## OPTIMASI SUHU DAN KONSENTRASI ASAM ASETAT PADA REAKSI EPOKSIDASI METIL ESTER MINYAK SAWIT

## TEMPERATURE AND ACETIC ACID CONCENTRATION OPTIMATION IN THE EPOXIDATION REACTION OF PALM OIL METHYL ESTER
Edy Purwanto, Emma Savitri, dan Christopher Aditya Sivananda Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Surabaya Jalan Raya Kalirungkut 60293 Surabaya, Telepon. (031)2981158, Faks. (031) 2981178 email: edypurwanto@ubaya.ac.id

## ABSTRAK
Minyak nabati kaya akan kandungan asam lemak tak jenuh dari jenis asam oleat, linoleat, dan linole- nat  yang  dapat  dikonversi  menjadi  gugus  senyawa  epoksida.  Minyak  epoksida  memiliki  banyak  kegunaan diantaranya  sebagai  plastisiser  untuk  memperbaiki  fleksibilitas,  elastisitas,  dan  stabilitas  bahan  karena pengaruh panas dan radiasi. Pada penelitian ini, minyak sawit dikonversi terlebih dahulu menjadi metil ester minyak  sawit  (MEMS)  dan  kemudian  dilanjutkan  reaksi  epoksidaso  menghasilkan  metil  ester  minyak  sawit terepoksidasi  (MEMST).  Metode  response  surface  digunakan  untuk  optimasi  dan  mempelajari  pengaruh suhu reaksi dan rasio mol MEMS/CH 3 COOH terhadap konversi reaksi dan bilangan oxirane. Kondisi reaksi yang optimal ditunjukkan oleh kandungan gugus oxirane yang tinggi yaitu bilangan oxirane. Reaksi epoksi- dasi dilakukan di  dalam reaktor batch menggunakan asam asetat sebagai senyawa pembawa oksigen. Cen- tral  Composite  Design  (CCD)  dengan  dua  variabel  independent  dan  dua  fungsi  response  digunakan  untuk mempelajari pengaruh variabel input. Hasil penelitian menunjukkan konversi reaksi meningkat dengan me- ningkatnya  suhu  reaksi  dan  rasio  mol  MEMS/CH 3 COOH  sebelum  mencapai  titik  maksimum  dan  kemudian turun secara monoton. Kondisi reaksi epoksidasi yang optimal ditunjukkan oleh bilangan oxirane maksimum yang dicapai pada suhu reaksi 56,3 o C and rasio mol MEMS/CH 3 COOH adalah 1:0,43.
Kata kunci: epoksidasi, metil ester, minyak sawi,t oxirane

## ABSTRACT
Vegetable oils are rich in content unsaturated fatty acid from the type of oleic acid, linoleic acid and linolenic acid that can be converted to epoxide groups. Epoxidized oil has many useful applications such as plastisizer  to  improve  flexibility,  elasticity  and  stability  under  the  influence  of  heat  and  radiation.  In  this research,  palm  oil  was  converted  first  to  become  palm  oil  methyl  ester  (POME),  followed  by  epoxidation reaction  to  produce  epoxidized  palm  oil  methyl  ester  (EPOME).  Response  surface  method  (RSM)  was  per- formed  for  optimization  and  to  study  the  influence  of  reaction  temperature  and  molar  ratio POME/CH 3 COOH on the conversion reaction and oxirane value. An optimal reactional condition was shown by  high  oxirane  content which  was in the  form of oxirane  counts/number. Epoxidation reaction was  run  in the  batch reactor  using acetic acid  as  an oxygen carrier. Central Composite Design  (CCD) with two inde- pendent  variables  and  two  response  function  was  utilized  to  investigate  the  effect  of  input  variables.  The result  shows  that  reaction  conversion  increased  with  the  rise  of  reaction  temperature  and  molar  ratio  of POME/CH 3 COOH  before  reaching  the  maximum  point,  and  then  it  monotonously  decreased.  The  optimal operating  condition  for  epoxidation  reaction  was    indicated  by  maximum  oxirane  value  which  could  be reached by the reaction temperature of 56.3 o C and molar ratio POME/CH 3 COOH of 1:0.43
Key words: epoxidation,  methyl ester, oxirane, palm oil

