ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 12 (2) (2009) : 61 – 65
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh Penambahan Natrium Tripolifosfat dan pH terhadap Detergensi Surfaktan Hasil Sublasi
Chandra Ady Nugroho a , Arnelli a* , Ahmad Suseno a
a Physical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: arnelli@live.undip.ac.id A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords:
Sublation, detergency, STPP, Surfactant, LAS, ABS
Research on the effect of addition of sodium tripolyphosphate and pH to surfactant detergency obtained from sublation of washing liquid waste. The main ingredients for the detergent  are surfactants  that  can  contaminate  the  environment,  including  branched-alkylbenzen sulphonate (ABS) and linear-alkylbenzen sulfonate (LAS). ABS surfactants with branched alkyl chains are not biodegradable hence they cannot be decomposed by microorganisms and cause pollution in the waters. One of surfactant recovery method is sublation. The research was carried out through three stages (1) sublation of washing liquid waste (2) characterization of sublation resulted surfactant and (3) detergency test for sublation resulted surfactant. The sublation of washing  liquid  waste  was  performed  by  addition  of  NaCl  and  NaHCO 3 .  Sublation  resulted surfactant was characterize by FTIR (Fourier Transform Infrared). Whereas sublation resulted surfactant detergency test was carried out using Sodium Tripolyphosphate (STPP) builder and pH adjustment. The results showed that sublation resulted surfactants obtained has a white- gray colour. The FTIR spectra showed the presence of an alkyl group which appears at 2931,80 cm -1 ,  sulphonate  at  1411,89  cm -1 ,  aromatic  rings  at  1573.91  cm -1 and  benzene  at  1118,71  cm -1 which  indicate  the  sublation result  was  a LAS. From the  detergency test, it was  obtained  the optimum  detergency  was  74.51%  at  23%  surfactant  concentration,  60%  (w  /  w)  STPP concentration and pH of 11.5.

## A b s t r a k
Kata kunci: Sublasi, detergensi, STPP, Surfaktan, LAS, ABS
Telah  dilakukan  penelitian  tentang  pengaruh  penambahan  natrium  tripolifosfat  dan  pH terhadap detergensi surfaktan hasil sublasi limbah cair cucian. Bahan utama penyusun detergen adalah surfaktan yang dapat mencemari lingkungan, antara lain branched- alkilbenzen sulfonat (ABS)  dan linier- alkilbenzen  sulfonat  (LAS).  Surfaktan  ABS  dengan  rantai  alkil  bercabang, bersifat tidak terbiodegradasi, yaitu tidak dapat diurai oleh mikroorganisme dan menyebabkan polusi  pada  perairan  di  lingkungan.  Metode  pengambilan  surfaktan  salah  satunya  dapat dilakukan dengan metode sublasi yang dapat mengurangi pencemaran lingkungan. Penelitian dilakukan  melalui  tiga  tahap  yaitu  sublasi  limbah  cair  cucian,  karakterisasi  surfaktan  hasil sublasi  dan  detergensi  surfaktan  hasil  sublasi.  Sublasi  limbah  cair  cucian  dilakukan  dengan penambahan  garam  NaCl  dan  NaHCO 3. Karakterisasi  surfaktan  hasil  sublasi  menggunakan metode  FTIR (Fourier  Transform  Infra  Red) .  Detergensi  surfaktan  hasil  sublasi  dengan menggunakan  builder  Natrium  Tripolifosfat  (STPP)  dan  pengaturan  pH.  Hasil  penelitian menunjukkan surfaktan yang diperoleh dari hasil sublasi berwarna putih keabu-abuan. Spektra FTIR  menunjukkan  adanya  gugus  alkil,  terdapat  pada  bilangan  gelombang  2931,80  cm -
1 ,sulfonat pada 1411,89 cm -1 , cincin aromatis pada 1573,91 cm -1 dan benzena pada 1118,71cm -1 yang menunjukkan hasil sublasi  adalah surfaktan LAS. Hasil  detergensi  diperoleh  detergensi optimum 74,51 % pada konsentrasi surfaktan 23 %, konsentrasi STPP sebesar 60 % (b/b) dan pH sebesar 11,5.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 12 (2) (2009) : 61 – 65

