ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 143 – 149

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh Komposisi Elektrolit pada Proses Penyisihan Nikel dari Tiruan Air Limbah Elektroplating Menggunakan Sel Elektrodeposisi Dua Ruang
Selly Ayu Janetasari a,* ; Djaenudin a
a Loka Penelitian Teknologi Bersih, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Jl. Cisitu Sangkuriang Bandung 40135, Indonesia
* Corresponding author: cellyayu@gmail.com
https://doi.org/10.14710/jksa.22.4.143-149
Art ic le   Info

## Ab s t rac t
Article history:
Received: 6 May 2019
Revised: 15 July 2019 Accepted: 20 July 2019 Online: 31 July 2019
Keywords: nickel removal; double chamber electrodeposition cell; anolyte H 2 SO 4 ; pH initial catholyte; supporting electrolyte Na 2 SO 4
Title: Effect  of  Electrolyte  Composition  on  Nickel  Removal  Process  from  Artificial Electroplating Wastewater Using Two-Room Electrodeposition Cells
Research  of  removal  of  soluble  nickel  from  artificial  electroplating  wastewater  has been investigated. The research aim to know optimum electrolit composition in nickel electrodeposition  process.  This  study  was  conducted  within  a  batch  system  using double  chamber  electrodeposition  cell  separated  by  water  hyacinth  leaf. Electrodeposition cell was equipped with a copper plate as cathode, graphite plate as anode, H 2 SO 4 anolyte,  NiSO 4 catholyte  with  Na 2 SO 4 added  as  supporting electrolyte. Electrodeposition performed at 5V direct current voltage for 4 hours each running and varied the concentration of H 2 SO 4 anolyte (0,2 M; 0,6 M and 1 M), pH initial catholyte (2; 4 and 6) and Na 2 SO 4 (catholyte) supporting electrolyte (0 M; 0,2  M; 0,6 M and  1 M). The statistic  analysis  results  showed  that  the  concentration  of  0.2  M  H 2 SO 4 ,  pH initial catholyte  of  6  and  0.2  M  Na 2 SO 4 with  an  optimum  concentration  of  nickel concentration  values  decrease  of  18,433  %  and  nickel  deposition  on  the  cathode  of 0.042 grams.

## Ab s t rak
Kata Kunci:
penyisihan nikel; sel elektrodeposisi dua ruang; anolit H 2 SO 4 ; pH awal katolit; elektrolit pendukung Na 2 SO 4
Telah dilakukan penelitian untuk menurunkan konsentrasi nikel dari tiruan air limbah elektroplating.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  komposisi  elektrolit optimum pada proses elektrodeposisi nikel. Penelitian dilakukan dengan sistem batch menggunakan  sel  elektrodeposisi  dua  ruang  yang  dipisahkan  dengan  daun  eceng gondok.  Sel  elektrodeposisi  dilengkapi  dengan  katoda  pelat  tembaga,  anoda  pelat grafit,  anolit  larutan  H 2 SO 4 ,  katolit  larutan  NiSO 4 ditambah  elektrolit  pendukung larutan  Na 2 SO 4 .  Elektrodeposisi  dilakukan  pada  tegangan  listrik  searah  sebesar  5V selama 1 jam setiap tempuhan dan dilakukan variasi konsentrasi anolit H 2 SO 4 (0,2 M; 0,6 M dan 1 M), pH awal katolit (2; 4 dan 6) dan konsentrasi elektrolit pendukung Na 2 SO 4 (0 M; 0,2 M; 0,6 M dan 1M) dalam katolit. Hasil analisis statistika menunjukkan bahwa konsentrasi H 2 SO 4 0,2 M, pH awal katolit 6 dan tanpa elektrolit pendukung Na 2 SO 4 0,2 M merupakan konsentrasi optimum dengan nilai penurunan konsentrasi nikel sebesar 18,433% dan deposit nikel pada katodasebesar 0,042 gram.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 143 – 149 144

## 1. Pendahuluan
Logam  nikel  banyak  digunakan  dalam  proses elektroplating atau pelapisan logam karena memiliki sifat daya  hantar  listrik  yang  baik  dan  cukup  kuat.  Namun Nikel  hanya  terpakai  sekitar  30-40%  dalam  proses pelapisan, sisanya akan dibuang sebagai limbah [1]. Nikel dalam  limbah  industri  perlu  diolah.  Menurut  Peraturan Pemerintah  No.  18  Tahun  1999  tentang Pengelolaan Limbah  Berbahaya  dan  Beracun ,  limbah  dari  industri elektroplating  merupakan  limbah  B3  (Bahan  Berbahaya dan Beracun) yang dapat memberikan dampak buruk bagi lingkungan.  Salah  satunya  adalah  penyakit  kanker  pada paru-paru  dan  rongga  hidung  manusia  jika  terkena kontak  langsung.  Di  perairan,  logam  nikel  (Ni) mempunyai  baku  mutu  yang  diijinkan  sebesar  1,0  mg/L sehingga pengolahan air limbah yang mengandung Nikel harus dilakukan untuk meminimalis konsentrasi Ni yang masuk ke perairan [2].
