKUP ...5
II. TINJAUAN PUSTAKA ...6
A. SURFAKTAN ...6
B. LIGNOSULFONAT ...7
C. LIGNIN ... ...11
D. TKKS SEBAGAI SUMBER LIGNIN ...14
III. METODOLOGI PENELITIAN ...17
A. BAHAN DAN ALAT ... ...17
B. TATA LAKSANA PENELITIAN ...18
1. Tahap Persiapan Bahan ...18
2. Penelitian Utama ...21
C. RANCANGAN PERCOBAAN ...22
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...25
A. KARAKTERISTIK ISOLAT LIGNIN TKKS ...25
B. PENELITIAN UTAMA ...26
1. Persen Rendemen Sodium Lignosulfonat Hasil Sulfonasi Lignin TKKS ...27
2. Persen Kelarutan Sodium Lignosulfonat Hasil Sulfonasi Lignin TKKS ...35
C. PENCIRIAN GUGUS SODIUM LIGNOSULFONAT ...42
D. PENENTUAN KEMURNIAN SODIUM LIGNOSULFONAT ...48
V. KESIMPULAN DAN SARAN ...50
A. KESIMPULAN ...50
B. SARAN ...51
DAFTAR PUSTAKA ...52
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Kandungan kimia tandan kosong kelapa sawit (% berat kering) ...2
Tabel 2. Ketersediaan limbah padat tandan kosong kelapa sawit ... 3
Tabel 3. Komponen kimia tandan kosong kelapa sawit (persen berat kering) ...15
Tabel 4. Faktor dan kode faktor penelitian ...23
Tabel 5. Karakteristik isolat lignin TKKS ...25
Tabel 6. Hasil olah data penelitian dengan respon rendemen ...28
Tabel 7. Hasil olah data penelitian dengan respon Rendemen ...36
Tabel 8. Pita serapan spektrofotometer FT-IR isolat lignin dari serat tandan kosong kelapa sawit (cm-1)...43
Tabel 9. Pita serapan spektrofotometer FT-IR sodium lignosulfonat dari serat tandan kosong kelapa sawit (cm-1)...47
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Struktur lignosulfonat (Gargulak dan Lebo, 2000) ...9
Gambar 2. (1) p-koumaril alkohol, (2) koniferil alkohol, (3) sinapil alkohol ...11
Gambar 3. Struktur lignin kraft pine (www.ncbi.nlm.nih.gov) ...12
Gambar 4. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) ...15
Gambar 5. Diagram alir penelitian ...21
Gambar 6. Produk sodium lignosulfonat hasil percobaan ...27
Gambar 7. Grafik pola interaksi durasi waktu terhadap suhu...29
Gambar 8. Grafik respone surface method dengan respon persen rendemen sodium lignosulfonat ...32
Gambar 9. Contour permukaan respon rendemen sodium lignosulfonat ...33
Gambar 10. Grafik pola interaksi durasi waktu terhadap Suhu ...38
Gambar 11. Grafik respone surface method dengan respon rendemen sodium lignosulfonat...40
Gambar 12. Contour permukaan respon rendemen sodium lignosulfonat………...……….…...41
Gambar 13. Spektrum FT-IR indulin AT dengan isolat lignin hasil penelitian terbaik Heradewi (2007) ...44
Gambar 14. Spektrum FT-IR sodium lignosulfonat...46
Gambar 15. Nilai kemurnian (%) sodium lignosulfonat hasil percobaan. NaLS1-10=sodium lignosulfonat hasil percobaan pada titik percobaan dengan respon surface methode;NaLS11=sodium lignosulfonat pada titik validasi untuk respon rendemen;NaLS12=sodium lignosulfonat pada titik validasi untuk respon kelarutan ...48
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Pohon industri tandan buah segar kelapa sawit ...56 Lampiran 2. Prosedur analisis lignin TKKS ………....…………....….57 Lampiran 3. Prosedur analisis sodium lignosulfonat hasil sintesis dari lignin TKKS………....…...60 Lampiran 4. Data hasil analisis persen rendemen sodium lignosulfonat ……...62 Lampiran 5. Data hasil analisis persen kelarutan sodium lignosulfonat ...63 Lampiran 6. Hasil statistik pengaruh optimasi dan persen pengaruh variabel terhadap persen rendemen sodium lignosulfonat menggunakan SAS ... ...64 Lampiran 7. Hasil statistik pengaruh optimasi dan persen pengaruh variabel terhadap persen kelarutan sodium lignosulfonat
I. PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Surfaktan (surface active agent) adalah suatu senyawa aktif yang menurunkan tegangan permukaan dan digunakan sebagai bahan penggumpal, pembasah, binder, dispersant, pembusaan, emulsifier, komponen bahan adhesive, serta telah diaplikasikan secara luas pada berbagai bidang industri. Kemampuan surfaktan pada berbagai aplikasi tersebut dikarenakan surfaktan mempunyai gugus hidrofobik (non polar) dan gugus hidrofilik (polar) sehingga menyebabkan surfaktan cenderung berada pada antar muka antara fasa yang berbeda derajat polaritas dan ikatan hidrogen seperti minyak dan air (Georgou et al., 1992).
Perkembangan surfaktan tidak hanya dalam pencarian jenis surfaktan yang baru untuk suatu aplikasi tertentu di suatu industri, tetapi juga melakukan pencarian bahan baku baru yang potensial untuk pembuatan surfaktan. Salah satu bahan yang potensial untuk pembuatan surfaktan adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Bahan tersebut mempunyai potensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan surfaktan lignosulfonat, dikarenakan TKKS mempunyai kandungan lignin yang cukup besar, seperti terlihat pada Tabel 1. Surfaktan lignosulfonat adalah surfaktan yang berbasis lignin dalam pembuatannya. Selain hal tersebut, dikarenakan penggunaan TKKS selama ini masih belum optimal, sehingga diharapkan dapat meningkatkan penggunaan TKKS untuk bidang yang lebih luas.
Pemanfaatan TKKS yang umum dilakukan saat ini adalah digunakan sebagai mulsa di kebun, akan tetapi biaya transportasi yang dikeluarkan per unit nutrisi cukup tinggi dan dapat juga menimbulkan ledakan populasi hama kumbang yang mematikan tanaman kelapa sawit. Pemanfaatan lainnya adalah sebagai bahan baku dalam pembuatan pupuk organik (Darnoko et al., 1993).
Tabel 1. Kandungan kimia tandan kosong kelapa sawit (% berat kering) Komposisi Tun Tedja Irawadi, 1991 Pratiwi et al., 1988 Azemi et al., 1994 Darnoko et al., 1995 Lemak 5,35 - - - Protein 4,45 - - - Selulosa 32,55 35,81 40 38,76 Lignin 28,54 15,70 21 22,23 Hemiselulosa 31,70 27,01 24 -
Sari (zat ekstraktif) - - - 6,37
Pentosan - - - 26,69 Holoselulosa - - - 67,88 Abu - 6,04 15 6,59 Pektin - - - 12,85 Kelarutan dalam : - 1 % NaOH - Air panas (100oC) - Air dingin (30oC) - - - - - - - - - 29,96 13,89 16,17
Menurut Willyanto (1999), TKKS dalam pemanfaatannya dibakar di incenerator sehingga abunya dapat digunakan sebagai pupuk kalium. Namun usaha pembakaran TKKS tersebut ternyata tidak efektif dan dilarang oleh pemerintah karena dapat menimbulkan pencemaran udara. Selain itu, TKKS dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku bagi produk-produk yang berbasis selulosa seperti pulp dan kertas, gasifikasi untuk produksi panas, gula, furfural dan lignin (Susanto, 1999).