## 1. Pendahuluan
Salah satu jenis pencemaran yang terjadi di perairan adalah  hasil  buangan  limbah  detergen.  Pencemaran limbah detergen baik yang berasal dari industri maupun rumah  tangga  sangat  membahayakan  karena  detergen yang  digunakan  dapat  terurai  dalam  jangka  waktu  30 tahun. Indonesia dengan jumlah penduduk 220 juta jiwa atau  sekitar  40  juta  rumah  tangga,  bila  diasumsikan bahwa  setiap  rumah  tangga  menggunakan  50  gram detergen/ hari, maka setiap tahunnya sebanyak 720 ribu ton  detergen  yang  akan  mencemari  lingkungan  dan jumlah  ini  belum  termasuk  aktivitas  industri  detergen. Bahan utama penyusun detergen adalah surfaktan yang dapat  mencemari  lingkungan,  terdiri  atas branched- alkilbenzen  sulfonat  (ABS)  dan linier- alkilbenzen sulfonat  (LAS).  Surfaktan  ABS  dengan  rantai  alkil bercabang,  bersifat  tidak  terbiodegradasi,  yaitu  tidak dapat  diurai  oleh  mikroorganisme  dan  menyebabkan polusi  pada  perairan  di  lingkungan  [1].  Tidak  demikian dengan surfaktan LAS, rantai alkil lurus yang dimilikinya menyebabkan  surfaktan  dapat  didegradasi  oleh mikroorganisme  dan  mengurangi  masalah  lingkungan [2].  Surfaktan  ABS  tidak  terdegradasi  secara  sempurna oleh bakteri, hanya terdegradasi 17,9 %, sedangkan LAS terdegradasi  96,8  %  [3].  Salah  satu  cara  mengatasi permasalahan  lingkungan  dari  limbah  detergen  adalah dengan pengambilan kembali surfaktan dari larutannya [4]
Metode yang telah dikembangkan dalam pengambilan surfaktan adalah metode adsorbsi, metode ekstraksi  pelarut,  metode  pertukaran  ion  dan  metode kromatografi  kolom.  Penggunaan  metode  ekstraksi pelarut membutuhkan waktu yang relatif lama dan biaya yang  cukup  mahal,  sedangkan  dengan metode  adsorbsi hasil  yang  didapatkan  bukan  merupakan  surfaktan murni  dan  karena  telah  diadsorbsi  maka  kadang  sulit dilakukan  pengambilan  dari  adsorbennya.  Penggunaan metode  pertukaran  ion  lebih  spesifik  digunakan  untuk pemisahan surfaktan jenis nonionik dari larutannya [5]. Berdasarkan  kelemahan  dari  berbagai  metode  tersebut maka  perlu  alternatif  penggunaan  metode  dalam pengambilan  kembali  surfaktan  dari  larutannya  yaitu dengan  menggunakan  metode  sublasi  yang  dapat memisahkan  surfaktan  dengan  material  non  surfaktan. Metode  sublasi  memiliki  keunggulan  yaitu  khusus digunakan  untuk  surfaktan.  Adanya  sifat  hidrofob  dan hidrofil  menyebabkan  surfaktan  terkumpul  pada  antar muka cair dengan fase lainnya, sehingga dengan metode sublasi  diharapkan  surfaktan  dapat  teradsorbsi  pada antar muka cair-gas dan surfaktan dapat dipisahkan dari larutannya  dan  akan  didapatkan  padatan  surfaktan dengan penguapan dari pelarut organik yang digunakan [6].  Sebelum  dilakukan  detergensi  terlebih  dulu dilakukan  penentuan  konsentrasi  misel  kritis  (CMC), karena  CMC  merupakan  konsentrasi  minimal  dari pemakaian  surfaktan  sehingga  proses  detergensi  akan optimal  dan  efisien  [7].  Proses  detergensi  dapat ditingkatkan dengan penambahan optimum Natrium Tri Polifosfat (STPP) sebagai builder. STPP merupakan unsur penting kedua dalam detergen setelah surfaktan karena kemampuannya untuk mengurangi kesadahan sehingga
detergen  dapat  bekerja  dengan  optimal  [8].  Selain  itu juga dilakukan penentuan pH optimum detergensi yang berkisar  antara  8-12  [9]  sehingga  dapat  menentukan pengaruh penambahan STPP dan pH terhadap detergensi surfaktan hasil sublasi.