Beberapa  penelitian  tentang  elektrodeposisi  logam dengan  menggunakan  berbagai  jenis  elektrolit  dan  tipe sel ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil penelitian terdahulu Tipe sel Elektrolit Tegangan Listrik (Volt) Efisiensi Penurunan Konsentrasi Nikel (%) Energi spesifik (kWh/kg nikel) Ref. Dua ruang Katolit: 2,2 g/L NiSO 4 sebagai Ni, 1 M NaCl.
Anolit: 1 M H 2 SO 4
5 72,44 6,1625 [3] Dua ruang
Katolit: 40 g/L NiSO 4 , 40 g/L H 3 BO 3 Anolit: 0,5 M H 2 SO 4 4 94,17 5 [4] Satu ruang 60 g/L Na 2 SO 4 , 6 g/L MgSO 4, H 3 BO 3 12g/L - 36 g/L, Cr 2 (SO 4 ) 3, Cr/Ni 0,46%, 0,93%, 1,85%.
2 3 – 11,3 [5] Satu ruang 10 g/L H 3 BO 3 , 40 mg/L SDS, of 80 g/L
Ni 2+ , 10 g/L Na + 0,7 [6] Satu ruang 60 g/L Na 2 SO 4 , 6 g/L MgSO x , 36 g/L H 3 BO 3 ,
12,5 g/L NiSO 4 , 1,25
g/L Cr 2 (SO 4 ) 3 2,6 – 2,8 1,12 5 [7] Satu ruang 20 mg/L Ni 2+ , 20 mg/L Zn 2+ , 250 mg/L Na 2 SO 4 , 100 mg/L LAS, 500 mg/L K 2 SO 4 56 [8] Satu ruang Ion-ion Cu, Ni, Fe,
Pb, Zn, As, Sb, Bi. H 2 SO 4 , Cl -
1,4 - 3
90
[9] Dua ruang Katolit: NiSO 4 , CdSO 4 ,CuSO 4 , asam sitrat, NTA, EDTA Anolit: 0,1 M NaNO 3
40 [10]
Satu ruang NiSO 4 , CdSO 4 , Na 2 SO 4 ,
H 3 BO 3 0,88 –
1,004
[11] Satu ruang NiSO 4 , CuSO 4 , NH 4 OH  2,2 – 2,7 99,6 3,05 [12] Satu ruang NiSO 4 , H 3 BO3 4,3 90 4,2 [13] Berdasarkan Tabel 1, jenis-jenis elektrolit pendukung  yang  pernah  digunakan  adalah  H 3 BO 3 , NH 4 OH,  Na 2 SO 4 ,  H 2 SO 4 ,  K 2 SO 4 ,  MgSO 4 dan  asam  sitrat. Pada  penelitian  ini  menggunakan  H 2 SO 4 sebagai  anolit dan  Na 2 SO 4 sebagai  elektrolit  pendukung  dalam  larutan katolit.  H 2 SO 4 dan  Na 2 SO 4 dipilih  karena  mengandung spesi  ion  yang  banyak  yaitu  3  spesi  sehingga  akan
menghasilkan  konduktivitas  listrik  yang  besar, konduktivitas  listrik  tsb  akan  menimbulkan  kuat  arus listrik  yang  besar  yang  berdampak  pada  proses eklektrodeposisi nikel yang lebih cepat
Penelitian  ini  menggunakan  daun  eceng  gondok sebagai  pengganti  membran  penyekat  antara  ruang anoda  dan  katoda.  Senyawa  kimia  selulosa  asetat  pada eceng  gondok  membuat  daun  eceng  gondok  tebal sehingga tidak mudah sobek dan permeable sehingga ion- ion  dapat  ditukarkan  melalu  pori-pori  di  permukaan daun  [3].  Penelitian  tentang  sifat  adsorpsi  logam  berat pada  limbah  elektroplating  menggunakan  ecek  gondok telah  dilakukan  sebelumnya,  dari  penelitian  tersebut diketahui  bahwa  eceng  gondok  mampu  mengadsorbsi limbah elektroplating seperti Besi (Fe), tembaga (Cu) dan timbal (Pb) [14].
