## PENGARUH SUHU DAN KECEPATAN PENGADUKAN PADA PROSES PEMBUATAN SURFAKTAN NATRIUM LIGNOSULFONAT DARI TEMPURUNG KELAPA
Jhon Peri Rinaldo Sirait, Nico Sihombing, Zuhrina Masyithah Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jalan Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
Email: jhonrait@ymail.com

## Abstrak
Tempurung kelapa merupakan limbah pertanian yang mempunyai nilai ekonomis yang rendah. Penelitian ini bertujuan  untuk  memanfaatkan  limbah  tempurung  kelapa  untuk  bahan  baku  pembuatan  surfaktan.  Dasar pemanfaatan  ini  adalah  karena  kandungan  lignin  yang  cukup  besar,  yaitu  sekitar  29,4%.  Penelitian  ini bertujuan untuk mengetahui isolasi lignin dengan penambahan katalis NaOH dan penambahan H 2 SO 4 serta identifikasi  lignin,  mengamati  pengaruh  temperatur  dan  kecepatan  pengadukan  pada  proses  pembuatan surfaktan.  Penelitian  dilakukan  menggunakan  reaktor  labu  leher  tiga  pada  suhu  100 0 C,  110 0 C,  120 0 C, waktu  reaksi  3  jam,  pH  6,  kecepatan  pengadukan  80  rpm,  90  rpm,  100  rpm  dan  bahan  baku  tempurung kelapa.  Tempurung  kelapa  kering  dihaluskan  dan  dikumpulkan  serbuknya  sebagai  bahan  baku.  Serbuk tempurung kelapa direaksikan dengan larutan natrium bisulfit dengan perbandingan 1:0,5. Hasilnya disaring sehingga  dihasilkan  residu  dan  filtrat.  Filtrat  yang  mengandung  surfaktan  hasil  reaksi  dianalisis  dengan metode  spektrofotometri  FT-IR.  Berdasarkan  penelitian  didapatkan  kemurnian  surfaktan  maksimal  pada penggunaan natrium bisulfit dengan perbandigan reaktan 1:0,5;  kecepatan 100 rpm dan suhu 120 0 C.
Kata kunci : surfaktan, tempurung kelapa, spektrofotometri FT-IR, spektrofotometri UV-Visible

## Abstract
Coconut  shell  is  one  of  agricultural  wastes  that  having  low  commercial  value.  This  research  is  objected  to use coconut shell as the base material of producing surfactant. The use of coconut shell is basically due to its content  of  lignin,  about  29,4%.  The  objective  of  this  research  is  to  obtain  isolate  lignin  with  increasing chatalis NaOH and H 2 SO 4 with lignin identification, the effect of temperature and agitation rate of producing surfactant. The research was done in a reactor with temperature of 100 0 C, 110 0 C, 120 0 C, 3 hours reaction time, pH 6, 80 rpm, 90 rpm, 100 rpm agitation rate, and coconut shell as the base material. Dry coconut shell is  grinded  and  the  powder  is  collected  to  be  reacted.  The  coconut  shell  powder  is  reacted  with  sodium bisulfite  solution  with  variation  in  ratio  of  1:0,5.    The  product  is  filtered  to  get  filtrate  and  residue.  The filtrate  is  further  analyzed  by  using  the  FT-IR  spectrophotometry  method.  From  the  research  we  get maximum  purity  of  surfactant  at  sodium  bisulfite  with  reactant  ratio  of  1:0,5;    Speed  100  rpm  and temperature 120 0 C.
Keywords : surfactant, coconut shell, FT-IR spectroscopy, UV-Visible spectroscopy

## Pendahuluan

## Latar Belakang
Surfaktan  adalah  zat  seperti  deterjen yang  ditambahkan  pada  cairan  untuk meningkatkan sifat penyebaran atau pembasahan  dengan  menurunkan  tegangan permukaan cairan khususnya air. Lignosulfonat  juga  disebut  lignin  sulfonat atau sulphite  lignin merupakan  suatu surfaktan yang dihasilkan dari proses sulfite pulping  pada  kayu.  Pada  proses sulphite pulping ,  lignin  dibuat  larut  dalam  solven polar  (air)  melalui  proses  sulfonasi  dan hidrolisis  [5].  Keberhasilan  isolasi  lignin dipengaruhi oleh kondisi optimum pada saat pengasaman  dan  proses  pemisahannya  [6]. Keberhasilan proses sintesis senyawa lignosulfonat  dipengaruhi  oleh  suhu,  pH, konsentrasi bisulfit dan lama [2].

## Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Isolasi  lignin  dengan  penambahan  katalis NaOH dan H 2 SO 4 serta identifikasi lignin. 2. Mengetahui  pengaruh  temperatur  dan kecepatan pengadukan pada proses pembuatan surfaktan.

## Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah dapat memberikan
pengetahuan  pada  peneliti  serta  masyarakat umum  proses  pembuatan  surfaktan  natrium lignosulfonat  dari tempurung kelapa.
Lignosulfonat  adalah  lignin  yang mengandung gugus  sulfonat  dan merupakan salah  satu  senyawa  larut  air,  yang  dapat diproduksi dari bahan nabati [1].

## Teori
Lignin dapat diisolasi dari kayu bebas ekstraktif  sebagai  yang  tidak  larut  setelah penghilangan polisakarida dengan hidrolisis. Secara  alternatif,  lignin  dapat  dihidrolisis dan  diekstraksi  dari  kayu  atau  diubah menjadi  turunan  yang  larut.  Menurut Achmadi [1] sifat-sifat lignin yang disebabkan  oleh  struktur  molekul  dan letaknya  dalam  dinding  sel  menyebabkan isolasi  lignin  dalam  bentuk  tak  berubah, belum dapat dilakukan. Semua  metode  isolasi  menunjukkan kekurangan, baik secara mendasar mengubah  struktur  lignin  asli  maupun melepaskan  bagian  lignin  yang  nisbih  tak berubah. Metode isolasi lignin terbagi dalam dua kelompok, yaitu:
a. Metode  yang menghasilkan lignin sebagai sisa (residu).
b. Metode  yang  melarutkan  lignin,  baik dengan  ekstraksi  pelarut  atau  membentuk turunan yang larut.
Struktur senyawa lignosulfonat yang  diusulkan  oleh  Gargulak  dan  Lebo (2000)  [4]  dapat  dilihat  pada  gambar  1  di bawah.

## Gambar  1.  Struktur  Senyawa  Natrium Lignosulfonat
Senyawa lignosulfonat dapat diperoleh dari: 1. Larutan sisa pemasak limbah pulp (lindi hitam)  proses  sulfit  dengan  cara ultrafiltrasi.
2. Proses sulfonasi isolat lignin.
Tabel  1.  Karakteristik  Natrium  Lignosulfonat (NLS) Komersil [6]) Karakteristik NLS Standar Komersial Kemurnian, % pH: 20% larutan Gula pereduksi, % Kandungan air, % Berat jenis, kg/m3 80,00 7,50 7,00 7,00 368,42

## Metodologi Penelitian
Bahan  baku  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  tempurung  kelapa, larutan  pemasak  etanol  96  %  :  air  (1:1), katalis  NaOH  10  %,  benzene  :  etanol  96  % (2:1,  v/v)  sebagai  ekstraktor,  NaHSO 3 sebagai perekasi pembuatan surfaktan natrium  lignosulfonat,  sedangkan  air  (H 2 O) sebagai pelarut. Tempurung kelapa dibersihkan, dikeringkan, kemudian digiling. Kemudian  diayak  melewati  100  mesh  dan dikeringkan di oven pada suhu 60 0 C selama 16  jam.  Kemudian  diekstraksi  dengan menggunakan  benzene  :  etanol  96  %  (2:1, v/v)  selama  6  jam  untuk  memperoleh tempurung  kelapa  bebas  ekstraktif.  Pada proses  isolasi  lignin,  serbuk  tempurung kelapa  bebas  ekstraktif  250  gr  dimasukkan pada  digester    dengan  penambahan  larutan pemasak  10  :  1  v/b,  ditambahkan  katalis NaOH  10  %.  Campuran  kemudian  dimasak pada  digester hingga mencapai  suhu 170 0 C kemudian  dipertahankan  selama  1  jam  pada suhu  tersebut.  Lindi  hitam  (lignin  terlarut) kemudian  disaring  dengan  kain.  Kemudian disentrifuse  dengan  kecepatan  4500  rpm selama  20  menit,  akan  terbentuk  endapan. Endapan  kemudian  dikeringkan  dalam  oven pada suhu 60 0 C selama 16 jam. Pada proses pembuatan  surfaktan  natrium  lignosulfonat, sebanyak  5  gr  lignin  dicampurkan  dengan NaHSO 3 dengan  perbandingan  1:0,5;  lalu disuspensikan  dalam  150  ml  air.  Lignin disuspensikan  dalam  labu  leher  tiga  ukuran 500  ml  menggunakan  pengaduk.  Kemudian pH  diatur  6  dengan  penambahan  NaOH 15  %.  Campuran  selanjutnya  direfluks  pada suhu  100 0 C,  110 0 C,  120 0 C  sambil dilakukan pengadukan dengan alat pengaduk (80  rpm,  90  rpm,  100  rpm),  agar  campuran reaksi  sempurna,  dengan  pemanas  listrik selama  3  jam.  Surfaktan  pekat  yang diperoleh dikeringkan dalam oven pada suhu 60 0 C hingga berat rendemennya konstan.