Potensi Indonesia sebagai produsen surfaktan yang disintesis dari TKKS sangat besar, mengingat Indonesia merupakan negara penghasil minyak kelapa sawit kedua terbesar di dunia setelah Malaysia. Luas areal perkebunan kelapa sawit di Indonesia semakin meningkat beberapa tahun terakhir ini. Hal tersebut terbukti dari data Dirjen Perkebunan (2005) yang menunjukkan bahwa luas areal perkebunan besar kelapa sawit selama delapan tahun terakhir (2000-2007) terus mengalami peningkatan. Peningkatan luas areal perkebunan tersebut akan menyebabkan penambahan jumlah produksi minyak kelapa sawit dan jumlah industri pengolahannya. Hal tersebut berimplikasi pada limbah padat yang dihasilkan industri minyak kelapa sawit ikut melimpah, khususnya berupa tandan kosong kelapa sawit. Ketersediaan limbah tandan
kosong yang dihasilkan dari industri minyak kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Ketersediaan limbah padat tandan kosong kelapa sawit Tahun Total Luas Areal
Perkebunan (ribu hektar)1)
Total Produksi Minyak Kelapa Sawit (ribu ton)1) TBS (ribu ton)2) TKKS (ribu ton)3) 2000 4158,1 7000,5 33335,8 7667,2 2001 4713,4 8396,5 39983,2 9196,1 2002 5067,1 9622,3 45820,7 10538,8 2003 5243,6 10440,8 49718,3 11435,2 2004 5284,7 10830,4 51573,3 12893,3 2005 5453,8 11861,6 56483,8 14120,9 2006 6074,9 13390,8 63765,7 15941,4 2007*) 6425,1 14151,9 67390,4 16847,6 Keterangan: 1) Dirjen Perkebunan, 2006
2) Dihitung berdasarkan rasio minyak sawit dan berat tandan buah segar (TBS) = 21 persen dari TBS (Darnoko,1992)
3) Dihitung berdasarkan 23 persen dari TBS (Darnoko,1992) *) Estimasi dengan Model Double Exponential Smoothing
Lignosulfonat merupakan surfaktan alami yang banyak digunakan di industri. Penggunaan lignosulfonat sangat beragam, yaitu sebagai penstabil dalam industri pengeboran minyak, pelarut dalam industri tekstil, emulsifier dalam pembuatan pelumas, bahan perekat untuk papan gipsum, bahan aditif untuk media kultur, sebagai plasticizer pada adonan beton, sebagai water reducing admixture dan juga sebagai water retarder.
Lignosulfonat merupakan surfaktan yang bersifat larut air sehingga banyak digunakan juga sebagai bahan admixture, yaitu untuk membantu proses pengadukan dalam cement mill dan membuat konstruksi bangunan menjadi lebih kokoh karena lignosulfonat juga merupakan binding agent yang baik.
Menurut Gargulak dan Lebo (2000), produksi lignosulfonat di seluruh dunia diperkirakan 8,9 x 105 ton/tahun dan sekitar 50% digunakan sebagai bahan admixture. Besarnya penggunaan lignosulfonat sebagai admixture untuk beton dan semen, yaitu sekitar 4,45 x 105 ton/tahun dikarenakan keunggulan yang dimiliki lignosulfonat dibandingkan polimer lain.
Keunggulan tersebut, yaitu lignosulfonat secara esensial tidak bersifat toksik dan berasal dari bahan alami sehingga dapat diperbaharui, dibandingkan polimer sintetik dan polimer yang berbasis petrokimia. Jenis polimer sintetik dan polimer yang berbasis petrokimia yang dapat digantikan dengan lignosulfonat adalah naftalena formaldehida sulfonat (Sulfonated Naphtalene Formaldehyde/SNF) dan melamin formaldehida sulfonat (Sulfonated Melamine Formaldehyde/SMF).
Penelitian mengenai optimasi produksi lignosulfonat berbasis TKKS ini dilakukan dengan memodifikasi penelitian yang telah dilakukan Syahmani (2000), Kamouen et al. (2003), Dilling (1986) dan Tesar (2007). Surfaktan lignosulfonat yang dihasilkan merupakan jenis sodium lignosulfonat karena menggunakan sodium bisulfit (NaHSO3) sebagai agen penyulfonasinya. Permukaan respon yang diharapkan dari pengaruh faktor suhu dan konsentrasi sodium bisulfit adalah rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pengaruh suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap permukaan respon dari parameter tersebut, sehingga dapat ditentukan titik optimalnya.
B. TUJUAN
Tujuan umum dari dilakukan kegiatan penelitian ini adalah Untuk memanfaatkan lignin hasil isolasi dari limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) sebagai surfaktan sodium lignosulfonat. Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan informasi mengenai pengaruh faktor suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat dalam proses sulfonasi lignin berbasis TKKS.
2. Mendapatkan informasi mengenai kondisi optimal suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat dalam proses sulfonasi lignin berbasis TKKS.
C. RUANG LINGKUP
Ruang lingkup penelitian ini meliputi isolasi lignin dari TKKS dengan metode terbaik hasil penelitian Heradewi (2007). Hasil penelitian tersebut yaitu, delignifikasi dari TKKS dengan proses organosolv pada kondisi isolasi lindi hitam NaOH 10% dan dengan proses pengasaman menggunakan asam sulfat (H2SO4) 20%.
Setelah didapatkan lignin, kemudian melakukan uji pengaruh faktor suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat. Ruang lingkup selanjutnya, yaitu melakukan optimasi suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap parameter rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat dan kemudian dilanjutkan dengan pengujian kemurnian menggunakan spektrofotometer UV serta melakukan pengujian gugus fungsi sodium lignosulfonat dengan FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy).
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. SURFAKTAN
Surfaktan merupakan senyawa aktif penurunan tegangan permukaan (surface active agent) yang digunakan sebagai bahan penggumpal, pembasah, pembusaan, emulsifer, komponen bahan adhesif, serta 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 fasa yang berbeda derajat polaritas dan ikatan hidrogen seperti minyak dan air. Pembentukan film pada antar muka ini menurunkan energi antar muka dan menyebabkan sifat-sifat khas molekul surfaktan (Georgou et al, 1992).
Sifat-sifat surfaktan adalah mampu menurunkan tegangan permukaan, tegangan antar muka, meningkatkan kestabilan partikel yang terdispersi dan mengontrol sistem emulsi (misalnya oil in water (o/w) atau water in oil (w/o)). Di samping itu, surfaktan akan terserap ke dalam permukaan partikel minyak atau air sebagai penghalang yang akan mengurangi atau menghambat penggabungan dari partikel yang terdispersi (Rieger, 1985). Menurut Swern (1979), kemampuan surfaktan untuk meningkatkan kestabilan emulsi tergantung dari kontribusi gugus polar (hidrofilik) dan gugus non polar (lipofilik).
Secara umum surfaktan dapat dibagi atas empat kelompok, yaitu kelompok anionik, nonionik, kationik dan amfoterik. Jenis surfaktan yang dipilih pada proses pembuatan suatu produk tergantung pada kinerja dan karakteristik surfaktan tersebut serta karakteristik produk akhir yang diinginkan. (Matheson, 1996).
Surfaktan anionik adalah molekul yang bermuatan negatif pada bagian hidrofilik atau aktif permukaan. Sifat hidrofilik tersebut disebabkan karena keberadaan gugus ionik yang sangat besar, seperti gugus sulfat atau sulfonat. Surfaktan kationik adalah senyawa yang bermuatan positif pada gugus hidrofiliknya atau bagian aktif permukaan. Sifat hidrofiliknya umumnya disebabkan karena keberadaan garam ammonium, seperti quarternery
ammonium salt (QUAT). Surfaktan nonionik adalah surfaktan yang tidak bermuatan atau tidak terjadi ionisasi molekul. Sifat hidrofiliknya disebabkan karena keberadaan gugus oksigen eter atau hidroksil. Surfaktan amfoterik adalah surfaktan yang bermuatan positif dan negatif pada molekulnya, dimana muatannya bergantung pada pH. Pada pH rendah akan bermuatan negatif dan pada pH tinggi akan bermuatan positif (Matheson, 1996 a).