## 2. Metode
Penelitian  dilakukan  dalam  tiga  tahap.  Tahap pertama adalah sublasi model limbah cair cucian, tahap kedua adalah karakterisasi surfaktan hasil sublasi, tahap ketiga  adalah  uji  detergensi,  sebelum  detergensi dilakukan  terlebih  dahulu  dilakukan  penentuan konsentrasi misel kritis (CMC). Uji detergensi dilakukan dengan membuat kotoran standar yang dibubuhkan pada kain  katun  putih  kemudian  dicuci  dengan  surfaktan ditambah STPP dan diatur pH nya, kemudian ditimbang berat kain sebelum dan sesudah dicuci dengan zat aditif. Untuk  proses  sublasi  surfaktan  dan  detergensinya dilakukan  di  laboratorium  kimia  fisik  Universitas Diponegoro  sedangkan  karakterisasi  surfaktan  hasil sublasi  dilakukan  di  laboratorium  kimia  organik Universitas Gajah Mada.

## Alat
Alat-alat gelas standar penelitiaan, neraca analitik, seperangkat alat sublasi, pH meter, serta spektrofotometer FTIR Shimadzu 8210PC di laboratorium Kimia Organik UGM.

## Bahan
Bahan yang dibutuhkan untuk proses sublasi adalah etil astetat, gas N 2 , asam sulfat 18 M, NaOH kristal, NaCl Kristal,  NaHCO 3 kristal,  akuades,  NaH 2 PO.H 2 O,  kaolin, feriklorida, bensin, karbon hitam, aseton, lemak sapi dan STPP.

## Cara Kerja

## Pembuatan kotoran standar
Menimbang  sebanyak  19,32  gram  kaolin,  600 mgram  feriklorida,  80  mgram  karbon  hitam,  5  gram bensin  mobil,  10  gram  lemak  sapi.  Masing-masing disuspensikan dengan aseton kedalam gelas piala 25 mL. Larutan kemudian dimasukkan kedalam gelas ukur 500 mL  dan  ditambahkan  aseton  hingga  tanda  batas.  Labu ditutup dan dikocok selama 5 menit hingga benar-benar bercampur.

## Pembuatan substrat
Kain  katun  putih  dipotong-potong  dengan  ukuran 10x10  cm  kemudian  dikeringkan  dalam  oven  dengan suhu pemanasan kira-kira 105 ˚C selama + 3 jam hingga dicapai berat kain yang konstan. Kain katun dimasukkan ke  dalam  desikator  +  1  jam.  Kain  kering  kemudian ditimbang  dan  dicatat  sebagai  bobot  bersih,  yang kemudian kain ini disebut substrat.

## Pembuatan model limbah cair cucian
Pelarutan 30 gram detergen dalam 10 liter akuades. Pakaian seberat 1 kg direndam selama 15 menit. Pakaian dicuci  dan  air  limbah  ditampung.  Diambil  10  mL kemudian diencerkan dengan akuades sampai 1 liter.

## Proses sublasi
Larutan surfaktan hasil pemodelan dialirkan secara perlahan  ke  dalam  tabung  sublator.  Ditambah  garam NaCl  seberat  80  gram  dan  NaHCO 3 seberat  4  gram. Sebanyak  50  mL  etil  asetat  dialirkan  secara  perlahan melalui  dinding  tabung  sublator  hingga  terbentuk lapisan  di  atas  larutan  surfaktan.  Gas  N 2 dialirkan  ke dalam  larutan  etil  asetat  yang  berada  pada  tabung  lain (Gambar 1).
Gambar 1 Seperangkat alat sublasi
Proses  tersebut  dilakukan  pada  tekanan  optimum (0.5  N/cm 2 ).  Dilakukan  sublasi  3  kali,  masing-masing 1x10  menit.  Selanjutnya  dilakukan  pengulangan  proses limbah cair cucian rumah tangga.