## Analisa Lignin
Analisa yang dilakukan adalah analisa lignin  yang  dihasilkan  dengan  spektroskopi FT-IR,  analisa  kemurnian  surfaktan  dengan menggunakan  spektrofotometri  UV-Visible dan  penentuan  kemurnian  NaLS,  analisa tegangan  permukaan  ( Surface  Tension )  dan analisa  nilai  HLB  ( Hidrophylic-Lipophylic Balance ) dan penentuan nilai HLB ( Hidrophylic-Lipophylic Balance ).
Hasil Dan Pembahasan Analisa dengan Spektrofotometer FT-IR Identifikasi Surfaktan Natrium Lignosulfonat  hasil  sulfonasi  menggunakan spektrofotometer  FT-IR  dimaksudkan  untuk melihat  mekanisme  reaksi  sulfonasi  lignin membentuk surfaktan natrium lignosulfonat. Mekanisme  reaksi  sulfonasi  lignin  melalui substitusi  SO 3 dengan  gugus  –OH; C=  serta gugus guaiasil (metoksil). Natrium lignosulfonat  standart  dari  Aldrich  (NLS Aldrich) sebagai pembanding.
Tabel 2.  Pencirian gugus fungsi NaLS Aldrich dan NaLS 1:0,5 [3]
Bilangan Gel.
NaLS Aldrich (cm -1 ) Bilangan Gel. NaLS 1:0.5 (cm -1 ) Gugus Fungsi 1120-1230 1220,94 SO 3 1005-1055 1080,14 S=O 750-1000 829,39 S-O
Pada  Gambar  2  dan  Gambar  3,  hasil identifikasi gugus fungsi dengan spektrofotometer  FT-IR,  surfaktan  natrium ligosulfonat menunjukkan pola serapan pada daerah  bilangan  gelombang  yang  mirip dengan NLS Aldrich.

## Analisa dengan Spektrofotometri UV-Visible
Perhitungan % kemurnian NaLS Dari analisa diperoleh data:
A 232 = 0,054 FP = 1000 g = 0,002 maka: % Kemurnian NaLS = 10 232 Faktorxgx xFP A % Kemurnian NaLS = 10 002 , 0 35 1000 054 , 0 x x x % Kemurnian NaLS = 77,14 %
Gambar 2. Spektrum FT-IR NaLS Aldrich [3]
Gambar  3.  Spektrum  FT-IR  NaLS  dengan  perbandingan  reaktan  1:0,5,  temperature  120 o C dan 100 rpm
Penentuan  Tegangan  Permukaan  dan  Nilai HLB Natrium Lignosulfonat
Penentuan  Tegangan  Permukaan  dan Nilai  HLB  Natrium  Lignosulfonat  dengan Perbandingan Reaktan 1:0,5; 120 o C dan 100 rpm.
Tabel 3.  Tegangan Permukaan dengan Perbandingan Reaktan 1:0,5; 120 o C dan 100 rpm
C η FK η .FK Log C 1x10 -3 40 1,2125  48,5 -3 2x10 -3 39 1,2125  47,2875 -2,69 1x10 -2 39 1,2125  47,2875 -2 2x10 -2 38 1,2125  46,075 -1,69 1x10 -1 37 1,2125  44,8625 -1 2x10 -1 36 1,2125  43,65 -0,69 43 44 45 46 47 48 49 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 η FK Log C
Gambar  4.  Grafik  Hubungan  Log  c  vs ηFK
Dari Gambar 4,  diperoleh nilai Cw = -1,345 Perhitungan : Log Cw = -1,345 Cw = 0,0452 Co  = 100 – Cw = 99,9548
Maka:
HLB = 7 – 0,36ln Cw Co = 7 – 0,36ln 0452 , 0 9548 , 99
= 7 – 0,36(7,7014) = 4,2275 Pengaruh Temperatur pada Proses Pembuatan Surfaktan Natrium Lignosulfonat 0 50 100 150 200 250 100 110 120 Ren d em en Na L S Temperatur 1:0,5; 100 rpm 1:0,5; 90 rpm 1:0,5; 80 rpm
Gambar  5.  Grafik  Hubungan  rendemen surfaktan NaLS Vs Temperatur
Dalam Gambar 5 ditunjukkan hubungan  antara  rendemen  surfaktan  NaLS dengan  temperatur.  Perubahan  temperatur dari  100  °C  sampai  120  °C  memberikan kenaikan  yang  positif  terhadap  rendemen sodium  lignosulfonat  yang  dihasilkan,  yaitu dari 70 % - 78,2 %.
Pengaruh  Kecepatan  Pengadukan  pada Proses Pembuatan
Surfaktan Natrium Lignosulfonat 68 70 72 74 76 78 80 80 90 100 Rendem en NALS Kecepatan Putaran 1:0,5;t=100 1:0,5; t=110 1:0,5; t=120
Gambar  6.  Grafik  Hubungan  rendemen surfaktan NaLS Vs Kecepatan Putaran
Dalam Gambar 6 ditunjukkan hubungan  antara  rendemen  surfaktan  NaLS dengan kecepatan putaran. Perubahan kecepatan  pengadukan  dari  80  rpm  sampai 100  rpm  memberikan  kenaikan  yang  positif terhadap  rendemen  sodium  lignosulfonat yang  dihasilkan,  walaupun  pengaruhnya rendah.  Pada  perbandingan  reaktan  1;0,5 (b/b)  dan  temperatur  120  °C  terjadi peningkatan rendemen sodium lignosulfonat dari  kecepatan  pengadukan  80  rpm  -  100 rpm, yaitu dari 76,8 % - 78,2 %.