B. LIGNOSULFONAT
Lignosulfonat merupakan hasil sulfonasi lignin dan garamnya menghasilkan garam lignosulfonat seperti sodium lignosulfonat, magnesium lignosulfonat dan ammonia lignosulfonat. Tujuan dilakukan sulfonasi adalah untuk mengubah sifat sifat hidrofilitas dari lignin yang kurang polar (kurang larut dalam air). Dengan memasukkan gugus sulfonat yang lebih polar ke dalam gugus hidroksil, sehingga akan meningkatkan sifat hidrofilitasnya sehingga lignosulfonat larut dalam air.
Lignosulfonat termasuk dalam kelompok surfaktan anionik dan bersifat larut dalam air. Sifat larut air yang dimiliki lignosulfonat membuatnya banyak digunakan sebagai bahan tambahan kimia (admixture) untuk membantu proses pengadukan dalam cement mill, dan membuat konstruksi bangunan menjadi lebih kokoh karena lignosulfonat juga bersifat sebagai pengikat (binding agent) yang sangat baik (Askvik et al. 2001;Flider 2001;Rosen & Dahanayake, 2000).
Sedangkan menurut ASTM Standard C 494-79 (Specific for water reducing admixtures for Concrete), asam atau garam lignosulfonat adalah bahan tambahan kimia yang termasuk jenis Water Reducing Admixture (plasticizer). Prinsip dari komponen aktif bahan tambahan kimia jenis ini sebagai Surface Active Agent (Surfactant) yaitu memiliki kemampuan untuk menyebarkan atau deflokulan partikel-partikel semen. Senyawa utama penyusun lignosulfonat adalah senyawa fenolik bebas, karbosiklik dan polisakarida. Struktur lignosulfonat dapat dilihat pada Gambar 1.
Dilling (1986) telah memperoleh paten (US paten 4.590.262) pada pembuatan sodium lignosulfonat sebagai bahan pewarna dan bahan pasta tinta.
Lignin disulfonasi dengan pereaksi sodium sulfit (Na2HSO3) ataupun dengan sodium bisulfit (NaHSO3), dan disarankan lebih baik menggunakan pereaksi sodium bisulfit (NaHSO3). Sodium bisulfit (NaHSO3) memiliki keunggulan, yaitu produk yang dihasilkan berwarna lebih cerah, mudah diaplikasikan pada skala produk kecil dan dapat digunakan secara batch process. Reaksi sulfonasi dilakukan 4-8 jam, pada tekanan atmosfir dengan suhu sekitar 80o-100oC, atau pada tekanan yang lebih tinggi dengan suhu sekitar 120o-140oC, dan proses berlangsung pada pH 6,3-7.
Tahun 1990, Dilling et al. (US patent 4.892.588) telah meneliti dan mematenkan proses pembuatan lignosulfonat melalui metode sulfonasi antara lignin dengan senyawa sodium sulfit dan sodium bisulfit. Pereaksi sulfit yang digunakan yaitu sekitar 2,5-3,5 mol per 1000 g lignin. Proses berlangsung pada pH awal di bawah 6,6 dan suhu proses sekitar 170 oC. Selama proses berlangsung pH reaksi meningkat hingga sekitar 7,5. Produk yang dihasilkan digunakan sebagai dispersan dalam komposisi warna dan karbon hitam.
Proses sulfonasi konvensional umumnya dilakukan dengan sulfonasi lignin yaitu mereaksikan lignin (25 % padatan) dengan formaldehid dan sodium sulfit. Proses sulfonasi ini terbagi menjadi dua reaksi yaitu(1) Metilolat dimana lignin bereaksi dulu dengan formaldehid membentuk methylolated lignin pada suhu 70 oC selama 1 jam, dan (2) Sulfonasi dimana methylolated lignin bereaksi dengan sodium sulfat membentuk sodium lignosulfonat pada suhu 140 oC selama 2 jam. Keberhasilan proses sulfonasi tergantung pada kondisi larutan lignin, suhu dan pH (Fengel & Wegner, 1995 ; Gargulak dan Lebo, 2000)
Syahmani (2000) telah melakukan Sulfonasi terhadap 1 gram lignin dengan sodium bisulfit pH 5, suhu 100oC dan proses sulfonasinya selama 4 jam. Sodium lignosulfonat yang dihasilkan dengan rendemen 2,2 gram dan kemurnian 83,93%. Sodium lignosulfonat hasil penelitian jika dibandingkan dengan urea tablet komersial, lignin dan lignin asetat menunjukkan bahwa urutan kecepatan pelarutan urea dari yang cepat sampai yang lambat, yaitu sodium lignosulfonat-urea, urea tablet komersial, lignin-urea, dan lignin urea. Selain itu, efek binder yang baik ditunjukkan oleh lignin asetat-urea 12% b/b, lignin-asetat-urea 6% b/b, dan sodium lignosulfonat-asetat-urea 6% b/b. Hal
Gambar 1. Struktur lignosulfonat (Gargulak dan Lebo, 2000) O H2 C-CH-OH O SO3M OCH3 O CH OCH3 CH H2C-OH OCH3 CH CH CH2 OH O CH-SO3 CH2 CH OCH3 CH CH2OH CH-SO3M CH-SO3M HOH2C H OCH3 CH-CH2OH CH-SO3M OCH3 O CH3O OH CH-SO3M CH OH CH3O CH3O CH3OH CH2OH CH CH2 O
tersebut disebabkan karena kurva pelarutannya relatif landai, sehingga akan menyediakan urea secara lebih seragam.
Kamoun et al. (2003) juga telah melakukan sulfonasi lignin yang berasal dari lindi hitam industri pulp berbahan baku esparto (sejenis rerumputan). Lignin (pH lignin = 3-4) direaksikan dengan campuran sulfit formaldehida (rasio mol; 0,6 : 0,8), suhu sulfonasi 130-160oC, pada pH 7-9, selama waktu 3-6 jam. Konsentrasi sulfit yang digunakan berkisar dari 20-50% dari berat lignin. Lignosulfonat yang dihasilkan dapat larut di dalam air, di dalam asam asetat glacial dan di dalam asam sulfat yakni (pH>1,5). Dzikrullah (2007) memodifikasi proses sulfonasi diatas dengan melakukan sulfonasi lignin isolat lindi hitam pabrik pulp dengan mencampurkan sodium bisulfit pada konsentrasi 40, 50 dan 60% dari bobot lignin.
Gargulak dan Lebo (2000) melaporkan lignosulfonat dapat bertindak sebagai surfaktan , agen pemisah, agen pengikat, dan stabilizer. Berbagai macam kegunaan lignosulfonat antara lain:
1) Sebagai penstabil tanah saat pengeboran dalam industri perminyakan 2) Sebagai pelarut dalam industri tekstil
3) Meningkatkan viskositas dari minyak yang memiliki densitas rendah, serta sebagai emulsifier untuk membuat pelumas
4) Bertindak sebagai pengikat debu/partikel dari batu bara, dan saat ini aplikasinya juga banyak dalam industri batu bata untuk menghasilkan pembakaran dengan asap yang minimum.
5) Sebagai bahan pembantu proses pengadukan dalam gilingan semen (cement mill)
6) Sebagai bahan penghambat dalam semen untuk memperlambat proses pengeringan adonan untuk menghindari terjadinya keretakan dalam konstruksi bangunan
7) Sebagai bahan aditif dalam industri karet
C. LIGNIN
Lignin merupakan polimer yang tidak bersifat toksik, kegunaan lignin, yaitu dispersan untuk insektisida, herbisida, peptisida, zat warna, pengemulsi, penstabil campuran untuk aspal, sebagai aditif lumpur pengeboran, beton, penggilingan semen (Fengel dan Wenger,1999). Lignin dibentuk di dalam batang kayu tumbuhan. Lignin merupakan komponen makromolekul kayu ketiga. Struktur molekul lignin sangat berbeda bila dibandingkan dengan polisakarida karena terdiri atas sistem aromatik yang tersusun atas unit-unit fenil propana. Selama perkembangan sel, lignin dimasukkan sebagai komponen terakhir dalam dinding sel, menembus diantara fibril-fibril sehingga memperkuat dinding sel. p-hidroksinamil alkohol p-koumaril alkohol, koniferil alkohol dan sinapsil alkohol merupakan senyawa induk (prekursor) primer seperti pada Gambar 2 dan prekursor tersebut merupakan unit pembentuk lignin (Fengel dan Wegner, 1995).
