PEMILIHAN KONSENTRASI KATALIS PTSA UNTUK SINTESIS
SURFAKTAN ALKIL POLIGLIKOSIDA DARI
PALM FATTY ALCOHOL
(C
16)
DAN GLUKOSA CAIR 85% DARI SINGKONG UNTUK APLIKASI
EOR
Erliza Hambali1,∗, Pudji Permadi2, Yuni Astuti1, Ani Suryani1, Mira Rivai1,
Padil3, dan Cahyo Prihartono4 1
Surfactant and Bioenergy Research Centre (SBRC-IPB) Kampus IPB Baranangsiang-Bogor
2Departemen Teknik Perminyakan, Institut Teknologi Bandung
Gedung Teknik Perminyakan ITB Jalan Ganesha 10 Bandung 40132
3Teknik Kimia Universitas Riau, Kampus Binawidya Km 12,5 Jl.HR.Subrantas Pekanbaru 4
PT Multikimia Intipelang, Kampung Mariuk, Desa Gandamekar,Cibitung, Bekasi 17520
∗
e-Mail: erliza.h@gmail.com
Disajikan 29-30 Nop 2012
ABSTRAK
Alkil poliglikosida (APG) merupakan surfaktan nonionik yang bersifat ramah lingkungan. Aplikasinya saat ini masih terbatas untuk bahan pengemulsi pada produk pestisida, kosmetika danpersonal care. Berdasarkan pada hasil penelitian pen-dahuluan yang telah dilakukan oleh tim peneliti, terlihat bahwa surfaktan APG juga berpotensi untuk diaplikan sebagai agent pendesak minyak bumi. Pada proses sintesis APG, keberhasilkan proses sintesis sangat ditentukan oleh konsentrasi katalis yang digunakan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi katalisp-toluene sulfonic acid (PTSA) pada sintesis APG daripalm fatty alcohol(C16)dan glukosa cair 85% dari singkong untuk aplikasi Enhanced Oil Recovery (EOR). Konsentrasi katalis yang dicobakan adalah 0.6; 0.9; 1.2; dan 1.5% dari bobot glukosa cair 85 % yang digunakan. Hasil analisis menun-jukkan bahwa faktor konsentrasi katalis tidak berpengaruh nyata terhadap densitas, pH, dan kinerja pembusaan,surfaktan APG yang dihasilkan, namun berpengaruh nyata terhadap Interfacial Tension (IFT). Hasil analisis lanjut duncan menunjukkan konsentrasi katalis 0.6% berbeda nyata dengan konsentrasi 0.9; 1.2; dan 1.5%. Perlakuan terbaik (konsentrasi katalis 1.2%) mempunyai nilai IFT 4.5x10−2dyne/cm, pH 7.9, densitas 0.9839 gr/cm3, dan stabilitas busa 2.3%.
Kata Kunci: Alkil Poliglikosida, p-toluene sulfonic acid, interfacial tension
I.
PENDAHULUAN
Indonesia adalah penghasil minyak sawit terbesar di dunia saat ini, dengan total produksi pada tahun 2011 mencapai 26,3 juta ton. Pemanfaatan minyak sawit un-tuk kebutuhan dalam negeri hanya sekitar 22 persen (5,5 juta ton), sisanya diekspor. Ekspor minyak sawit Indonesia sebagian besar (60 %) masih dalam bentuk CPO dan CPKO, hanya sekitar 40 % dalam bentuk pro-duk olahan (Pusdatin, 2011). Agar nilai tambah minyak sawit dapat dimanfaatkan sebesar-besar oleh bangsa In-donesia, maka perlu dicari alternatif produk yang dapat dikembangkan.
Salah satu alternatif pengembangan produk turunan sawit yang berpotensi besar untuk dikembangkan adalah surfaktan APG daripalm fatty alcoholuntuk ap-likasi EOR. Sifat nonioniknya menyebabkan surfaktan
APG sangat kompatibel dengan bahan kimia lainnya sehingga dapat menjadi alternatif chemical material un-tuk digunakan pada aplikasi EOR. Pengembangan sur-faktan APG untuk EOR penting karena minyak bumi masih merupakan salah satu sumber energi utama yang belum tergantikan dari segi ketersediaannya se-cara luas dan integrasinya dengan teknologi yang ada saat ini. Permintaan energi terutama minyak bumi yang terus meningkat namun tidak diikuti dengan ketersediaannya yang tiap tahun terus menurun. Ren-dahnya kemampuan produksi minyak bumi Indonesia disebabkan karena lapangan minyak Indonesia pada umumnya sudah highly depleted (mature fields). Oleh karenanya, penerapan metode EOR merupakan solusi penting dan injeksi bahan kimia (chemical EOR) meru-pakan salah satu metoda yang harus dilakukan di
la-pangan minyak tua (mature field).
