Jawaban nomer 3

Sebuah proses untuk memproduksi minyak dari formasi bawah bumi diperoleh dengan

penggerak cairan dari sumur injeksi untuk sumur produksi. Proses ini melibatkan penyuntikan

melalui injeksi sumur ke dalam formasi, larutan tannin sebagai sacrifal agent untuk menghambat

pengendapan surfaktan dan/atau polimer pada matriks waduk. Proses terbaik dilakukan dengan

menyuntikkan tannin ke dalam formasi melalui sumur injeksi di atas atau dicampur dengan

polimer, larutan surfaktan dan/atau disperse misel. Campuran ini kemudian akan diikuti dengan

cairan penggerak seperti air untuk mendorong bahan kimia untuk sumur produksi. Proses ini

adalah salah satu metode EOR (Enhanced Oil Recovery).

a. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu wetting agent, emulsifying agent,

dan solubilizing agent. Tuliskan definisi surfaktan? Apa tujuan penggunaan surfaktan

jelaskan dan juga terangkan masing-masing golongan surfaktan tersebut.

Jawab:

Pengertian Surfaktan

Surfaktan merupakan suatu molekul yang sekaligus memiliki gugus hidrofilikdan

gugus lipofilik sehingga dapat mempersatu kan campuran yang terdiri dari air dan

minyak. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan. Aktifitas surfaktan diperoleh karena

sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air

(hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (lipofilik). Bagian polar

molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral.

Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar muka

udara-air, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana gugus

hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak dengan zat

padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian non polar (lipofilik)

adalah merupakan rantai alkil yang panjang, sementara bagian yang polar (hidrofilik)

mengandung gugus hidroksil. (Jatmika, 1998)

Tujuan Penggunaan Surfaktan

Penggunaan surfaktan sangat bervariasi, seperti bahan deterjen, kosmetik, farmasi,

makanan, tekstil, plastik dan lain-lain. Beberapa produk pangan seperti margarin, es krim,

dan lain-lain menggunakan surfaktan sebagai satu bahannya. Syarat agar surfaktan dapat

digunakan untuk produk pangan yaitu bahwa surfaktan tersebut mempunyai nilai

Hydrophyle Lypophyle Balance (HLB) antara 2-16, tidak beracun, serta tidak

menimbulkan iritasi.

Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan pembasah

(wetting agent),bahan pengemulsi (emulsifying agent) dan bahan pelarut (solubilizing

agent).Penggunaan surfaktan ini bertujuan untuk meningkatkan kestabilan emulsi dengan

cara menurunkan tegangan antarmuka, antara fasa minyak dan fasa air. Surfaktan

dipergunakan baik berbentuk emulsi minyak dalam air maupun berbentuk emulsi air

dalam minyak.

Emulsifying Agent

Emulsi didefinisikan sebagai suatu system yang terdiri dari dua fasa cairan yang

tidak saling melarut, dimana salah satu cairan terdispersi dalam bentuk globula-globula

cairan lainnya. Cairan yang terpecah menjadi globula-globula dinamakan fase

terdispersi, sedangkan cairan yang mengelilingi globula-globula dinamakan fase kontinu

atau medium dispersi.

Berdasarkan jenisnya emulsi dibedakan menjadi dua yaitu:

Emulsi minyak dalam air (O/W), adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya

mudah larut dalam air sehingga air dikatakan sebagai fase eksternal.

Emulsi air dalam minyak (W/O), adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya

mudah larut dalam minyak.

Gugus hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan air,

sedangkan gugus lipofilik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan minyak. Di

dalam molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan jumlahnya. Bila gugus

polarnya yang lebih dominan, maka molekul-molekul surfaktan tersebut akan diabsorpsi

lebih kuat oleh air dibandingkan dengan minyak. Akibatnya tegangan permukaan air

menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase kontinu.