Sedangkan menurut Systrom (1995), lignin adalah polimer kompleks dengan bobot molekul tinggi dan tersusun atas satuan-satuan fenilpropana. Senyawa ini sangat stabil, sulit dipisahkan dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam, sehingga struktur lignin pun bermacam-macam.
Lignin secara fisik membungkus mikrofibril selulosa dalam suatu matriks hidrofobik dan terikat secara kovalen baik pada selulosa maupun hemiselulosa (Said, 1994). Lignin ada di dalam dinding sel maupun di daerah antar sel (lamela tengah) dan menyebabkan kayu menjadi keras dan kaku sehingga mampu menahan tekanan mekanis yang besar. Konsentrasi lignin tertinggi
CH3 OH CH2OH HC CH3 OH OCH3 CH2OH HC CH3 OH OCH3 H3CO CH2OH HC 1 2 3
terdapat dalam dinding sel, yaitu pada bagian lamela tengah dan akan semakin mengecil pada lapisan di dinding sekunder (Sjostrom, 1995).
Lignin dapat dibagi menjadi beberapa kelas menurut unsur-unsur strukturnya, yaitu (Sjostrom,1995): (i) Lignin guaiasil, yaitu lignin yang terdapat pada kayu lunak dan sebagian besar merupakan produk polimerisasi dari koniferil alkohol. (ii) Lignin guaiasil-siringil, yaitu lignin yang khas dari kayu keras dan merupakan kopolimer dari koniferil alkohol dan sinapil alkohol.
Menurut sugesty et al. (1986), lignin diberbagai jenis tanaman memiliki unit penyusun yang berbeda-beda. lignin pada jenis gymnosperms terdiri dari unit guaiasil, lignin pada jenis angiosperms terdiri dari unit guaiasil dan siringil, sedangkan pada jenis rumput-rumputan (non kayu) terdiri dari unit guaiasil, siringil dan p-hidroksifenil. Pada Gambar 3. diperlihatkan struktur polimer lignin dari proses kraft (Indulin AT).
Menurut Kirk dan Othmer (1952), lignin terdiri dari 61-65% karbon, 5,0-6,1% hidrogen dan oksigen dengan panas pembakaran sebesar 11,300 B.t.u/lb
(6,280 kal/gram). Secara fisis lignin berwujud amorf (tidak berbentuk), berwarna kuning cerah dengan bobot jenis berkisar antara 1,3-1,4 bergantung pada sumber ligninnya dan indeks refraksi sebesar 1,6. Lignin bersifat tidak larut dalam air, larutan asam dan larutan hidrokarbon. Dikarenakan lignin tidak larut dalam asam sulfat 72%, maka sifat ini sering digunakan untuk uji kuantitatif lignin. Lignin tidak dapat mencair, tetapi akan melunak dan kemudian menjadi hangus bila dipanaskan. Lignin yang diperdagangkan larut dalam alkali encer dan dalam beberapa senyawa organik.
Polimer lignin tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan bentuk pada bentuk dasarnya. Lignin yang melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisa karena adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metana, asam asetat dan vanilin. Pada bagian lainnya, lignin mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989). Menurut Achmadi (1990), lebih dari dua per tiga unit fenil propana dalam lignin dihubungkan dengan ikatan eter, sedangkan sisanya (1/3) melalui ikatan karbon-karbon.
Lignin tidak dapat dipakai secara langsung dalam pemanfaatannya, karena sifat hidrofilitasnya belum sesuai dengan yang digunakan. Modifikasi struktur lignin bertujuan untuk mengubah sifat hidrofilitas dari lignin. Lignin dapat disulfonasi dengan sulfat asam bisulfit menghasilkan sodium lignosulfonat ( Fengel dan wegner, 1999).
D. TKKS SEBAGAI SUMBER LIGNIN
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) merupakan tanaman berkeping tunggal yang termasuk dalam spesies guineensis, genus elaeis, famili Arecaceae,ordo Palmae, sub divisi Pterospida,divisi Tracheophyta sub kelas Monocotlyedonae, dan kelasAngiospermae. (Hartley,1967;1988).
Tandan sawit merupakan bagian dari pohon kelapa sawit yang berfungsi sebagai tempat untuk buah kelapa sawit. Setiap tandan mengandung sekitar 62 – 70% buah dan sisanya adalah tandan kosong yang belum dimanfaatkan secara optimal (Naibaho, 1992). ).
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah utama dari industri pengolahan kelapa sawit menjadi minyak sawit. Basis satu ton tandan buah segar (TBS) yang diolah akan dihasilkan minyak sawit kasar (CPO) sebanyak 0,21 ton (21%) serta minyak inti sawit (PKO) sebanyak 0,05 ton (5%) dan sisanya merupakan limbah dalam bentuk tandan buah kosong, serat dan cangkang biji yang jumlahnya masing-masing sekitar 23%, 13,5% dan 5,5% dari tandan buah segar.(Darnoko, 1992). Pohon industri dari tandan buah segar (TBS) kelapa sawit dapat dilihat pada Lampiran 1.
Tandan kosong kelapa sawit banyak dijumpai disekitar pabrik minyak kelapa sawit, merupakan limbah berlignoselulosa yang belum dimanfaatkan secara efektif. Menurut Darwis et al. (1988), pemanfaatan limbah padat (selain bungkil inti sawit) belum optimal. Tandan kosong kelapa sawit baru dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler atau dibuang di jalan-jalan di daerah perkebunan kelapa sawit untuk mengeraskan jalan.
Selain itu, menurut (Naibaho, 1990) bahwa TKKS mengandung 30-35% K2O dan 3-5% MgO sehingga dapat dibakar menjadi abu yang cukup berguna sebagai pupuk dan untuk menetralkan pH hasil samping cair pabrik pengolahan minyak sawit, akan tetapi mendapat masalah dalam aplikasinya yaitu dapat mengganggu lingkungan dan kesehatan para pekerja. Tandan kosong dan serat dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp, namun kualitas kertas yang dihasilkan masih rendah oleh sebab itu diperlukan penelitian yang lebih mendalam.
Tandan kosong kelapa sawit, seperti pada kayu ataupun tanaman lainnya mengandung unsur kimiawi lemak, protein, selulosa, lignin dan hemiselulosa. Komposisi kimiawi yang demikian memungkinkan pemanfaatan limbah TKKS untuk dijadikan substrat (bahan dasar) dalam pembuatan asam-asam organik, pelarut aseton, butanol, etanol, protein sel tunggal, zat antibiotika, xanthan dan bahan kimia lainnya melalui biokonversi (Tsao, 1978 dalam Said, 1994). Selain itu, Menurut Azemi et al. (1994) tandan kosong kelapa sawit juga merupakan polimer alami golongan polisakarida. Sel-selnya terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin. Selulosa membentuk kerangka yang dikelilingi oleh senyawa-senyawa lain yang berfungsi sebagai matriks
(hemiselulosa) dan bahan-bahan yang melapisi (lignin) yang membuatnya mempunyai sifat elastis dan kuat.
Penampakan visual TKKS dapat dilihat pada Gambar 4 dan komponen kimia tandan kosong kelapa sawit dari hasil berbagai penelitian dapat dilihat pada Tabel 3.
