Studi Kapasitas Dinamis dan Stabilitas Busa SDS: Pengaruh pH SDS, Konsentrasi SDS, dan Laju Alir Gas N2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Surfaktan
Surfaktan (surface active agent) adalah senyawa amphiphilic, yang merupakan
molekul heterogendan berantai panjangyang memiliki bagian kepala yang suka air
(hidrofilik) dan ekor yang tidak suka air (hidrofobik).
Sebagai jenis senyawa ampifilik memiliki konstanta dielektrik rendah dan viskositas
lebih tinggi dari air, surfaktan dapat meningkatkan kelarutan senyawa organik dengan
menurunkan tegangan antarmuka serta oleh solubilisasi misel. Pada konsentrasi yang
lebih tinggi, monomer akan dikelompokkan, terakumulasi ke dalam grup, kelompok,
yang disebut ''misel''. Konsentrasi di mana hal ini terjadi dikenal sebagai cmc[1].
Berdasarkan pada sumber asalnya dapat diklasifikasikan sebagai surfaktan sintetik
dan biosurfaktan [1]. Ada empat jenis surfaktan berdasarkan ionisasinya dalam larutan
air yaitu anionik, kationik, nonionik, dan amfoterik:
a.
Surfaktan Anionik
Surfaktan ini membawa muatan negatif pada bagian hidrofilik. Golongan utama
yang terkandung di dalam surfaktan anionik adalah ion karboksilat, sulfat, dan
sulfonat. Secara luas, surfaktan ini banyak digunakan karena harganya yang murah.
Namun, surfaktan ini dapat menyebabkan iritasi dan toksik sehingga hanya
digunakan untuk sediaan luar. Surfaktan ini hanya menghasilkan emulsi A/M.
Contoh surfaktan ionik yaitu: Garam Na, K, atau ammonium dari asam lemak rantai
panjang seperti sodium stearat; Sodium lauril sulfat; Triethanolamine; Sodium
dioctylsulphosuccinate; dan sebagainya.
b.
Surfaktan Kationik
Surfaktan ini mengandung muatan positif pada bagian hidrofilik. Gugus terpenting
pada surfaktan ini terdiri atas senyawa quartenary ammonium. Surfaktan ini
memiliki sifat toksik sehingga cenderung digunakan untuk formula krim antiseptik.
Surfaktan kationik tidak dapat bercampur dengan surfaktan anionik dan anion
16
Universitas Sumatera Utara
polivalen, serta tidak stabil di pH tinggi. Contoh surfaktan kationik yaitu: Cetrimide;
Cetrimonium bromida; Benzalkonium chlorida; dan Cetylpyridinium chlorida.
c.
Surfaktan Amfoterik
Surfaktan ini memiliki dua sifat pada bagian hidrofiliknya, tergantung pH sistem.
Surfaktan ini bersifat kationik jika pH rendah dan bersifat anionik jika pH tinggi.
Contoh surfaktan amfoterik yaitu: Lecithin.
d.
Surfaktan Nonionik
Surfaktan nonionik tidak memiliki muatan pada bagian hidrofiliknya. Surfaktan
nonionik mempunyai kemampuan melarutkan senyawa yang kurang larut dan
memiliki toksisitas rendah. Contoh surfaktan nonionik yaitu: Glikol dan gliserol
ester; Sorbitan ester; Polisorbat; PEG; dan Poloxalkol [2].
2.1.1 Sifat Antar Muka Surfaktan
Surfaktan bekerja dengan mengurangi energi bebas sebuah sistem dengan cara
menggantikan
energi
yang
lebih
tinggi
pada
antar
muka
molekul-
molekulnya.Berdasarkan kemampuan surfaktan untuk menurunkan tegangan permukaan
(lowersurface tension), peningkatan kelarutan (solubility), daya pembersih (detergency),
kemampuan pembasahan (wetting ability) dan kapasitas busa (foam capacity). Surfaktan
telah digunakan dalam berbagai aplikasi [4].