Demikian pula sebaliknya, bila gugus non polarnya lebih dominan, maka molekul-

molekul surfaktan tersebut akan diabsorpsi lebih kuat oleh minyak dibandingkan dengan

air. Akibatnya tegangan permukaan minyak menjadi lebih rendah sehingga mudah

menyebar dan menjadi fase kontinu.

Wetting Agent

Wetting Agent adalah salah satu jenis bahan tambahan yang berfungsi sebagai zat

pendispersi. Pembasahan (wetting partikel padat) adalah pengusiran udara pada

permukaan partikel oleh cairan. Proses pembasahan melibatkan surface dan interfaces.

Umumnya serbuk yang bersifat sedikit hidrofobik tidak menimbulkan banyak

masalah dan mudah dibasahi. Sedangkan serbuk yang sangat hidrofobik daapt

mengambang di permukaan pembawa air karena besarnya energy interfarsial antara

serbuk dan pembawa.

Spreading wetting : cairan yang kontak dengan substrat atau zat padat menyebar dan

menggantikan udaar di permukaan substrat /zat padat. Bila cairan menggantikan

kedudukan seluruh udara dari permukaan, maka dikatakan cairan membasahi permukaan

dengan sempurna.

Pada proses pembasaahn terjadi :

Penurunan tegangan permukaan cairan

Penurunan tegangan interfasial cairan/ zat padat

Modifikasi pembasahan dengan surfaktan

Penambahan surfaktan ke dalam air akan menurunkan tegangan permukaan air

dan tegangan interfasial air atau zat padat sehingga menghasilkan nilai koefisien

penyebaran yang positif.

Solubilizing Agent

Salah satu sifat penting dari surfaktan adalah kemampuan untuk meningkatkan

kelarutan bahan yang tidak larut atau sedikit larut dalam medium dispersi. Surfaktan

pada konsentrasi rendah, menurunkan tegangan permukaan dan menaikkan laju

kelarutan obat(Martinet al., 1993)

b. Sebutkan 4 jenis klasifikasi surfaktan berdasarkan muatannya dan jelaskan untuk

masing-masing serta berikan contoh?

Jawab:

Klasifikasi surfaktan berdasarkan muatannya dibagi menjadi empat golongan yaitu:

Surfaktan anionik

Surfaktan Anionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu anion.

Contohnya adalah garam alkane sulfonat, garam olefin sulfonat, garam sulfonat

asam lemak rantai panjang.

Surfaktan Kationik

Surfaktan kationik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu kation.

Contohnya garam alkil trimethil ammonium, garam dialkil-dimethil ammonium

dan garam alkil dimethil benzil ammonium.

Surfaktan Nonionik

yaitu surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan. Contohnya ester gliserin

asam lemak, ester sorbitan asam lemak, ester sukrosa asam lemak, polietilena

alkil amina, glukamina, alkil poliglukosida, mono alkanol amina, dialkanol

amina dan alkil amina oksida.

Surfaktan amfoter

Surfaktan amfoter yaitu surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai muatan

positif dan negatif. Contohnya surfaktan yang mengandung asam amino, betain,

fosfobetain.

c. Salah satu sifat surfaktan adalah mengalami agregasi spontan dalam air dan membentuk

tipe struktur agregasi seperti misel, silinder, bilayer, dll seperti pada gambar di bawah ini.

Dapatkah anda jelaskan mengapa surfaktan dapat membentuk berbagai tipe struktur

seperti di bawah ini? Sebutkan factor-faktor penting sebagai penentu tersebut?

Jawab:

Salah satu sifat surfaktan adalah mengalami agregasi spontan dalam air dan

membentuk struktur seperti misel, silinder, bilayer dll. Struktur ini sering juga dinamakan

koloid asosiasi. Ketika sodium dodecylsulfate (SDS) ditambahkan ke air, pada

konsentrasi rendah, anion molekul dodecylsulfate terlarut sebagai individual ion. Karena

adanya rantai karbon, SDS cenderung mengadsorb pada interface udara-air dengan rantai

hidrokarbon mengarah ke fase uap. Tegangan permukaan turun dengan meningkatnya

konsentrasi SDS. Pada konsentrasi tertentu (konsentrasi kritis misel), penurunan akan

berhenti dan diatas CMC(dalam air CMC SDS 8,3 mM) tegangan permukaan konstan.