Gambar 4. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS)
Tabel 3. Komponen kimia tandan kosong kelapa sawit (persen berat kering)
Komposisi (%) Tun Tedja Irawadi, 1991 Pratiwi et al., 1988 dalam Said, 1994 Azemi et al., 1994 dalam Said, 1994 Darnoko et al., 1995 Lemak 5,35 - - - Protein 4,45 - - - Selulosa 32,55 35,81 40 38,76 Lignin 28,54 15,70 21 22,23 Hemiselulosa 31,70 27,01 24 -
Sari (zat ekstraktif) - - - 6,37
Pentosan - - - 26,69 Holoselulosa - - - 67,88 Abu - 6,04 15 6,59 Pektin - - - 12,85 Kelarutan dalam: - 1 % NaOH - Air panas (100oC) - Air dingin (30oC) - - - - - - - - - 29,96 13,89 16,17
III. METODE PENELITIAN
A. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan
Bahan baku utama yang digunakan adalah lignin hasil isolasi dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Isolasi dilakukan dengan metode presipitasi asam terbaik, dan proses pulping terbaik dari hasil penelitian Heradewi (2007). Bahan baku TKKS berasal dari industri pengolahan minyak kelapa sawit PT Condong, Garut - Jawa Barat, sedangkan bahan kimia yang digunakan dalam proses isolasi, sulfonasi dan analisis, yaitu etanol/alkohol, aseton teknis, benzen, sodium bisulfit (NaHSO3), metanol, NaOH, NaCl, H2SO4, HCl, indikator phenolpthalin, kertas pH, kertas saring, air bebas ion dan air suling/aquades
2. Alat
Peralatan yang digunakan untuk persiapan bahan antara lain golok, loyang besar untuk mengeringkan bahan, alat penggiling (willey mill) dan alat penyaring (vibro type merek RETSCH) ukuran 0,710 – 0,500 mm. Peralatan yang digunakan untuk isolasi dan sulfonasi diantaranya adalah oven suhu 103°C ± 2°C, tanur suhu 400-600°C, penangas air, kompor listrik, cawan alumunium, cawan porselen, neraca analitik, desikator, kaca arloji, erlenmeyer, pipet tetes dan pipet volumetrik, alat soxhlet apparatus, labu ekstraksi 1.000 ml, pendingin tegak, heating mantle, digester, termometer, buret, batu didih, kertas saring Whatman No.42, kertas saring tidak berabu, gelas ukur, gelas piala, labu takar, mortar, pH meter, corong, sentrifuse, saringan nylon 20 µm, saringan vakum, rotary evaporator, spatula kaca, sudip, dan labu leher tiga 1000 ml. Sedangkan peralatan untuk analisis sodium lignosulfonat, yaitu spektrometer uv double beam dan spektrofotometer FT-IR.
B. TATA LAKSANA PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan melalui dua tahapan, yaitu tahap persiapan bahan dan tahap sintesa senyawa lignosulfonat. Tahap persiapan bahan bertujuan untuk mendapatkan isolat lignin dari TKKS dan karakteristik lignin yang dihasilkan. Tahap ini terdiri dari persiapan TKKS, pembuatan serpihan TKKS bebas zat ekstraktif, delignifikasi serpihan TKKS, isolasi lignin dari lindi hitam TKKS dan karakterisasi isolat lignin. Pada tahap sintesa senyawa lignosulfonat dilakukan dengan mengkaji pengaruh faktor suhu dan konsentrasi sodium bisulfit pada proses sulfonasi lignin, menghitung rendemen, pengujian kelarutan sodium lignosulfonat, analisis kemurnian dengan spektrofotometer UV dan analisis gugus fungsi dengan spektrofotometer FT-IR.
1. Tahap Persiapan Bahan a. Persiapan Bahan TKKS
Tahap persiapan bahan ini dilakukan untuk mendapatkan serat (fibrous form) dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang dihasilkan oleh industri minyak kelapa sawit (CPO). Untuk mendapatkan serat, TKKS dibersihkan dari sisa kulit buah sawit kemudian diuraikan menjadi bentuk serat dan dikeringkan di udara terbuka (sinar matahari) selama satu minggu. Serat TKKS yang telah kering dipotong dengan ukuran panjang ± 30 mm. Serat tersebut kemudian digiling menggunakan mesin penggiling (willey mill). Setelah itu, serat hasil penggilingan dipisahkan antara serat panjang, pendek, dan debu yang menempel dengan menggunakan alat penyaring (vibro type) berdiameter 0,710 mm – 0,500 mm.
b. Pembuatan serpihan TKKS bebas zat ekstraktif
Sejumlah serpihan TKKS terlebih dahulu dibersihkan dan dikeringkan. Pengeringan serpihan dilakukan di dalam oven pada suhu 60oC selama 16 jam. Serpihan yang telah dikeringkan diekstraksi dengan menggunakan toluen dan etanol dengan perbandingan 1:2 (v/v) selama 6 jam pada soxhlet apparatus. Setelah itu, serpihan TKKS tersebut di
ekstraksi kembali menggunakan etanol teknis 96% selama 3 jam pada soxhlet apparatus. Residu hasil pengeringan oven tersebut diekstraksi kembali dengan menggunakan air pada suhu 100oC selama 1 jam sehingga didapatkan serpihan TKKS yang bebas zat ekstraktif.
c. Delignifikasi serpihan TKKS
Serpihan TKKS yang bebas zat ekstraktif dilakukan pemasakan di dalam digester untuk mendapatkan lindi hitam (black liquor) TKKS. Serpihan TKKS, larutan pemasak dan bahan kimia ditetapkan dengan komposisi terbaik hasil penelitian Heradewi (2007), komposisi tersebut dimasukkan ke dalam digester. Pemasakan ini dilakukan dua tahap, yaitu pemasakan dari suhu kamar sampai suhu maksimum (waktu reaksi) dan pemasakan yang dipertahankan pada suhu maksimum (waktu pada suhu maksimum) selama waktu tertentu.
Kondisi delignifikasi serpihan TKKS terdiri dari : • Berat kering serpihan (BKS) TKKS : 250 gram
• Larutan pemasak : 10:1 (v/b) terhadap BKS • Komposisi larutan pemasak : etanol teknis 95% : air (1:1) • Katalis (NaOH) : 10% terhadap BKS
• Suhu maksimum : 170oC
• Waktu reaksi : 1,5 jam
• Waktu pada suhu maksimum : 1 jam
Hasil delignifikasi terdiri atas dua bagian yaitu lindi hitam dan serpihan (pulp) yang agak lunak. Serpihan yang dihasilkan dicuci dengan aseton teknis, kemudian dengan air dan sisa cairan pencucian ditambahkan pada lindi hitam tersebut. Lindi hitam disaring dengan menggunakan kain nylon 20 µm untuk memisahkan bahan terlarut dalam lindi hitam (filtrat) dan tidak terlarut (residu).
d. Isolasi lignin dari lindi hitam TKKS
Isolasi lignin dilakukan dengan menggunakan metode terbaik hasil penelitian Heradewi (2007). Isolasi tersebut mengacu pada metode yang dikembangkan Kim et al. (1987). Sebanyak 500 ml lindi hitam yang
telah disaring (filtrat) diendapkan ligninnya dengan cara titrasi oleh asam (H2SO4) dengan konsentrasi 20% (persen v/v). Titrasi dilakukan secara perlahan-lahan (± 1 ml per menit) sampai pH 2, kemudian didiamkan minimal selama 8 jam agar pengendapan sempurna. Endapan lignin dipisahkan dari lindi hitam yang telah diasamkan dengan menggunakan alat sentrifuse (4500 rpm, 20 menit). Untuk meningkatkan kemurnian lignin, endapan lignin tersebut dilarutkan kembali kedalam larutan alkali yaitu NaOH 1 N, kemudian larutan lignin diendapkan kembali dengan cara titrasi menggunakan asam (H2SO4) seperti proses pengendapan pertama. Endapan lignin dipisahkan kembali dari larutannya dengan menggunakan alat sentrifuse, kemudian disaring dengan kertas saring Whatman No.42 sehingga dihasilkan larutan lignin dengan kemurnian yang lebih tinggi. Selanjutnya endapan dicuci menggunakan H2SO4 0,01 N, dilanjutkan pencucian dengan aquades dan disaring menggunakan penyaring vakum. Endapan yang telah dicuci dikeringkan dalam oven (50-60oC) selama 24 jam sehingga dihasilkan lignin berbentuk serbuk/tepung.
e. Karakterisasi Isolat Lignin
Karakterisasi isolat lignin meliputi rendemen, kadar lignin, keasaman lignin (pH), kadar metoksil, bobot molekul, kelarutan lignin dan analisa isolat lignin dengan spektrofotometer FT-IR. Prosedur karakterisasi dapat dilihat pada Lampiran 2.