## Penentuan Critical Misel Consentration (CMC) surfaktan
Penentuan  CMC  dilakukan  dengan  menggunakan metode  turbidimetri,  di  mana  surfaktan  akan  divariasi konsentrasinya.  Untuk  menentukan  CMC  surfaktan divariasi  konsentrasinya  dari  2-2,9  g/L,  kemudian diukur kekeruhannya dengan turbidimeter.

## Proses Detergensi
Uji  detergensi  dilakukan  dengan  cara  menyiapkan substrat  yang  yang  terdiri  dari  kain  katun  putih.  Kain bersih  dikeringkan  di  dalam  oven  dengan  suhu pemanasan  kira-kira  105 0 C  selama  kurang  lebih  3  jam hingga dicapai berat kain yang konstan. Kemudian kain dimasukkan  desikator  kurang  lebih  1  jam.  Kain  kering ditimbang dan dicatat sebagai bobot kering kain bersih. Kain dimasukkan dalam gelas piala 1000 ml dan kotoran standar  dituangkan  ke  dalamnya  sambil  diaduk-aduk hingga  rata.  Setelah  kira-kira  kotoran  menempel  pada kain,  kain  diangkat  dan  diangin-anginkan  selama kurang lebih 30 menit. Setelah kain kering, kain dioven lagi  selam  3  jam  hingga  diperoleh  berat  yang  konstan dalam  suhu  105 0 C.  Kain  dimasukkan  desikator  kurang lebih  1  jam.  Kain  kering  ditimbang  dan  dicatat  sebagai berat  kain  yang  telah  terkena  kotoran,  dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
di mana:
PK  : Persen kotoran yang menempel
BKK : Berat kain kotor
BBB : Berat kain bersih
Kain dipotong dengan ukuran 10x10 cm dan dioven lagi selama 1 jam. Kemudian kain dicuci dengan larutan pencuci surfakan yang telah dibuat dengan memvariasikan konsentrasi zat aditifnya (STPP) dan pH selama  kurang  lebih  setengah  jam.  Setelah  dicuci,  kain dibilas  dengan  air  kran  dan  diangin-anginkan  selama kurang lebih setengah jam. Kemudian kain dioven selama 3  jam  pada  suhu  105 O C,  dan  didesikator  selama  1  jam. Kain  yang  telah  bersih  ditimbang  dan  dicatat  berat bersihnya.
Persen kehilangan kotoran dihitung dengan rumus sebagai berikut:
di mana:
PK ’ : Persen berkurangnya kotoran
BKK  : Berat kain kotor
BBB ’ : Berat kain bersih setelah proses detergensi
Kemudian dari data % berkurangnya kotoran dan % kotoran  yang  menempel  dapat  dihitung  %  hilangnya kotoran (HL)
HL = 𝑃𝐾′ 𝑃𝐾 × 100%

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Sublasi limbah cair cucian
Pada  proses  sublasi  dipilih  gas  nitrogen  sebagai sumber  gelembung  karena  gas  nitrogen  bersifat  non polar, inert, dan relatif murah. Gas nitrogen dialirkan ke dalam  etil  asetat  kemudian  dilewatkan  pada  busa  yang berpori  sehingga  diperoleh  gelembung-gelembung  gas nitrogen  yang  telah  bercampur  etil  asetat,  selanjutnya gelembung  dilewatkan  pada  cairan  limbah  yang mengandung surfaktan. Gelembung gas pecah di lapisan etil  asetat  yang  tidak  bercampur  dengan  limbah  cair cucian,  sehingga  surfaktan  berada  di  lapisan  etil  asetat dan  dapat  dipisahkan  dengan  pemanasan,  karena  titik didih  etil  asetat  yang  jauh  lebih  rendah  dari  titik  lebur surfaktan. Proses sublasi dilakukan 3x10 menit.
Penggunaan  busa  digunakan  busa  yang  perpori kecil,  hal  ini  dimaksudkan  agar  semakin  banyak gelembung  gas  yang  dihasilkan,  sehingga  lebih  banyak surfaktan  yang  teradsorbsi  pada  permukaan  gas nitrogen-etil asetat. Penambahan garam akan mengurangi  gaya  tolak  menolak  ujung  hidrofil  satu dengan  ujung  hidrofil  lainnya,  sehingga  adsorpsi surfaktan pada gelembung gas nitrogen-etil asetat lebih baik.