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  penghasil  mi- nyak  sawit  terbesar  di  dunia  dan banyak  sekali  pro- duk turunan dari minyak sawit yang dapat menggan- tikan keberadaan minyak bumi. Produk  hasil olahan minyak  sawit  diantaranya  adalah  pelumas  biode- gradable  dan  plastisiser.  Asam  lemak  tak  jenuh  di dalam  minyak  sawit  dapat  dikonversi  menjadi  mi- nyak epoksida  yang  dapat  digunakan sebagai  plasti- sizer  untuk  meningkatkan  fleksibilitas,  elastisitas dan  stabilitas  polimer  terhadap  panas  dan  radiasi sinar  ultraviolet  (Rubeena,  2008).  Minyak  hasil reaksi  epoksidasi  dapat  digunakan  sebagai  pelumas suhu  tinggi  dan  produk  yang  diperoleh  dari  pembu- kaan  cincin  oxirane  dapat  digunakan  sebagai  pelu- mas pada suhu rendah.
Pada  sintesis  metil  ester  minyak  sawit  tere- poksidasi  (MEMST)  melalui  reaksi  epoksidasi,  pe- nentuan kondisi optimum pada pengaruh suhu reaksi dan  konsentrasi  asam  asetat  sebagai  pembawa  oksi- gen menjadi hal yang sangat penting karena menen- tukan  kualitas  dari  produk  minyak  epoksida  yang dihasilkan.  Sehingga  perlu  dilakukan  penelitian pengaruh  suhu  reaksi  dan  konsentrasi  asam  asetat pada reaksi  epoksidasi  terhadap  konversi reaksi  dan bila- ngan oxirane produk. Minyak sawit berasal dari tumbuhan  Elaeis  guineensi  diperoleh  dari  ekstraksi bagian  inti  atau  buah  kelapa  sawit.  Asam  lemak penyusun  minyak  sawit  diantaranya  adalah  asam laurat,  miristat,  palmitat,  stearat,  oleat,  dan  linoleat. Komposisi  asam  lemak  penyusun  minyak  sawit diberikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Kandungan minyak sawit Asam lemak Komposisi (%) Palmitat (C16:0) 44,3 Stearat (C18:0) 4,3 Miristat (C14:0) 1,2 Oleat (C18:1) 39,3 Linoleat (C18:2) 10,0 Lain-lain 0,9 Sumber: Frank, 2002
Reaksi  epoksidasi  adalah  reaksi  asam  peroxy organik  dengan  ikatan  rangkap  untuk  membentuk gugus  oxirane  (Syawaluddin,  2009).  Pada  reaksi epoksidasi  dibutuhkan  suatu  molekul  pembawa oksigen  yang  berperan  sebagai  molekul  radikal. Molekul  pembawa  oksigen  berasal  dari  asam  kar- boksilat  yang  telah  bereaksi  dengan  peroksida. Reaksi  epoksidasi  biasanya  dibantu  oleh  katalis asam  untuk  mempercepat  waktu  reaksi.  Tujuan  pe- nelitian adalah,  optimasi suhu dan konsentrasi asam acetat  pada  reaksi  epoksidasi  Metil  ester  minyak sawit.

## METODE PENELITIAN
Pada  penentuan  jumlah  percobaan  pada  variabel yang  dikaji  dapat  dirancang  menggunakan  metode Central  Composite  Design  (CCD).  Jumlah  perco- baan  yang  dilakukan  dapat  ditentukan  dengan  per- samaan berikut:
0 2 2 n k k + + (1)
dimana: k 2 = factorial design k 2 = star point
k = jumlah variabel bebas
0 n = jumlah pengulangan pada titik pusat
Nilai α dihitung dengan menggunakan persamaan: 1 / 4
( 2 ) n α = (2) dimana: n = jumlah variabel percobaan
Pada penelitian ini digunakan 2 variabel maka nilai α adalah  sebesar  1,414  sebagai  dasar  penen- tuan batas maksimum dan minimum pada rancangan percobaan,  dengan  menggunakan  CCD,  nilai  aktual dirubah dalam nilai kode sesuai persamaan :
i i i x x x X ∆ − = 0 (3)
dimana: i X = nilai kode variabel input
i x = nilai aktual variabel input
0 x =  nilai  aktual  variabel  input  yang berada di titik pusat
i x ∆ =interval nilai aktual variabel input
Dari  hasil  rancangan  percobaan  dengan metode  CCD  dapat  dilakukan  analisis  statistik dengan metode  response  surface pada pengaruh dua variabel menggunakan persamaan:
2 1 12 2 2 22 2 1 11 2 2 1 1 0 x x x x x x y β β β β β β + + + + + =
Dimana  y  adalah  response; 0 β adalah  konstanta;
1 β dan 2 β adalah  koefisien  linier; 11 β dan 22 β
adalah  koefisien  kuadrat; 12 β adalah  koefisien  inte- raksi.  Rancangan  percobaan  dari  penelitian  ini ditunjukkan oleh Tabel 2.
Tabel 2. Rancangan percobaan reaksi epoksidasi
Variabel Kode simbol X Range dan Level -1,414   -1       0        1     1,414 Suhu ( o C) Rasio mol x1 x2 45,86   50      60     70      74,14 1:0,36 1:0,4 1: 0,5 1:0,6 1:0,64
Bentuk  rancangan  yang  telah  disusun  berdasarkan Central  Composite  Design  seperti  ditunjukkan  oleh Tabel 3
Tabel 3. Central Composite Design Reaksi Epoksidasi No Suhu ( o C) Rasio mol MEMS:CH3COOH (X1) (X2) 1 -1 -1 2 1 -1 3 -1 1 4 1 1 5 -1,41 0 6 1,41 0 7 0 -1,41 8 0 1,41 9 0 0 10 0 0 11 0 0 12 0 0 13 0 0