2. Penelitian Utama
a. Tahapan Penelitian Utama
Pentahapan kerja penelitian utama dapat dihat pada Gambar 5.
b. Prosedur Kerja Penelitian Utama 1) Prosedur Sulfonasi lignin
Lignin dengan berat tertentu (5 gram) disuspensikan dengan 150 ml air atau perbandingan lignin:air (10:15 w/w), dalam labu bulat leher 3 ukuran 1000 ml dan diaduk menggunakan magnetik-stirrer. Suspensi ini ditambahkan sodium bisulfit pada taraf percobaan 40-60% bobot lignin, sampai pH 5 yang ditunjukkan dalam skala indikator pH universal. Campuran tadi diaduk dengan pengaduk magnetik stirrer
Mulai
Persiapan bahan dan alat sulfonasi
Penentuan pengaruh konsentrasi sodium bisulfit
sebagai agen pensulfonasi dan suhu sulfonasi Penentuan kondisi optimum
faktor yang berpengaruh
Selesai
dan dikondisikan pada suhu reaksi pada taraf percobaan 80-100oC. Proses ini dilakukan dengan pemanasan selama 4 jam yang dimonitor dengan termometer.
2) Prosedur pemurnian hasil sulfonasi
Hasil reaksi berupa produk lignosulfonat, sisa reaksi (lignin dan sodium bisulfit) serta air. Proses pemisahan produk lignosulfonat dan pemurnian hasil dilakukan melalui beberapa tahap, yaitu:
a. Hasil refluks didestilasi untuk menguapkan air pada suhu 100oC, guna
mengurangi volume
b. Larutan yang telah pekat disaring menggunakan corong buchner, kemudian didapatkan filtrat berupa sodium lignosulfonat yang masih mengandung lignin
dan sodium bisulfit (sisa reaksi)
c. Filtrat kemudian ditambahkan metanol sambil dikocok kuat sehingga
bisulfit terendapkan dan disaring menggunakan corong buchner d. Filtrat sodium lignosulfonat dan sisa lignin diuapkan untuk
memekatkan sodium lignosulfonat
e. Sodium lignosulfonat pekat yang diperoleh dikeringkan dalam oven
vakum suhu 60oC, kemudian ditimbang sampai diperoleh berat konstan. Setelah itu, ditentukan persen berat rendemennya, kelarutan, kemurnian lignosulfonat yang ditentukan dengan spektrofotometer UV dan diamati gugus fungsinya dengan spektrum FTIR. Prosedur pengujian tersebut dapat dilihat pada Lampiran 3.
C. RANCANGAN PERCOBAAN
Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan faktorial dua tingkat (two taraf factorial design) dengan dua variabel yaitu suhu reaksi (X1) dan konsentrasi reaktan (X2). Rancangan percobaan tersebut langsung dijalankan dengan menggunakan central composite design untuk menentukan kondisi optimasi. Optimasi dilakukan dengan menggunakan metode permukaan respon (response surface methode) (Box et al., 1978). Model rancangan percobaan untuk mengetahui pengaruh dari kedua variabel terhadap respon utama yang diinginkan adalah sebagai berikut :
=
+
∑
+
∑
+
∑
= < = 2 1 2 1 2 i j i i i ii j i ij i i oa
x
a
x
x
a
x
a
Y
Keterangan :Y
= Respon dari masing-masing perlakuan = Parameter regresi
x
i = Pengaruh linier variabel utama
x
ix
j = Pengaruh linier dua variabelxi2 = Pengaruh kuadratik variabel utama
Respon yang diinginkan adalah rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat. Tabel 4. Faktor dan kode faktor penelitian
Faktor Kode Faktor
Konsentrasi NaHSO3 (%b/b) Suhu reaksi (oC) X1 X2 40 80 -1 -1 60 80 1 -1 40 100 -1 1 60 100 1 1 50 90 0 0 50 90 0 0 50 90 0 0 35,9 90 -1,4 0 64,1 90 1,4 0 50 75,9 0 -1,4 50 104,1 0 1,4
Hasil interaksi antar faktor yang dikaji dalam reaksi kemudian dianalisis kembali dengan analisis statistik untuk mengetahui pengaruh faktor suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap respon, yaitu dengan mendapatkan koefisien parameter regresi, persen signifikansi (selang kepercayaan) dan pola interaksi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon. Selain itu, analisis statistik tersebut juga untuk mendapatkan kondisi optimum atau nilai terbaik pada nilai rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat.
Nilai-nilai yang didapatkan tersebut kemudian digunakan untuk mengetahui persen pengaruh faktor (Cowan, 1949), dimana persen pengaruh menggambarkan pengaruh perubahan faktor terhadap permukaan respon. Adapun persamaan persen pengaruh sebagai berikut:
Persen pengaruh: F x 100% αo (Xh-Xi)
Keterangan: F : pendugaan parameter αo : intersep
Xh : nilai tinggi faktor Xi : nilai rendah faktor
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KARAKTERISTIK ISOLAT LIGNIN TKKS
Lignin hasil isolasi dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) disebut dengan isolat lignin. Proses isolasi lignin menggunakan metode terbaik dari Heradewi (2007). Isolat lignin tersebut kemudian dilakukan karakterisasi, seperti rendemen, kemurnian,, pH, bobot ekuivalen, kadar metoksil dan kelarutan dalam air bersuhu 30oC. Karakteristik lignin hasil isolasi dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Karakteristik isolat lignin TKKS
No Karakteristik Hasil Analisis
1 Rendemen 19,95 %
2 Kemurnian 88,39 %
3 pH 3, 23
4 Bobot ekuivalen 3, 943
5 Kadar metoksil 1,92%
6 Kelarutan dalam air 30oC 46,1%
Hasil karakteristik isolat lignin menunjukkan kondisi lignin sebelum dilakukan proses sulfonasi untuk menghasilkan sodium lignosulfonat. Rendemen yang dihasilkan dari proses isolasi cukup tinggi, yaitu 19, 95%. Selain itu, karakteristik kemurnian yang tinggi, yaitu sebesar 88, 39%. Dengan kondisi tersebut diharapkan dapat menghasilkan lignosulfonat yang baik. Kondisi pH isolat lignin rendah, yaitu 3, 23% dikarenakan proses ini melalui perlakuan pengasaman.
Lignin hasil isolasi dengan menggunakan H2SO4 dan HCl banyak mengandung asam asetat, asam laktat, asam format dan asam-asam lainnya. Selain itu, adanya ikatan lignin-karbohidrat memungkinkan terjadinya degradasi senyawa-senyawa karbohidrat selama isolasi berlangsung seperti pentosa dan asam-asam uronat menjadi furfural, heksosa menjadi hidroksi
metal furfural dan asam format sehingga pH isolat lignin semakin rendah (Kim et al., 1987).