Konsentrasi spesifik disaat nilai kritis itu disebut konsentrasi kritis misel ( critical
micelleconcentration/ cmc). Jika surfaktan ditambah melebihi cmc, maka jumlah misel
akan terus bertambah tetapi ukuran mereka akan hampir tetap konstan. Untuk perubahan
konsentrasi dibawah cmc, maka sifat fisik seperti: tegangan permukaan, tegangan antar
muka, adsorpsi dan daya bersih akan terjadi perubahan.Gambar 2.1 menunjukkan
pengaruh konsentrasi surfaktan terhadap sifat-sifat fisik surfaktan secara umum.
17
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Kecenderungan sifat fisik surfaktan terhadap perubahan konsentrasi (critical
micelle concentration /cmc) [4].
2.1.2 Busa dan Sifat Antar Muka Busa Surfaktan
Busa adalah sistem dispersi di mana gelembung gasdikelilingi oleh fase cair
kontinu. Sistem ini ditemui dalam banyak aplikasi,seperti formulasi produk dalam
makanan, kosmetik,deterjen, dan farmasi daerah, serta perpindahan partikel,pemadam
kebakaran, dan peningkatan pemurnian minyak [7]. Busa merupakan media pengisi yang
dapat mempertahankan suhu dankelembaban dengan baik, karena mempunyai daya
serap air yang baik [8].
Busa dapat digambarkan sebagai sistemyang terdispersi yang mana terbentuknya
gelembung gas yang dikelilingi dan stabil oleh molekul surfaktan yang terserapnya di
antar muka udara-likuid dalam media cair secara kontinu [6]. Busa adalah fluida
kompleks yang tersebar yaitu fluida yang terdispersi mengandung gelembung udara
kecil dengan area permukaan yang luas yang dapat distabilkan oleh molekul surfaktan
[9].
18
Universitas Sumatera Utara
2.1.3 Aplikasi Busa Surfaktan Dalam Proses Remediasi
Aplikasi kolom produksi busa skala laboratorium dilaporkan di sejumlah
penelitian bereputasi. Salah satunya adalah proses meremediasi materi yang
terkontaminasi minyak (oil) dimana minyak merupakan salah satu bahan yang bersifat
anti busa (anti foam) di samping partikel padat [12].Untuk media berpori maka dengan
hadirnya busa dapat meningkatkan kemungkinan monomer surfaktan berinteraksi hingga
ke area intra partikel [4] [10]. Produk busa surfaktan telah diaplikasikan lebih lanjut
untuk proses remediasi baik secara insitu dan eksitu.
Gambar 2.2 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Minyak [12].
Gambar diatas menunjukkan tahapan misel mengikat atau menjerap molekul
minyak yaitu pada bagian ekor dari misel yang bersifat hidrofobik.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Ion Logam[4].
Gambar diatas menunjukkan tahapan misel mengikat atau menjerap ion logam
yaitu pada bagian kepala dari misel yang bersifat hidrofilik.
Gambar 2.4 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Pasir [13] [10].
Gambar diatas menunjukkan bahwa interaksi antara surfaktan dengan pasir
hanya terjadi pada bagian inter-partikel dari pasir, dimana misel hanya dapat mengikat
zat yang terdapat pada permukaan partikel pasir.
20
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 SDS
Sodium Dodecyl Sulphate (SDS), sulfat alkil primer adalah turunan alkohol sulfat.
Pembuatan sulfat alkil primer didasarkan pada bahan baku yang berasal dari olefin rantai
panjang dengan menggunakan prosesokso, yang menghasilkan campuran linier dan
bercabang alkohol primer. Sulfonasi dari alkohol dicampur menghasilkan campuran
linier alkilbenzen sulfonat (LAS), yang memiliki sifat deterjen yang sangat baik dan
secara luas digunakan dalam aplikasi deterjen heavy duty. SDS dinyatakan dengan
rumus molekul NaC12H25SO4, memiliki berat molekul 288,38 g mol-1.