## Karakterisasi Surfaktan Hasil Sublasi dengan FTIR
Metode  analisis  menggunakan  spektrofotometer FTIR  bertujuan  untuk  mengidentifikasi  gugus-gugus
fungsi yang terdapat pada sampel surfaktan hasil sublasi, sehingga dapat diketahui apakah zat yang terambil pada proses  sublasi  benar-benar  surfaktan  atau  tidak  dan mengetahui  jenis  dari  surfaktan  tersebut  dengan membandingkan  dengan  contoh  spektra  surfaktan murni.
Gambar 1 Spektra FTIR surfaktan hasil sublasi

## Gambar 2 Spektra LAS pasaran
Tabel 1. Perbandingan spektra FTIR surfaktan hasil sublasi dan LAS perdagangan No Gugus Fungsi Surfaktan hasil sublasi LAS perdagangan 1 Csp 2 -H 2931,80 cm -1 2923,9 cm -1 2 C=C aromatik 1573,91 cm -1 1558,4 cm -1 3 S=O 1411,89 cm -1 1411,8 cm -1 4 Benzena 1118,71 cm -1 1191,9 cm -1

## Detergensi surfaktan hasil sublasi
Setelah didapatkan padatan surfaktan hasil sublasi, maka dilakukan penentuan Critical Missel Concentration (CMC). Penentuan  CMC  dilakukan  untuk  mengetahui efektifitas  pemakain  surfaktan.  Pada  penelitian  ini penentuan CMC dilakukan dengan menggunakan metode turbidimetri.  Untuk  mengetahui  nilai  CMC  dilakukan pembuatan  grafik  antara  konsentrasi  surfaktan  dengan turbiditasnya.
Gambar 3 Grafik penentuan nilai CMC (Critical Missel Concentration)
Berdasar Gambar 3 nilai turbiditas naik tajam pada konsentrasi  surfaktan  2-2,2  g/mL  di  mana  pada konsentrasi  tersebut  adalah  saat  surfaktan  mulai membentuk  missel,  pada  nilai  2,3-2,9  kenaikan cenderung  kecil  karena  missel  telah  terbentuk  pada konsentrasi 2,3 g/L sehingga nilai CMC surfaktan sebesar 2,3 g/L, nilai CMC merupakan konsentrasi surfaktan yang optimal  untuk  proses  detergensi  sehingga  detergensi yang dilakukan juga akan optimal.
Detergensi  merupakan  sifat  spesifik  dari  zat  aktif permukaan untuk membersihkan suatu permukaan dari kotoran  [9].  Pada  penelitian  ini  untuk  membersihkan permukaan digunakan surfaktan hasil sublasi limbah cair cucian  yang  ditambahkan  dengan builder dan filler dengan berbagai konsentrasi. Kemudian setelah didapat konsentrasi  optimum builder (STPP)  dilakukan penentuan pH optimum detergensi.
Gambar 4 Grafik daya detergensi dengan variasi konsentrasi Natrium Tripolifosfat
Pada  Gambar  4  dapat  dilihat  bahwa  penggunaan natrium tripolifosfat sangat berpengaruh terhadap daya detergensi surfaktan. Jika detergensi hanya menggunakan surfaktan hasil sublasi saja, detergensinya hanya  35,27  %,  dengan  penambahan  natrium tripolifosfat daya detergensinya meningkat. Penggunaan
natrium tripolifosfat  ( builder ) bertujuan untuk mengurangi  kesadahan  pada  air  yang  dipakai  yaitu MgCO 3 dan  CaCO 3 .  Kesadahan  ini  dapat  mengganggu kerja  surfaktan  (zat  aktif  permukaan)  dalam  proses detergensi  karena  dapat  bereaksi  dengan  surfaktan sehingga  menghasilkan  endapan  yang  tidak  aktif  lagi. Penambahan  STPP  sebesar  60  %  menghasilkan detergensi  sebesar  62,37  %  maerupakan  detergensi optimal.
Gambar 5. Grafik detergensi pada konsentrasi STPP 60% dan variasi pH
Dari Gambar 5 dapat dilihat pH akan mempengaruhi daya  detergensi  surfaktan  hasil  sublasi.  Semakin  tinggi pH  detergensi  semakin  meningkat.  Kondisi  basa  akan mendukung  detergensi  karena  adanya  sumbangan muatan  negatif  terhadap  substrat  dan  kotoran.  Dengan muatan  sama  antara  substrat  dan  kotoran  maka  dapat saling  tolak  menolak,  menyebabkan  ikatan  keduanya lemah  dan  surfaktan  dapat  melepaskan  kotoran  dari substrat dengan mudah.
Dari  hasil  penelitian  didapatkan  nilai  pH  optimum untuk detergensi sebesar 74,51 % pada pH 11,5. Pada pH 12 daya  detergensi menurun  drastis,  hal  ini disebabkan karena surfaktan terhidrolisis, menyebabkan kereaktifan surfaktan dalam proses detergensi berkurang.