## Prosedur Esterifikasi Minyak Sawit
Minyak  sawit  dicampur  dengan  metanol  dan katalis  NaOH  di  dalam  reaktor  gelas  yang  tercelup di dalam water bath sebagai pemanas. Perbandingan mol  minyak  terhadap  metanol  yang  digunakan  ada- lah  1:9  dan  massa  katalis  NaOH  yang  digunakan adalah  5%  dari  berat  minyak  sawit.  Reaktor  dileng- kapi  dengan  kondensor  refluks,  pengaduk  dan  ter- mometer.  Reaksi  trasesterifikasi  dilakukan  selama  1 jam pada suhu  60 o C.  Setelah reaksi  selesai, produk reaksi  didinginkan  dan  dipisahkan  di  dalam  corong pisah  sehingga  terbentuk  lapisan  atas  sebagai  metil ester  minyak  sawit  (MEMS)  dan  lapisan  bawah sebagai  gliserin.  Produk  MEMS  diambil  dan  dine- tralkan dengan  penambahan  larutan HCl  4N  sampai pH netral. MEMS kemudian dicuci dengan air panas untuk  menghilangkan impurities  yang terlarut dilan- jutkan  dengan  proses  dekantasi  untuk  memisahkan MEMS  dengan  air  pencuci.  Untuk  memisahkan  air yang masih terikut dalam MES dilakukan penamba- han  CaCl2  dan  kemudian  disaring  sehingga  dipero- leh MEMS yang bebas dari air.

## Prosedur Epoksidasi MES
Sebelum  dilakukan  reaksi  epoksidasi  terlebih dahulu MEMS dianalisis bilangan iodine awal untuk penentuan  konversi  reaksi  epoksidasi.  Reaksi  epok- sidasi  MEMS  dilakukan  di  dalam  reaktor  yang  ter- buat  dari  labu  leher  tiga  dengan  cara  memasukkan MEMS  ke  dalam  labu  leher  tiga  dan  dilanjutkan dengan  penambahan  asam  asetat  sesuai  dengan  de- sain percobaan. Menambahkan H 2 O 2 ke dalam reak- tor  dengan  rasio  MEMS:H 2 O 2 sebesar  1:2  secara perlahan-lahan  dan  katalis  H 2 SO 4 sebesar  2%  dari total  berat  asam  asetat  dan  H 2 O 2. Melakukan  reaksi epoksidasi selama 4 jam pada suhu yang telah diten-
tukan  berdasarkan  rancangan  percobaan  yang  sudah dibuat. Campuran produk reaksi dipisahkan di dalam corong  pisah  untuk  memisahkan    fase  organik  dan fase  terlarut  air.  Fase  organik    yang    sudah  terpisah dicuci  dengan  air  panas  sampai  cairan  pencuci  ne- tral.  Fase  organik  diperoleh  merupakan  metil  ester minyak sawit terepoksidasi (MEMST) dan dianalisis bilangan iodine akhir serta bilangan oxirane.