SDS banyak digunakan dalam produk rumah tangga seperti pasta gigi, shampoo,
busa cukur, sabun mandi dan kosmetik. Dalam industri digunakan sebagai agen
pelunakan kulit, agen pembersih wol, dalam industri kertas sebagaipenetral, agen
flokulasi, agen penghilang tinta, dalam konstruksi bangunan sebagai aditif beton,
perangkat pemadam kebakaran, minyak pelumas mesin, pembersih lantai, dan sabun
cuci mobil dll. SDS dapat meningkatkanpenyerapan bahan kimia melalui kulit, mukosa
saluran cerna, dan membran mukosa lainnya. Pentingjuga digunakan dalam
transepidermal, sistem penghantaran obat mata dan hidung dan juga sekarang banyak
digunakan dalam penelitian biokimia yang melibatkanelektroforesis[3].
2.2 Kapasitas BusaDinamis
Kemampuan dan stabilitas surfaktan adalah faktor yang paling penting dalam
mengaplikasikannya pada proses remediasi dengan menggunakan busa. Kemampuan
busa terkait dengan kemampuan surfaktan dalam memproduksi busa dan stabilitas busa
adalah kemampuan surfaktan yang tetap dalam bentuk busa dan kemampuannya untuk
tidak pecah. Sejumlah penelitian dan teori dalam mengevaluasi kemampuan dan
stabilitas busa.Ada beberapa metode untuk mengukur sifat kapasitas busa ini, salah
satunya adalah kapasitas busa dinamis ditentukan dengan membagi volume konstan busa
dengan laju alir gas N2.
Kapasitas busa dinamis =
volume konstan (ml )
laju alir gas N 2 (ml /menit )
[11].
21
Universitas Sumatera Utara
2.3 Stabilitas Busa
Stabilitas busa merupakan kemampuan untuk mempertahankan gas untuk waktu
tertentu. Kemampuan berbusa dapat dilihat dari peningkatan volume, setelah gas
diumpankan ke dalam larutan. Stabilitas busa berhubungan dengan penurunan volume
busa dengan waktu [5].Efisiensi agen aktif permukaan untuk membentukdan
menstabilkan busaterutama tergantung pada struktur molekul dan sifat intrinsik
surfaktan[7].
22
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Surfaktan
Surfaktan (surface active agent) adalah senyawa amphiphilic, yang merupakan
molekul heterogendan berantai panjangyang memiliki bagian kepala yang suka air
(hidrofilik) dan ekor yang tidak suka air (hidrofobik).
Sebagai jenis senyawa ampifilik memiliki konstanta dielektrik rendah dan viskositas
lebih tinggi dari air, surfaktan dapat meningkatkan kelarutan senyawa organik dengan
menurunkan tegangan antarmuka serta oleh solubilisasi misel. Pada konsentrasi yang
lebih tinggi, monomer akan dikelompokkan, terakumulasi ke dalam grup, kelompok,
yang disebut ''misel''. Konsentrasi di mana hal ini terjadi dikenal sebagai cmc[1].
Berdasarkan pada sumber asalnya dapat diklasifikasikan sebagai surfaktan sintetik
dan biosurfaktan [1]. Ada empat jenis surfaktan berdasarkan ionisasinya dalam larutan
air yaitu anionik, kationik, nonionik, dan amfoterik:
a.
Surfaktan Anionik
Surfaktan ini membawa muatan negatif pada bagian hidrofilik. Golongan utama
yang terkandung di dalam surfaktan anionik adalah ion karboksilat, sulfat, dan
sulfonat. Secara luas, surfaktan ini banyak digunakan karena harganya yang murah.
Namun, surfaktan ini dapat menyebabkan iritasi dan toksik sehingga hanya
digunakan untuk sediaan luar. Surfaktan ini hanya menghasilkan emulsi A/M.
Contoh surfaktan ionik yaitu: Garam Na, K, atau ammonium dari asam lemak rantai
panjang seperti sodium stearat; Sodium lauril sulfat; Triethanolamine; Sodium
dioctylsulphosuccinate; dan sebagainya.
b.