Untuk keperluan EOR pada industri perminyakan diperlukan surfaktan dengan persyaratan yang lebih khusus, yaitu meliputi : memiliki ultralow interfacial tension (≤10-3 dyne/cm), adsorpsi<400µg/g core, sta-bil pada suhu reservoir selama 3 bulan, pH berkisar 6 – 8, memiliki fasa III (fasa tengah)/fasa bawah, filtrasi ra-sio<1,2, dan incremental oil recovery berkisar 15 - 20% OOIP (BP MIGAS, 2009).
Surfaktan APG yang beredar saat ini di Indone-sia adalah surfaktan impor yang disintesis dari fatty alcohol dari minyak canola/minyak bunga mata-hari/minyak kedelai/minyak jagung dengan glukosa cair dari jagung. Namun surfaktan APG yang dihasil-kan masih memiliki kelemahan yaitu busanya banyak dan filtrasi rasio>1,2.
Sehubungan dengan kelemahan surfaktan APG yang ada, maka perlu dikembangkan surfaktan APG yang menghasilkan busa yang lebih sedikit dengan sifat de-terjensinya yang baik serta filtrasi rasionya<1,2. Untuk tercapainya tujuan tersebut, maka tim penulis mengem-bangkan serangkaian hasil penelitian, yang salah satu-nya yaitu mensintesis surfaktan APG dari palm fatty alcoholC-16 dan glukosa cair dari singkong. Menurut Matheson (1996) surfaktan yang disintesis dari rantai karbon C-16 akan menghasilkan sifat deterjensi yang paling baik dengan busa yang sedikit. Pemanfaatan glukosa cair dari singkong bertujuan untuk meningkat-kan nilai tambah singkong Indonesia yang selama ini dihargai masaih sangat murah.
Keberhasilan proses sintesis surfaktan APG sangat dipengaruhi oleh jenis katalis asam yang digunakan. Menurut Mc Curry (1996), jenis-jenis katalis asam yang dapat digunakan adalah untuk proses sintesis APG adalah asam anorganik seperti HCl, H2SO4, H3PO4,
HNO3, asam organik seperti methanesulfonic acid,
tri-flouromethanesulfonic acid, dan asam dari surfaktan sepertipara toluene sulfonic acid,metyl ester sulfonic acid.
Dari berbagai macam katalis asam tersebut maka di-pilih katalis asamp-toluene sulfonat acid(PTSA). Kelebi-han PTSA adalah dapat larut dalam air, alkohol, pelarut organik, dan bersifat non oksidator (Perrin, 1988).
PTSA dipilih karena merupakan asam lemah, se-hingga tidak menyebabkan reaksi hidrolisis pada glukosa cair, tidak korosif, dan lebih mudah ketika di-lakukan proses netralisasi pada proses pemurnian APG (Hill, 2000)
Menurut Gibson dan Leedy (2001) konsentrasi katalis yang digunakan pada proses sintesis APG adalah sebagai berikut :penambahan katalis pada pro-ses butanolisis adalah sekitar 0,7-1,4% dari berat glukosa/pati dan kemudian dilanjutkan dengan pe-nambahan katalis pada proses transasetalisasi sekitar 25-50% dari berat katalis yang ditambahkan pada pro-ses butanolisis.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendap-atkan konsentrasi katalis PTSA terbaik pada sintesis APG dari palmfatty alcohol(C16)dan glukosa cair 85%
dari singkong untuk aplikasi EOR serta untuk menge-tahui kinerja surfaktan APG yang dihasilkan untuk ap-likasi EOR. Beberapa analisis yang dilakukan adalah uji IFT, densitas, pH, dan stabilitas busa.
II.
METODOLOGI
A. Bahan
Bahan-bahan penelitian yang digunakan adalah palmfatty alcohol(C16), glukosa cair 85% dari singkong,
para toluene sulfonic acid (PTSA), NaOH 50%, butanol. Bahan yang digunakan untuk analisis meliputi xylene, piridin, benzene.