## HASIL DAN  PEMBAHASAN
Analisis Statistik Model polynomial orde dua digunakan untuk meng- gambarkan  data  percobaan  yang  diperoleh  pada persamaan berikut:
2 2 0 1 1 2 2 11 1 22 2 12 1 2 y X X X X X X β β β β β β = + + + + +
dimana  Yi  (i  =  1–2)  adalah  hasil  response  yang diamati, β 0 adalah konstanta, β 1 dan β 2 adalah koefi- sien linier, β 11 dan β 22 adalah koefisien kuadrat, dan β 12 adalah koefisien interaksi.
Optimasi  dilakukan  dengan  mempelajari  pe- ngaruh  suhu  reaksi  dan  rasio  mol  MEMS/CH3- COOH terhadap hasil response yang diperoleh  yaitu konversi  reaksi  dan  bilangan  oxirane.  Suhu  reaksi dan  rasio  mol  MEMS/CH 3 COOH  diwakili  dengan kode  X 1 dan  X 2 ,  sedangkan  untuk  hasil  response yaitu  konversi  reaksi  dan  bilangan  oxirane  masing- ma-  sing  diwakili  oleh  kode  Y 1 dan  Y 2 .  Analisis statistik  dilakukan  dengan  menggunakan  program Microsoft  Excel  dan  visualisasi  menggunakan  Mat- lab.
Hasil analisis  response  surface  pada pengaruh suhu  reaksi  epoksidasi  (Gamabr  1),    (X 1 )  dan  rasio mol  MEMS/CH 3 COOH  (X 2 )  terhadap  konversi reaksi (Y1) dan dinyatakan sebagai  persamaan Y 1 = 95,5270+13,8980+3,4984X 2 -12,4551X 12 -0,9995X 22
-5,4281X 1 X 2 .  Nilai  R2  dan  signifikan  F  untuk persamaan  ini  masing-masing  adalah  0,95  dan 0,00021 sehingga menunjukkan korelasi yang bagus. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konversi reaksi epoksidasi  meningkat  dengan  bertambahnya  rasio mol  MEMS/CH 3 COOH.  Hal  ini  disebabkan  karena asam  asetat  berperan  sebagai  molekul  pembawa oksigen  (Srikanta  dkk,  2008)  sehingga  dengan semakin  bertambahnya  konsentrasi  asam  asetat maka  laju  pemutusan  ikatan  rangkap  akan  semakin cepat  karena  jumlah  oksigen  yang  dibawa  juga semakin  besar.  Sedangkan  suhu  reaksi  berperan dalam  peningkatan  kecepatan  reaksi  dan  difusifitas. Peningkatan laju reaksi dapat dilihat dari persamaan Arrhenius (Levenspiel, 1999):
0 E RT k k e − =
Dari  persamaan  Arrhenius  di  atas  dapat  dijelaskan apabila nilai suhu reaksi dinaikkan, maka laju reaksi akan semakin meningkat  karena semakin besar nilai k.  Hasil  yang  sama  diperoleh  pada  penelitian  yang
dilakukan  oleh  Chuansang  dkk  (2007)  yaitu  laju reaksi  meningkat  dengan  meningkatnya  suhu  reaksi epoksidasi.
Gambar  1.  Pengaruh  suhu  (X 1 )  dan  rasio  mol  (X 2 ) terhadap konversi reaksi
Gambar  2.  Pengaruh  suhu  (X 1 )  dan  rasio  mol  (X 2 ) terhadap bilangan oxirane
Gambar 3.Reaksi pembukaan cincin oxirane
Hasil analisis response surface untuk pengaruh suhu  reaksi  (X 1 )  dan  rasio  mol  MEMS/CH3COOH (X 2 )  terhadap  bilangan  oxirane  dan  diwakili  oleh persamaan  Y 2 =  2,5365  -  0,6105X 1 -  0,1869X 2 - 0,6273X 12 -  0,0806X 22 -0,2172X 1 X 2 .  Nilai  R2  dan signifikan  F  untuk  persamaan  ini  masing-masing adalah  0,91  dan  0,00178  sehingga  menunjukkan korelasi  yang  bagus  dan  signifikan.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  kandungan  gugus  oxirane  (bi- langan  oxirane)  meningkat  dengan  bertambahnya suhu  reaksi  dan  rasio  mol  MES/CH 3 COOH  kemu- dian  mencapai  titik  maksimum  dan  monoton  turun. Hal  ini  dapat  disebabkan  karena  setelah  mencapai
titik maksimum terdapat kemungkinan adanya reaksi antara gugus oxirane dengan reaktan (asam perasetat dan  hi-drogen    peroksida)    yang  mengakibatkan kandungan oxirane  yang  telah  terbentuk  menjadi  berkurang (Petrovic  dkk,  2002).  Kemungkinan  reaksi  samping yang  terjadi  pada  reaksi  epoksidasi  dapat  ditunjuk- kan seperti pada Gambar 3. Gugus oxirane memiliki tingkat  reaktifitas  yang  tinggi  dan  cincin  oxirane mudah  terbuka  baik  dalam  suasana  asam  ataupun basa  (Yahdiana,  2011).  Oleh  karena  itu,  produk samping  dari  reaksi  pembukaan  gugus  oxirane  me- miliki banyak produk samping.
Variabel  operasi  penelitian  yang  memberikan pengaruh  signifikan  terhadap  kandungan  gugus oxirane  adalah  suhu  reaksi  yaitu  bilangan  oxirane merupakan fungsi kuadrat dari suhu reaksi epoksida- si. Terlihat bahwa kurva (Gambar 2) untuk pengaruh suhu  reaksi  lebih  curam  apabila  dibandingkan  de- ngan rasio mol MEMS/CH3COOH.
Kondisi  optimal  pada  reaksi  epoksidasi  metil ester  minyak  sawit  digunakan  parameter  bilangan oxirane  yang  tertinggi  dengan  cara  melakukan  par- sial  derivatif  terhadap  persamaan  bilangan  oxirane (Y2)  yaitu  diturunkan  terhadap  X 1 dan  X 2 sehingga didapat titik optimal terletak pada kode X 1 = -0,3729 dan X 2 = -0,6570. Nilai kode X 1 dan X 2 perlu diubah kembali  ke  nilai  aktual  untuk  mengetahui  kondisi operasi  sebenarnya  pada  reaksi  epoksidasi  sehingga diperoleh  kondisi  reaksi  yang  optimum  pada  reaksi epoksidasi  MEMS  adalah  suhu  reaksi  56,3 o C  dan rasio  mol  MEMS  terhadap  asam  asetat  sebesar 1:0,43.