Bobot ekuivalen lignin TKKS yang dihasilkan, yaitu sebesar 3,943. Salah satu faktor yang mempengaruhi fungsi lignin adalah bobot molekul. Bobot molekul dapat dijadikan sebagai dasar dalam perhitungan reaksi kimia dalam memodifikasi lignin menjadi produk-produk kimia, seperti senyawa sodium lignosulfonat.
Lignin merupakan senyawa organik yang sangat kompleks yang terdiri dari sejumlah komponen zat penyusun yang amat beragam maka sulit untuk mendapatkan bobot molekul yang pasti. (Heradewi, 2007). Beckman dalam Santoso (1995) mengemukakan bahwa lignin merupakan senyawa kimia bivalen sehingga bobot molekul lignin adalah dua kali bobot ekuivalennya.
Karakteristik lignin TKKS yang lain adalah kadar metoksil. Kadar metoksil lignin TKKS yang didapat, yaitu sebesar 1,92%. Menurut Syahmani (2000), kadar metoksil yang tinggi akan menghalangi reaktivitas lignin selama pemakaian di bidang resin. Lignin mengandung gugus hidroksil fenolik yang kebanyakan terikat dengan unit-unit fenil propana yang berdekatan, sehingga memungkinkan terjadinya ikatan lignin dengan formaldehida yang mirip dengan hasil reaksi antara fenol dengan formaldehida. Namun demikian, dalam penggunaannya sebagai bahan baku untuk membuat senyawa lignosulfonat, lignin dengan kadar metoksil tinggi lebih menguntungkan karena semakin banyak gugus –OCH3 yang terkandung didalam lignin maka lignin semakin larut didalam air. Sifat tersebut sangat dibutuhkan sebagai bahan baku untuk membuat lignosulfonat.
Lignin mempunyai kelarutan yang sangat rendah dalam kebanyakan pelarut. Hasil penelitian menunjukkan kelarutan lignin dalam air dingin suhu 30oC sebesar 46,1%. Kelarutan yang rendah tersebut kemudian akan dimodifikasi menjadi surfaktan sodium lignosulfonat yang lebih larut dalam air. Menurut Fengel dan Wegner (1995) bahwa lignin umumnya tidak larut dalam pelarut sederhana, namun lignin alkali dan lignin sulfonat larut dalam air, alkali encer, larutan garam dan buffer.
B. PENELITIAN UTAMA
Penelitian utama ini merupakan penelitian untuk memproduksi surfaktan sodium lignosulfonat. Proses sulfonasi dilakukan dengan menggunakan sodium bisulfit sebagai agen penyumbang gugus sulfonatnya. Penelitian utama ini untuk menghasilkan rendemen dan kelarutan sodium bisulfit yang optimal. Variabel yang diamati pengaruhnya adalah suhu dan konsentrasi sodium bisulfit. Produk sodium lignosulfonat hasil percobaan dapat dilihat pada Gambar 6. Data hasil analisis rendemen dan kelarutan sodium lignosulfonat dapat dilihat di Lampiran 4 dan Lampiran 5.
(40%,80oC) (40%,100oC) (60%,80oC) (60%,100oC) (50%,90oC)
(50%,90oC) (50%,75.86oC) (50%,104.14oC) (35.86%,90oC) (64.14%,90oC)
Gambar 6. Produk sodium lignosulfonat hasil percobaan pada berbagai kondisi proses
1. Rendemen Sodium Lignosulfonat Hasil Sulfonasi Lignin TKKS
Rendemen adalah salah satu respon terhadap pengaruh suhu (oC) dan konsentrasi sodium bisulfit (%b/b) pada proses sulfonasi lignin TKKS menjadi sodium lignosulfonat. Rendemen dihitung berdasarkan jumlah gram sodium lignosulfonat yang dihasilkan terhadap jumlah gram sampel lignin yang di gunakan dalam proses sulfonasi. Hasil statistik pengaruh optimasi dan persen pengaruh variabel terhadap rendemen sodium lignosulfonat menggunakan SAS dapat dilihat pada Lampiran 6.
a. Pengaruh faktor suhu (oC) dan konsentrasi Sodium bisulfit (%b/b) terhadap rendemen sodium lignosulfonat
Pengaruh suhu dan konsentrasi sodium bisulfit dalam proses sulfonasi lignin TKKS terhadap respon rendemen sodium lignosulfonat dapat dilihat pada Lampiran 6. Hasil analisa statistika tentang pengaruh faktor suhu dan konsentrasi sodium bisulfit dalam proses sulfonasi lignin TKKS terhadap rendemen sodium lignosulfonat di sajikan dalam Lampiran 6. Koefisien parameter dan nilai signifikansi rendemen sodium lignosulfonat di sajikan dalam Tabel 6.
Tabel 6. Hasil olah data penelitian dengan respon rendemen Parameter Koefisien Parameter Signifikansi Pengaruh (%) Intersep 49,70 0,00 Konsentrasi NaHSO3 (X1) 6,30 0,98 0,63 Suhu reaksi (X2) 12,96 0,99 1,30 X1*X1 -2,94 0,72 X1*X2 1,73 0,46 0,18 X2*X2 5,37 0,92 R2 0,95
Dari Tabel 6. di atas terlihat bahwa faktor suhu memiliki pengaruh tertinggi, yaitu sebesar 1,30% dengan selang kepercayaan 99,82%. Suhu berpengaruh positif terhadap nilai rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan dari proses sulfonasi lignin TKKS. Semakin tinggi suhu maka akan semakin tinggi rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena kenaikan suhu mempengaruhi tenaga kinetis yang dimiliki oleh molekul-molekul zat pereaksi sehingga semakin besar hasil reaksinya. Dengan demikian, semakin banyak molekul-molekul yang memiliki energi pengaktif, semakin banyak tumbukan antar molekul yang berlanjut dengan reaksi. Sykes (1989) menyatakan bahwa kecepatan reaksi berbanding lurus dengan jumlah tumbukan yang terjadi di antara molekul-molekul zat yang melakukan reaksi.
Faktor selanjutnya yang berpengaruh terhadap rendemen sodium lignosulfonat adalah faktor konsentrasi sodium bisulfit. Persen konsentrasi sodium bisulfit ini dihitung berdasarkan bobot lignin TKKS yang digunakan (%b/b). Faktor konsentrasi sodium bisulfit mempunyai pengaruh sebesar 0,63% dengan selang kepercayaan 97,65%. Faktor konsentrasi berpengaruh positif terhadap rendemen sodium lignosulfonat. Dengan demikian, semakin tinggi konsentrasi sodium bisulfit akan meningkatkan rendemen sodium lignosulfonat. Hal ini dikarenakan frekuensi terjadinya tumbukan antar pereaksi semakin baik dan sempurna.
Pembentukan lignin tersulfonasi menggunakan sodium bisulfit juga dipengaruhi oleh penambahan NaOH. Penambahan NaOH sampai pH 5 akan membantu proses pembentukan sodium lignosulfonat, yaitu terjadinya crosslinking membentuk sodium sulfonat ( Kucera , 2001), seperti ditunjukkan reaksi berikut:
1R-SO3H → R-SO2-R
Faktor interaksi antara suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap rendemen sodium lignosulfonat memiliki pengaruh sebesar 0,16% dengan selang kepercayaan sebesar 45,99%. Persen tersebut berpengaruh positif walaupun mempunyai pengaruh rendah dan tingkat kepercayaan paling rendah di bandingkan dengan pengaruh dari parameter-parameter yang lain. Interaksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 7.