B. Metode
Reaktor yanmg digunakan untuk memproduksi sur-faktan APG pada penelitian ini adalah reaktor berpen-gaduk double jacket yang dapat diatur tekanan dan dilengkapi dengan kontrol suhu. Perlakuan yang di-gunakan dalam penelitian kali ini adalah konsentrasi katalis PTSA untuk sintesis surfaktan APG, yang terdiri dari 0.6; 0.9; 1.2 dan 1.5% dari bobot glukosa yang digu-nakan saat proses butanolisis. Kemudian konsentrasi yang digunakan untuk proses transasetalisasi adalah sekitar 50% dari katalis pada proses butanolisis. Rasio mol yang digunakan antara glukosa dan butanol adalah 1:5.9, sedangkan rasio mol antara glukosa denganfatty alcoholadalah 1:3. APG yang dihasilkan, kemudian di-lakukan analisis IFT, densitas, pH, HLB dan stabilitas busa. Diagram alir proses sintesis APG disajikan pada Gambar 1.
Rancangan percobaan pada penelitian ini menggu-nakan rancangan acak lengkap dengan 1 faktor dan dua kali pengulangan. Faktor yang digunakan merupakan konsentrasi katalis asam PTSA yang terdiri dari em-pat (4) taraf 0.6; 0.9; 1.2; dan 1.5% dari bobot glukosa yang digunakan. Model rancangan percobaan yang di-gunakan adalah
Yik=µ+Ai+εik
Yik=Nilai pengamatan akibat pengaruh faktor
kon-sentrasi katalispada taraf ke-i, dan pada ulangan ke-k M=Nilai rata-rata
Ai=Pengaruh faktor konsentrasi katalis
pada taraf ke-i(1,2,3,4)
εjk =Pengaruh kesalahan percobaan pada ulangan
ke-kdan faktor ke-i(k=1,2)
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
APG yang dihasilkan ditujukan untuk aplikasi EOR. Kriteria utama yang dipersyaratkan agar surfaktan APG dapat diaplikasikan untuk EOR adalah uji IFT. Se-makin rendah IFT, maka seSe-makin mudah terbentuknya emulsi antara fluida air injeksi dengan minyak dalam
GAMBAR1: Diagram alir proses sintesis APG dari palm fatty alcohol C-16 dan glukosa cair 85 % dari singkong
reservoir. Untuk itu analisis utama yang perlu dilaku-kan adalah uji IFT.
Proses sintesis yang dilakukan terdiri dari proses bu-tanolisis glukosa cair 85%, proses transasetalisasi fatty alcoholC16, proses netralisasi APG yang dihasilkan
de-ngan NaOH 50 % dan distilasipada temperatur tinggi. Proses butanolisismerupakan reaksi antara butanol dengan glukosa cair dengan ditambahkan katalis PTSA dengan variasi konsentrasi 4 taraf. Reaksi berlangsung pada kondisi temperatur 140-150oC, tekanan 1-4 bar
selama 2 jam. Hasil akhir proses butanolisis meng-hasilkan larutan butil glikosida yang berwarna kuning kecoklatan.
Proses transasetalisasi merupakan reaksi antarafatty alcohol C-16 dengan butyl glikosida dan ditambah de-ngan katalis PTSA. Reaksi ini akan menghasilkan APG yang masih bercampur dengan sisa fatty alcohol yang belum bereaksi danbutanol yang berlebih. Pada peneli-tian ini proses transasetalisasi berlangsung pada tem-peratur 120oC dan tekanan vakum selama 2 jam. APG
yang dihasilkan berwarna coklat berbentuk padat. APG yang dihasilkan masih bersifat asam sehingga perlu dinetralkan terlebih dahulu dengan NaOH 50% sampai pH yang dihasilkan bernilai 7-9. Proses ne-tralisasi berlangsung pada suhu 80-90oC dan tekanan
normal sambil diaduk selama 30 menit. Penggunaan NaOH untuk proses netralisai karena NaOH tidak bereaksi dengan fatty alcohol.Selain itu proses netral-isasi menggunakan NaOH akan lebih mudah karena berbentuk larutan dan tidak memerlukan proses pen-yaringan untuk menghilangkan garam yang terbentuk (Wuestet al. 1992). Proses netralisasi dilakukan untuk
menjaga agar sakarida tidak mudah rusak selama pro-ses distilasi, karena sakarida pada kondisi asam akan lebih mudah mudah rusak dalam keadaan asam selama proses distilasi yang biasanya menggunakan suhu yang relatif tinggi.