Surfaktan Kationik
Surfaktan ini mengandung muatan positif pada bagian hidrofilik. Gugus terpenting
pada surfaktan ini terdiri atas senyawa quartenary ammonium. Surfaktan ini
memiliki sifat toksik sehingga cenderung digunakan untuk formula krim antiseptik.
Surfaktan kationik tidak dapat bercampur dengan surfaktan anionik dan anion
16
Universitas Sumatera Utara
polivalen, serta tidak stabil di pH tinggi. Contoh surfaktan kationik yaitu: Cetrimide;
Cetrimonium bromida; Benzalkonium chlorida; dan Cetylpyridinium chlorida.
c.
Surfaktan Amfoterik
Surfaktan ini memiliki dua sifat pada bagian hidrofiliknya, tergantung pH sistem.
Surfaktan ini bersifat kationik jika pH rendah dan bersifat anionik jika pH tinggi.
Contoh surfaktan amfoterik yaitu: Lecithin.
d.
Surfaktan Nonionik
Surfaktan nonionik tidak memiliki muatan pada bagian hidrofiliknya. Surfaktan
nonionik mempunyai kemampuan melarutkan senyawa yang kurang larut dan
memiliki toksisitas rendah. Contoh surfaktan nonionik yaitu: Glikol dan gliserol
ester; Sorbitan ester; Polisorbat; PEG; dan Poloxalkol [2].
2.1.1 Sifat Antar Muka Surfaktan
Surfaktan bekerja dengan mengurangi energi bebas sebuah sistem dengan cara
menggantikan
energi
yang
lebih
tinggi
pada
antar
muka
molekul-
molekulnya.Berdasarkan kemampuan surfaktan untuk menurunkan tegangan permukaan
(lowersurface tension), peningkatan kelarutan (solubility), daya pembersih (detergency),
kemampuan pembasahan (wetting ability) dan kapasitas busa (foam capacity). Surfaktan
telah digunakan dalam berbagai aplikasi [4].
Konsentrasi spesifik disaat nilai kritis itu disebut konsentrasi kritis misel ( critical
micelleconcentration/ cmc). Jika surfaktan ditambah melebihi cmc, maka jumlah misel
akan terus bertambah tetapi ukuran mereka akan hampir tetap konstan. Untuk perubahan
konsentrasi dibawah cmc, maka sifat fisik seperti: tegangan permukaan, tegangan antar
muka, adsorpsi dan daya bersih akan terjadi perubahan.Gambar 2.1 menunjukkan
pengaruh konsentrasi surfaktan terhadap sifat-sifat fisik surfaktan secara umum.
17
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Kecenderungan sifat fisik surfaktan terhadap perubahan konsentrasi (critical
micelle concentration /cmc) [4].
2.1.2 Busa dan Sifat Antar Muka Busa Surfaktan
Busa adalah sistem dispersi di mana gelembung gasdikelilingi oleh fase cair
kontinu. Sistem ini ditemui dalam banyak aplikasi,seperti formulasi produk dalam
makanan, kosmetik,deterjen, dan farmasi daerah, serta perpindahan partikel,pemadam
kebakaran, dan peningkatan pemurnian minyak [7]. Busa merupakan media pengisi yang
dapat mempertahankan suhu dankelembaban dengan baik, karena mempunyai daya
serap air yang baik [8].
Busa dapat digambarkan sebagai sistemyang terdispersi yang mana terbentuknya
gelembung gas yang dikelilingi dan stabil oleh molekul surfaktan yang terserapnya di
antar muka udara-likuid dalam media cair secara kontinu [6]. Busa adalah fluida
kompleks yang tersebar yaitu fluida yang terdispersi mengandung gelembung udara
kecil dengan area permukaan yang luas yang dapat distabilkan oleh molekul surfaktan
[9].
18
Universitas Sumatera Utara
2.1.3 Aplikasi Busa Surfaktan Dalam Proses Remediasi
Aplikasi kolom produksi busa skala laboratorium dilaporkan di sejumlah
penelitian bereputasi. Salah satunya adalah proses meremediasi materi yang
terkontaminasi minyak (oil) dimana minyak merupakan salah satu bahan yang bersifat
anti busa (anti foam) di samping partikel padat [12].Untuk media berpori maka dengan
hadirnya busa dapat meningkatkan kemungkinan monomer surfaktan berinteraksi hingga
ke area intra partikel [4] [10]. Produk busa surfaktan telah diaplikasikan lebih lanjut
untuk proses remediasi baik secara insitu dan eksitu.