Dari Gambar 7 di atas dapat dilihat bahwa pada konsentrasi sodium bisulfit sebesar 40% (b/b) terjadi peningkatan rendemen sodium lignosulfonat dari suhu 80oC sampai pada suhu 100 oC, yaitu dari 38,27% menjadi 57,12%. Demikian halnya pada konsentrasi sodium bisulfit sebesar 60% (b/b) terjadi peningkatan rendemen sodium lignosulfonat dari suhu 80oC sampai pada suhu 100 oC, yaitu dari 49,41 % menjadi 74,96 %. Peningkatan rendemen ini disebabkan oleh pengaruh perbedaan suhu reaksi sulfonasi yang digunakan. Semakin tinggi suhu reaksi yang digunakan maka akan semakin tinggi rendemen yang dihasilkan. Peningkatan taraf suhu yang digunakan secara reaksi akan menyebabkan peningkatan tenaga kinetis yang Gambar 7. Grafik pola interaksi suhu reaksi dengan konsentrasi sodium
dimiliki oleh molekul-molekul zat pereaksi. Hal ini akan menyebabkan banyak molekul-molekul yang memiliki energi pengaktif sehingga semakin banyak tumbukan antar molekul terjadi dan berlanjut terjadi reaksi sulfonasi. Semakin banyak tumbukan antar molekul yang menyebabkan reaksi sulfonasi terjadi maka akan semakin cepat reaksi terjadi dan akan menghasilkan rendemen yang semakin tinggi.
Pada Gambar 7. juga dapat dilihat bahwa peningkatan taraf faktor konsentrasi sodium bisulfit (%b/b) yang digunakan juga dapat meningkatkan rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan. Hal ini dapat dilihat pada garis grafik untuk konsentrasi sodium bisulfit 60% (b/b) lebih tinggi dibandingkan garis grafik pada konsentrasi sodium bisulfit 40% (b/b). Pada kondisi suhu 80oC, peningkatan konsentrasi sodium bisulfit dari 40% (b/b) ke 60% (b/b) meningkatkan rendemen sodium lignosulfonat dari 38,27% menjadi 49,41%. Sedangkan pada suhu 100oC, peningkatan konsentrasi sodium bisulfit dari 40% (b/b) ke 60% (b/b) meningkatkan rendemen sodium lignosulfonat dari 57,12% menjadi 74,96%. Peningkatan rendemen ini disebabkan karena pengaruh perbedaan konsentrasi sodium bisulfit yang digunakan. Semakin tinggi sodium bisulfit yang digunakan maka frekuensi terjadinya tumbukan antar pereaksi semakin baik dan sempurna sehingga proses sulfonasi terjadi dengan lebih baik dan sempurna.
Dari pembahasan di atas maka dapat diketahui bahwa faktor suhu dari hasil pengamatan taraf 80oC ke taraf 100oC merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan. Faktor konsentrasi sodium bisulfit dari hasil pengamatan taraf 40% ke taraf 60% merupakan faktor paling berpengaruh kedua terhadap rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan. Sedangkan pengaruh interaksi antar faktor suhu dan konsentrasi sodium bisulfit mempunyai pengaruh yang lebih kecil, sehingga tidak secara signifikan memberikan pengaruh besar terhadap rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan.
b. Analisa Hasil Optimasi Rendemen Sodium Lignosulfonat
Analisa statistika yang bertujuan untuk memperoleh kondisi optimum pada umumnya menggunakan metode permukaan respon (response surface method). Pengunaan metode permukaan respon dalam penelitian ini diharapkan dapat menentukan fungsi yang tepat untuk meramalkan respon yang diinginkan dan untuk dapat mengurangi jumlah percobaan yang harus dilakukan.
Pada penelitian ini persamaan yang diperoleh adalah :
Model permukaan responnya dapat dilihat pada Gambar 8.
Pada model permukaan respon tersebut dapat dilihat bahwa solusi optimasi yang dihasilkan adalah berbentuk saddle point. Penentuan kondisi optimum dari solusi yang ditawarkan dapat dilihat dari hasil analisis kanonik di Lampiran 6. Model tersebut berbentuk saddle point maka tidak dapat memberikan informasi yang optimal sehingga kondisi perlakuan yang diharapkan akan menghasilkan rendemen sodium lignosulfonat tertinggi tidak dapat ditentukan secara langsung.
Penentuan kondisi optimum dapat dilakukan dengan menganalisa tingkat pengaruh suhu dan konsentrasi sodium bisulfit terhadap
Y = 49,70 + 6,30 X1+ 12,96X2-2,94X12 + 5,37X22 + 1,67X1X2
Gambar 8. Grafik respone surface method dengan respon persen rendemen sodium lignosulfonat
permukaan respon rendemen. Bentuk contour permukaan respon rendemen sodium lignosulfonat dapat dilihat pada Gambar 9.
Pada Gambar 9 dapat dilihat bahwa pada rentang suhu rendah (suhu 90o sampai 75,86oC), peningkatan konsentrasi sodium bisulfit dari konsentrasi 35,86% (b/b) sampai konsentrasi 64,4% (b/b) mempengaruhi peningkatan rendemen yang cukup tajam. Kondisi stasioner terjadi pada titik tengah, yaitu pada rentang konsentrasi 50% (b/b) sampai 60% (b/b), tetapi setelah melewati titik tengah terjadi titik belok dan rendemen mengalami penurunan walau tidak terlalu tajam. Pada kondisi ini titik tengah merupakan titik tertinggi dari rendemen sodium lignosulfonat yang dihasilkan dari percobaan, yaitu sebesar 50,77%.
Sedangkan pada rentang suhu tinggi (suhu 90oC sampai 104,14oC), peningkatan konsentrasi sodium bisulfit dari konsentrasi 35,86% (b/b) sampai konsentrasi 64,4% (b/b) mempengaruhi peningkatan rendemen yang sangat tajam dan mencapai daerah yang diramalkan memiliki persen optimum. Kondisi optimum diperkirakan Gambar 9. Contour permukaan respon rendemen
berada pada daerah kontur berwarna merah sampai merah gelap, yaitu pada rentang konsentrasi 50% (b/b) sampai 70% (b/b). Pada kondisi ini rendemen maksimum dari hasil penelitian berada pada suhu 100oC dan konsentrasi 60% (b/b), yaitu sebesar 74,96% (b/b).
Gambar 9 juga memperlihatkan pengaruh peningkatan suhu terhadap rendemen yang sangat signifikan. Pada rentang konsentrasi sodium bisulfit rendah (konsentrasi 50% (b/b) sampai 35,86% (b/b)), peningkatan suhu sulfonasi dari suhu 75,86oC sampai 104,14oC mempengaruhi peningkatan rendemen yang cukup tajam. Pada kondisi ini tidak ada titik balik atau stasioner karena rendemen pada tititk tengah, yaitu suhu (50,77%) jauh lebih kecil apabila dibandingkan pada titik tertinggi hasil percobaan, yaitu suhu 104,14oC (73,13%(b/b)).
Sedangkan pada rentang konsentrasi sodium bisulfit tinggi (konsentrasi 50% (b/b) sampai 64,14%(b/b)), peningkatan suhu sulfonasi dari suhu 75,86oC sampai 104,14oC mempengaruhi peningkatan rendemen yang sangat tajam dan mencapai daerah yang diramalkan memiliki persen optimum. Kondisi optimum diperkirakan berada pada daerah kontur berwarna merah sampai merah gelap, yaitu pada rentang suhu 90oC sampai 110oC. Pada kondisi ini persen maksimum dari hasil penelitian berada pada suhu 100oC dan konsentrasi 60% (b/b), yaitu sebesar 74,96% (b/b). Pengaruh suhu pada rentang ini terus memperlihatkan kenaikan rendemen yang tajam sehingga untuk mendapatkan persen optimum harus dilakukan percobaan pada rentang ini untuk mendapatkan rendemen sodium lignosulfonat yang maksimum.
Hasil analisis statistik untuk memprediksi rendemen pada berbagai titik dengan menggunakan SAS dapat dilihat pada Lampiran 3. Prediksi permukaan respon yang disarankan untuk dilakukan percobaan adalah prediksi dengan rendemen tertinggi, yaitu sebesar 80,19% (b/b) pada titik variable konsentrasi sodium bisulfit 53,25% (b/b) dan pada titik variable suhu 103,76oC.