## Kesimpulan
Hasil  yang  diperoleh  dari  penelitian ini menunjukkan bahwa: 1. Penambahan  katalis  natrium  hidroksida
(NaOH)  berfungsi  untuk  mendegradasi dan  melarutkan  lignin  sehingga  mudah dipisahkan dari selulosa dan
hemiselulosa.
2. Penambahan  asam  sulfat  (H 2 SO 4 15  %) sampai  pH  2  pada  saat  pentitrasian sangat  berpengaruh  terhadap  kadar isolat lignin yang dihasilkan, Penambahan H 2 SO 4 15 % juga berpengaruh  terhadap  rendemen  dan tingkat kemurnian isolat lignin.
3. Kemurnian surfaktan natrium
lignosulfonat  yang  dihasilkan  dengan perbandingan reaktan  1:0,5; suhu reaksi
120 0 C dan pengadukan 100 rpm adalah
78,2%. 4. Nilai HLB ( Hidrophile-Lipophile Balance ) surfaktan natrium
lignosulfonat  yang  dihasilkan  dengan perbandingan reaktan 1:05 dengan suhu reaksi 120 0 C, dan pengadukan 100 rpm adalah 4,2275.

## Daftar Pustaka
[1]  Achmadi,
S.S, Kimia Kayu, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat Pendidikan  Tinggi,  Pusat  Antar Universitas  Bioteknologi,  Institut
Teknologi Bogor, Bogor, 1990.
[2]  Ani  Suryani,  Djumali  Mangunwijaya, Erliza  Hambali  dan  Kosi  Anwar, Tesis,  Proses  Optimasi  Suhu  dan Konsentrasi Sodium Bisulfit pada
Pembuatan  Sodium  lignosulfonat Berbasis  Tandan  Kosong  Kelapa Sawit, Fakultas Teknologi, Pertanian Institut Pertanian Bogor, Bogor, 2007.
[3]  Fengel.  D  dan  Wegener.  G,  Kimia, Ultra struktur, Reaksi-reaksi. Edisi  2,  Terjemahan  dari  Wood:
Chemistry, Ultra Structure, Reactions, Sastrohamidjojo, penerjemah;    Prawirohatmodjo, penyunting,: Gajah Mada University  Press,  Yogyakarta, 1995. [4]  Ismiyati,  Disertasi,  Perancangan  proses sulfonasi lignin menjadi surfaktan  natrium  lignosulfonat (NLS),  Institut  Pertanian  Bogor, Bogor, 2008. [5]  Kirk, R.E. and Othmer, D.P., Encyklopedia of Chemichal Technology, Fourth Edition, Volume  14,  John  Willey  and Sons Inc, New York, 1981. [6]  Wesco Technology, Ltd, Typical properties of weschem ammonium lignosulfonat, calcium  lignosulfonat,  sodium lignosulfonat,  zinc  lignosulfonat, 1995,  www.wtl.com/aprops.html,
diakses  tanggal  15  September 2011.