Pada konsentrasi dibawah CMC surfaktan, senyawa hidrofobik kurang terlarut,

pada CMC senyawa ini mulai larut dalam larutan ion, kemampuan ini meningkat dengan

semakin meningkatnya konsentrasi surfaktan. Penjelasan atas hal ini adalah diatas CMC

surfaktan secara spontan teragregasi membentuk misel. Rantai hidrokarbon berkumpul

didalam agregat dan kepala polar mengarah ke fase larutan. Hasilnya adalah objek

spheris tersusun atas 30-100 molekul surfaktan dengan fase minyak dibagian dalam.

Surfaktan, tak hanya beragregasi membentuk misel spheris tapi juga silinder, bilayer

dan misel terbalik. Tipe struktur agregasi yang terbentuk akan tergantung pada factor-

faktor berbeda. Faktor yang terpenting disebut parameter surfaktan disebut juga packing

ratio.

N s=V c

Lc σ A

V cadalah volume bagian hidrofobik surfaktan dan Lcpanjang rantai hidrokarbon, σ A

efektif area per kepala gugus.

Misel spheris terbentuk untuk NS ≈ 0,33 contohnya SDS dengan jumlah agregasi 56

dan jari-jari interior hidrofobik 1,7 nm dan efektive head group area 0,62 nm2. Misel

silindris (rod-like) terbentuk saat NS ≈ 0,5. Ujung silinder tertutup oleh hemisphere untuk

mencegah exposure interior hidrokarbon oleh air. Walau diameter silinder ditentukan

oleh panjang surfaktan, misel silindris biasanya polidispersi karena silinder dapat tumbuh

lebih panjang dengan menggabungkan lebih banyak surfaktan.

Bilayer lebih mudah terbentuk pada NS = 0,5…1. Lipid yang membentuk bilayer

tidak dapat tersusun membentuk miselar atau struktur silindris karena small head group

area dan karena rantai alkil terlalu bulky untuk fit kedalam misel. Agar lipid bilayer

terbentuk, untuk head group area σ A dan rantai alkil LC yang sama, rantai harus memiliki

volume dua kali lipat. Atas alasan ini lipid dengan 2 rantai alkil berkemungkinan besar

membentuk bilayer. Contohnya adalah phospholipid rantai ganda seperti phophatidyl

choline atau phophatidyl ethanolamine. Lipid dengan parameter surfaktan sedikit

dibawah 1 cenderung membentuk bilayer fleksibel atau vesicles. Lipid dengan NS = 1

membentuk bilayer real planar.

d. Misel terbentuk ketika mencapai konsentrasi tertentu. Apa yang dimaksud dengan

konsentrasi kritis misel (CMC), bagaimana cara menentukan CMC? Apa yang dapat anda

terangkan dengan melihat grafik di bawah ini?

Jawab:

Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan

permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan

konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan

melebihi konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel. Konsentrasi

terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration(CMC). Tegangan

permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan

permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan

terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya(Genaro,

1990).

Pada saat terjadinya CMC akan terjadi perubahan tajam sifat fisika yang dapat

dideteksi dalam larutan air (daya hantar, tekanan osmotik, penurunan titik beku, tegangan

permukaan, viskositas, indeks bias dan lain-lain), yang dapat dapat digunakan untuk

menentukan CMC.