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  dan  pembahasan,  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Nilai  dari  Konsentrasi  Misel  Kritis  (CMC)  surfaktan hasil sublasi adalah 2,3 g/L.
2. Detergensi  optimum  adalah  74,51  %  dengan  kadar surfaktan,  STPP  dan  pH  berturut-turut  23  %  (b/b), 60% (b/b), dan 11,5.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Jesús  Campos-García,  Abraham  Esteve,  Rafael Vázquez-Duhalt, Juán Luis Ramos, Gloria Soberón- Chávez,  The  branched-chain  dodecylbenzene sulfonate  degradation  pathway  of  Pseudomonas aeruginosa  W51D  involves  a  novel  route  for
degradation  of  the  surfactant  lateral  alkyl  chain, Applied and environmental microbiology, 65 (1999) 3730-3734.
[2]  R. A. Bailey, H. M. Clark, C. P. Feris, S. Krause, R. L. Strong, Chemistry of the Enviromental, in, Academic Press, New York, 1978.
[3]  Pornsawan  Visoottiviseth,  Siwilai  Ekachote,  E. Suchart Upatham, Microbial Degradation of Anionic Detergent  in  Natural  Water, Journal  of  The  Science Society of Thailand, 14 (1988).
[4]  Lenore  S  Clesceri,  American  Public  Health Association, Standard methods for the examination of  water  and  wastewater,  17  ed.,  American  Public Health Association Washington, DC, 1996.
[5]  George  Frederick  Longman,  Analysis  of  Detergents and Detergent Products, Wiley, 1976.
[6]  S  Pastewski,  K  Medrzycka,  Monitoring  surfactant concentrations  in  surface  waters  in  Tricity agglomeration,  Polish  Journal  of  Environmental
Studies, 12 (2003) 643-646. [7]  Mazen Ahmed Muherei, Radzuan Junin, Investigating  synergism in critical micelle
concentration  of  anionic-nonionic  surfactant mixtures  before  and  after  equilibration  with  shale, Journal Of Applied Sciences Research, 5 (2009) 181- 189.
[8]  Parichat  Tanthakit,  Ampika  Nakrachata-Amorn, John  F  Scamehorn,  David  A  Sabatini,  Chantra Tongcumpou,  Sumaeth  Chavadej,  Microemulsion formation and detergency with oily soil: V. Effects of water  hardness  and  builder,  Journal  of  surfactants and detergents, 12 (2009) 173-183.
[9]  Milton  J.  Rosen,  Surfactants  and  interfacial phenomena, Wiley, 1978.