Proses distilasiAPG yang dihasilkan ditujukan un-tuk memisahkanfatty alcoholberlebih yang dapat meng-ganggu kinerja surfaktan. Proses distilasi berlangsung pada temperatur 1800C dan tekanan vakum selama
ku-rang lebih 2 jam. APG yang dihasilkan berwarna coklat kehitaman dan berbentuk padat.
A. Uji Interfacial Tension (IFT)
IFT adalah gaya persatuan panjang yang terjadi pada antarmuka dua fase cairan yang tidak dapat tercam-pur. Surfaktan akan menurunkan gaya kohesi dan sebaliknya meningkatkan gaya adhesi sehingga dapat menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antar-muka (Matheson, 1996).
Nilai IFT surfaktan APG yang dihasilkan diukur de-ngan menggunakanspinning drop interfacial tensiometer TX500C. Hasil analisis ragam dengan α =5% menun-jukkan bahwa konsentrasi katalis berpengaruh nyata terhadap nilai IFT. Hasil analisis lanjut dengan uji dun-can (α=5% ) menunjukkan bahwa tingkat konsentrasi 0,9; 1,2 dan 1,5% tidak berbeda nyata satu sama lain, akan tetapi berbeda nyata terhadap tingkat konsentrasi 0,6%. Pada Gambar 2 terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi katalis yang digunakan terjadi penurunan nilai tegangan antarmuka. Semakin kecil nilai tegangan antarmuka semakin baik kinerja surfaktan tersebut.
menggunakan katalis PTSA dengan konsentrasi 1,2% dengan nilai IFT sebesar 4,5x10−2dyne/cm.
GAMBAR2:Grafik Pengaruh Konsentrasi Katalis PTSA terhadap Nilai IFT Surfaktan APG yang Dihasilkan.
B. Densitas
Densitas merupakan massa per volume. Analisis densitas dilakukan dengan menggunakan density me-ter Anton Paar DMA 4500 M. .Hasil analisis uji densi-tas menunjukkan bahwa APG hasil sintesis mempun-yai densitas yang lebih kecil dibandingkan dengan ni-lai densitas air. Hasil analisis ragam dengan α =5% menunjukkan bahwa konsentrasi katalis tidak berpen-garuh nyata terhadap nilai densitas surfaktan APG yang dihasilkan.Nilai densitas surfaktan APG yang di-hasilkan berada pada kisaran 0.98 gr/cm3.
C. Derajat keasaman (pH)
Derajat keasaman surfaktan APG sebaiknya mem-punyai nilai yang netral, karena apabila terlalu asam atau basa akan dapat bereaksi dengan peralatan atau kulit saat diaplikasikan. Hasil analisis ragam dengan
α=5% menunjukkan konsentrasi katalis tidak berpen-garuh nyata terhadap nilai pH surfaktan APG yang di-hasilkan. Nilai pH APG yang dihasilkan berada pada kisaran 7-8.
D. Stabilitas busa
Busa adalah sistem emulsi anatar fase terdispersi gas dan medium pendispersi zat cair. Kestabilan busa diperoleh dari adanya zat pembusa (surfaktan). Zat pembusa ini teradsorpsi ke daerah antar fase dan mengikat gelembung-gelembung gas (Noerdin 2008).
Stabilitas busa ditentukan dengan melarutkan sur-faktan APG dalam air formasi (fluida dari reservoir lapangan minyak) dengan konsentrasi 0,5%. Larutan APG kemudian diaduk dengan vortex mixer. Tinggi busa yang dihasilkan diamati setiap 5 menit. Hasil penelitian menunjukkan APG yang dihasilkan sangat sedikit menghasilkan busa. Hasil analisis ragam
de-ngan α =5% menunjukkan konsentrasi katalis tidak berpengaruh nyata terhadap stabiliatas busa APG.
Kemampuan APG untuk menghasilkan busa sangat rendah yaitu hanya 2,3%. Hal ini mengindikasikan bahwa surfaktan APG yang dihasilkan akan mampu mencapai filtrasi rasio<1,2, karena hampir tidak terda-pat busa yang daterda-pat mengganggu proses injeksi surfak-tan pada reservoir.