Gambar 2.2 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Minyak [12].
Gambar diatas menunjukkan tahapan misel mengikat atau menjerap molekul
minyak yaitu pada bagian ekor dari misel yang bersifat hidrofobik.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Ion Logam[4].
Gambar diatas menunjukkan tahapan misel mengikat atau menjerap ion logam
yaitu pada bagian kepala dari misel yang bersifat hidrofilik.
Gambar 2.4 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Pasir [13] [10].
Gambar diatas menunjukkan bahwa interaksi antara surfaktan dengan pasir
hanya terjadi pada bagian inter-partikel dari pasir, dimana misel hanya dapat mengikat
zat yang terdapat pada permukaan partikel pasir.
20
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 SDS
Sodium Dodecyl Sulphate (SDS), sulfat alkil primer adalah turunan alkohol sulfat.
Pembuatan sulfat alkil primer didasarkan pada bahan baku yang berasal dari olefin rantai
panjang dengan menggunakan prosesokso, yang menghasilkan campuran linier dan
bercabang alkohol primer. Sulfonasi dari alkohol dicampur menghasilkan campuran
linier alkilbenzen sulfonat (LAS), yang memiliki sifat deterjen yang sangat baik dan
secara luas digunakan dalam aplikasi deterjen heavy duty. SDS dinyatakan dengan
rumus molekul NaC12H25SO4, memiliki berat molekul 288,38 g mol-1.
SDS banyak digunakan dalam produk rumah tangga seperti pasta gigi, shampoo,
busa cukur, sabun mandi dan kosmetik. Dalam industri digunakan sebagai agen
pelunakan kulit, agen pembersih wol, dalam industri kertas sebagaipenetral, agen
flokulasi, agen penghilang tinta, dalam konstruksi bangunan sebagai aditif beton,
perangkat pemadam kebakaran, minyak pelumas mesin, pembersih lantai, dan sabun
cuci mobil dll. SDS dapat meningkatkanpenyerapan bahan kimia melalui kulit, mukosa
saluran cerna, dan membran mukosa lainnya. Pentingjuga digunakan dalam
transepidermal, sistem penghantaran obat mata dan hidung dan juga sekarang banyak
digunakan dalam penelitian biokimia yang melibatkanelektroforesis[3].
2.2 Kapasitas BusaDinamis
Kemampuan dan stabilitas surfaktan adalah faktor yang paling penting dalam
mengaplikasikannya pada proses remediasi dengan menggunakan busa. Kemampuan
busa terkait dengan kemampuan surfaktan dalam memproduksi busa dan stabilitas busa
adalah kemampuan surfaktan yang tetap dalam bentuk busa dan kemampuannya untuk
tidak pecah. Sejumlah penelitian dan teori dalam mengevaluasi kemampuan dan
stabilitas busa.Ada beberapa metode untuk mengukur sifat kapasitas busa ini, salah
satunya adalah kapasitas busa dinamis ditentukan dengan membagi volume konstan busa
dengan laju alir gas N2.
Kapasitas busa dinamis =
volume konstan (ml )
laju alir gas N 2 (ml /menit )
[11].
21
Universitas Sumatera Utara
2.3 Stabilitas Busa
Stabilitas busa merupakan kemampuan untuk mempertahankan gas untuk waktu
tertentu. Kemampuan berbusa dapat dilihat dari peningkatan volume, setelah gas
diumpankan ke dalam larutan. Stabilitas busa berhubungan dengan penurunan volume
busa dengan waktu [5].Efisiensi agen aktif permukaan untuk membentukdan
menstabilkan busaterutama tergantung pada struktur molekul dan sifat intrinsik
surfaktan[7].
22
Universitas Sumatera Utara