## SIMPULAN
Minyak  epoksida  dapat  disintesa  dari  metil ester  minyak  sawit  (MEMS)  melalui  reaksi  epoksi- dasi.  Konversi  reaksi  epoksidasi  meningkat  dengan bertambahnya  rasio  mol  EMS/CH 3 COOH  dan  suhu reaksi. Suhu reaksi memberikan pengaruh yang lebih signifikan  terhadap  konversi  reaksi  epoksidasi. Bilangan  oxirane  meningkat  dengan  bertambahnya suhu reaksi dan rasio mol EMS/CH 3 COOH sebelum mencapai  titik  maksimum  dan  kemudian  monoton turun.  Kondisi  optimum  pada  reaksi  epoksidasi MEMS  adalah  rasio  mol  MEMS-/CH 3 COOH  =  1  :
0,43 dan suhu  reaksi  56,3 o C.

## DAFTAR  PUSTAKA
Chuanshang  C,  Honghai  D,  Rongsheng  C.  (2007). “Studies on the kinetics of in situ epoxidation of vegetable  oils”. Eur.  J.  Lipid  Sci.  Technology 110, 341-346.
Frank  GD.  (2002). “Vegetable  Oils  in  Food  Tech- nology”. Blackwell Publishing.
Jon VG.  (2005). “Biodiesel  processing  and produc- tion.”. Fuel  Processing  Technology  86,  1097- 1107. Levenspiel  O.  (1999). “Chemical  Reaction  Engi- neering”. John Wiley & Sons, Inc., New York. Petrovic  ZS,  Zlatanic  A,  Lava  CC,  &  Sinadinovic- Fiser S. (2002). “Epoxidation of soybean oil in toluene with peroxoacetic and peroxoformic ac- ids–kinetics  and  side  reactions”. European Journal of Lipid Science and Technology   104, 293-299.
Purwanto  E,  Fatmawati  A,  Setyopratomo  P,  Junedi,
&  Rosmiati  M.  (2006). “Influence  of  epoxida- tion  reaction  period  and  temperature  on  the quality of polyol synthesized from soybean oil”. Proceedings  of  the  13th  Regional  Symposium on  Chemical  Engineering  2006  Avanced  in Chemical  Engineering  and  Biomolecular  Engi- neering,  Nanyang  Technological  University, Singapore, pp. 277-279.
Rubeena M, Narayan CP, Vaibhav VG, & Ajay KD, (2008). “Epoxidation of canola oil with hydro- gen peroxide catalyzed by acidic ion exchange
resin”. Journal of the American Oil Chemists' Society 85, 887-896. Srikanta  D,  Anand  VP,  Vaibhav  VG,  Narayan  CP. (2008). “Epoxidation  of  cottonseed  oil  by aqueous hydrogen peroxide catalysed by liquid inorganic  acids”. Bioresource  Technology  99, 3737-3744.
Syawaluddin N. (2009). “Pembuatan senyawa epok- si  dari  metil  ester  asam  lemak  sawit  destilat menggunakan  katalis  amberlite”.  MT,  Thesis, Universitas Sumatera Utara.
Yahdiana  H.  (2011).  “Eter  dan  Epoksida”.  Tersedia http://staff.ui.ac.id/internal/131882471/material /Eter.pdf.