Rendahnya kemampuan menghasilkan busa sur-faktan APG yang dihasilkan disebabkan oleh pan-jang rantai karbon C-16 dari fatty alcohol penyusun utama surfaktan APG. Matheson (1996) menyebutkan bahwa kemampuan surfaktan dipengaruhi oleh pan-jang rantai karbon penyusunnya, C16-C18berperan
ter-hadap kekerasan dan sifat detergensi, sedangkan C12
-C14 berperan terhadap efek pembusaan yang baik.
Ware et al. (2007), melakukan pengujian kemam-puan pembusaan antara surfaktanSodium Lauryl Sulfate (SLS), APG C10 dan APG C12. Hasilnya yang diper-oleh yaitu kemampuan surfaktan APG memiliki ke-mampuan pembusaan lebih rendah dibandingkan sur-faktan SLS.
E. Hydrofilic and Lipofilic Balance (HLB)
HLB merupakan nilai yang menunjukkan keseim-bangan antara gugus hidrofilik dan hidrofobik pada surfaktan. Nilai HLB digunakan untuk menentukan sifat kelarutan APG dalam air atau minyak. Menurut Holmberget al. (2003), nilai HLB menentukan aplikasi dari surfaktan yang dihasilkan. Hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 95% (α =5) menunjukkan hasil yang tidak berpengaruh nyata. Nilai HLB yang dihasilkan oleh APG berada pada kisaran 10. Menu-rut konsep Holmbergh (2003), APG yang dihasilkan da-pat diaplikasikan untuk pengemulsi minyak dalam air (o/w), atau pelarut dan mempunyai daya detergensi yang baik.
IV.
KESIMPULAN
Konsentrasi katalis yang memberikan hasil sintesis surfaktan APG terbaik untuk aplikasi EOR diperoleh dari perlakuan konsentrasi katalis PTSA 1.2% dengan hasil kinerja meliputi tegangan antarmuka 4.5x10−2
dyne/cm, pH 7.9, densitas 0.9839 gr/cm3, HLB 10dan
kemampuan menhasilkan busa yang sangat rendah, yaitu 2.3%.
Perlu dilakukan perbaikan proses dalam hal penggu-naan glukosa cair dengan konsentrasi 80 atau 75 persen sehingga lebih memudahkan dalam proses pengaliran glukosa ke reaktor butanolisis pada sistim kontinu.
DAFTAR PUSTAKA
[1] BP MIGAS. 2009. Spesifikasi Teknis Surfaktan un-tuk Aplikasi EOR. BP MIGAS, Jakarta.
[2] Gibson, M.W. dan C. Leedy. 2001. Patens: Pro-cess for Reducing Cycle Times in Reaction
Dur-ing The Production of Alkyl Polylicosides. Dalam www.uspto.gov. [12 Juni 2012].
[3] Hill K, von Rybinski, dan Stoll G. 2000. Alkyl Polyglicoside: Technology, Properties and Appli-cations. New York : VCH Publishers.
[4] Holmberg KB, Jonsson B, Kronberg dan Lindman. 2003. Surfactants and polymers in :Aqueous Solu-tion 2nded. Wiley, New York
[5] Matheson KL. 1996. Surfactant raw materials : clas-sification, synthesis, and uses. in : Spitz, L., editor. Soap and Detergents : A Theoritical and Practical Review. Champaign, Illinois :AOCS Press.
[6] McCurry Jr, Patrick M, Rainer E, Paul S. 1996. Pro-cess for making alkyl polyglycosides. US Patent 5,512,666
[7] Noerdin M. 2008. Rancangan Proses Produksi Surfaktan Non Ionik Alkyl Polyglycoside (APG)Berbasis Pati Sagu dan Lauryl Alcohol (Dodecanol) serta Karakterisasinya pada For-mulasi Herbisida. [Tesis]. Bogor : Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
[8] Perrin DD,dan Armarego WLF. 1988. Purification of Laboratory Chemicals. Oxford :Pergamon Press. [9] Ware AM, JT. Waghmare, dan SA Momin. 2007. Alkylpolyglycocides carbohidrat based surfactant. J of Dispersion Science and Technology (28): 437-444.
[10] Wuest W, Rainer E, Josef WK, Karlheinz H, dan Manfred B. 1992. Process for preparing alkyl gluco-sides compounds from oligo-and/or polysaccha-rides. US Patent 5,138,046.