Fenomena terbentuknya misel dapat diterangkan sebagai berikut, di bawah

konsentrasi CMC amfifil yang mengalami adsorpsi pada antar muka udara atau air

meningkat pada waktu konsentrasi amfifil dinaikkan. Akhirnya dapat dicapai suatu titik

dimana antar muka dan fase bulk keduanya menjadi jenuh dengan monomer. Kondisi ini

adalah CMC. Tiap penambahan amfifil selanjutnya melebihi konsentrasi akan

mengagregasi membentuk misel dan energi bebas sistem dikurangi dengan cara ini. Di

atas CMC, tegangan permukaan pada pokoknya tetap konstan, yang menunjukkan

permukaan antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel.

Amfifil di dalam air mempunyai rantai hidrokarbon menghadap ke misel, jadi pada

dasarnya rantai tersebut menghadap lingkungan hidrokarbonnya. Bagian-bagian polar

dari amfifil mengelilingi inti hidrokarbon ini dan berhubungan dengan molekul-molekul

air dari fase kontinyu. Agregasi juga terjadi dalam cairan nonpolar. Tetapi molekul-

molekul dibalik, kepala polar menghadap ke dalam, sedangkan rantai hidrokarbon

berhubungan dengan fase kontinyu yang bersifat nonpolar.

e. Pada proses di atas untuk recovery of oil dari formasi bawah tanah menggunakan metode

chemistry flooding berbasis tannin. Sebutkan sumber utama bahan tannin sesuai dengan

referensi? Dapatkah anda menuliskan struktur tannin, tuliskan strukturnya secara umum?

Menurut anda, mengapa material tannin dapat digunakan sebagai bahan aditif dalam oil

recovery process?

Jawab:

Tanin merupakan salah satu jenis senyawa yng termasuk ke dalam golongan

polifenol. Senyawa tanin ini banyak di jumpai pada tumbuhan. Tanin dahulu digunakan

untuk menyamakkan kulit hewan karena sifatnya yang dapat mengikat protein. Selain itu

juga tanin dapat mengikat alkaloid dan glatin. Tanin secara umum didefinisikan sebagai

senyawa polifenol yang memiliki berat molekul cukup tinggi (lebih dari 1000) dan dapat

membentuk kompleks dengan protein. Berdasarkan strukturnya, tanin dibedakan menjadi

dua kelas yaitu tannin terkondensasi (condensed tannins) dan tanin-terhidrolisiskan

(hydrolysabletannins) (Hagerman et al., 1992; Harbone, 1996).

Tanin memiliki peranan biologis yang kompleks. Hal ini dikarenakan sifat tannin

yang sangat kompleks mulai dai pengendap protein hingga pengkhelat logam. Maka dari

itu efek yang disebabkan tanin tidak dapat diprediksi. Tanin juga dapat berfungsi sebagai

antioksidan biologis. Maka dari itu semua penelitian tentang berbagai jenis senyawa tanin

mulai dilirik para peneliti sekarang (Hagerman, 2002).

Tanin merupakan substansi yang tersebar luas dalam tanaman , seperti daun, buah

yang belum matang , batang dan kulit kayu. Pada buah yang belum matang ,tanin

digunakan sebagai energi dalam proses metabolisme dalam bentuk oksidasi tannin.Tanin

yang dikatakan sebagai sumber asam pada buah.

Sifat-sifat Tanin :

Dalam air membentuk larutan koloidal yang bereaksi asam dan sepat .

Mengendapkan larutan gelatin dan larutan alkaloid.

Tidak dapat mengkristal.

Larutan alkali mampu mengoksidasi oksigen.

Mengendapkan protein dari larutannya dan bersenyawa dengan protein tersebut

sehingga tidak dipengaruhi oleh enzim protiolitik.

Sifat kimia Tanin :

Merupakan senyawa kompleks dalam bentuk campuran polifenol yang sukar

dipisahkan sehingga sukar mengkristal.

Tanin dapat diidentifikasikan dengan kromotografi.

Senyawa fenol dari tanin mempunyai aksi adstrigensia, antiseptic dan pemberi

warna.