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  menurunkan konsentrasi  nikel  dari  larutan  tiruan  air  limbah elektroplating sedangkan tujuannya adalah memperoleh konsentrasi optimum H 2 SO 4 dalam anolit dan,konsentrasi  Na 2 SO 4 dalam  katolit  dan  pH awal katolit pada  proses  elektrodeposisi  nikel  dari  larutan  tiruan limbah  elektroplating.  Perbedaan  penelitian  ini  dengan penelitian sebelumnya adalah pada dilakukannya variasi konsentrasi anolit H 2 SO 4 (0,2 M; 0,6 M dan 1 M), pH awal (2, 4, 6) dan konsentrasi katolit pendukung Na 2 SO 4 (0 M; 0,2 M;  0,6  M  dan  1  M)  sehingga  dapat  memperoleh konsentrasi  optimum  pada  proses  elektrodeposisi  nikel dari larutan tiruan limbah elektroplating.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian dilakukan
menggunakan sel
elektrodeposisi dua ruang ( double chamber electrodeposition  cell /DCEC)  sistem batch .  Prinsip  yang digunakan adalah proses oksidasi pada anoda dan reduksi pada katoda. Prinsipnya akan terjadi proses reduksi Ni 2+ menjadi  Ni,  atau  penurunan  konsentrasi  nikel  dalam larutan. Rangkaian alat percobaan terdiri dari dua ruang reaktor dengan daun eceng gondok sebagai biomembran penyekat, dilengkapi dengan pelat tembaga ukuran 4 cm x 6 cm x 0,0004 cm sebagai katoda, pelat grafit ukuran 4 cm  x  6  cm  x  4  mm  sebagai  anoda,  sumber  listrik  arus searah (rectifier), voltmeter, amperemeter dan termometer [3] sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 143 – 149 145
Sel elektrodeposisi  terdiri dari dua ruang berbentuk silinder masing-masing berdiameter 10 cm, tinggi 10 cm masing-masing diisi larutan anolit H 2 SO 4 (ruang anoda) dan  katolit  NiSO 4 2000  mg/L  ditambah  elektrolit pendukung  Na 2 SO 4 sebanyak  500  mL,  kedua  ruang berjarak 6 cm yang dihubungkan dengan suatu jembatan dan  diberi  penyekat  berupa  daun  eceng  gondok berdiameter 5 cm.
Termometer  dipasang  untuk  memantau  suhu  pada masing-masing ruang. Sampling port dibuat pada bagian atap  sel  yang  berfungsi  untuk  tempat  pengambilan sampel  dan  pembuangan  gas  yang  dihasilkan.  Sumber arus listrik bolak balik ( AC ) dihubungkan dengan rectifier untuk  diubah  menjadi  arus  listrik  searah  ( DC )  yang dihubungkan dengan anoda dan katoda sel elektrodeposisi.  Percobaan  elektrodeposisi  dilakukan pada temperatur kamar, dengan tegangan listrik sebesar 5  V.  Perubahan  pH  katolit  dan  kuat  arus  listrik  diamati selama percobaan yang berdurasi 1 jam setiap tempuhan. Konsentrasi  nikel  dalam  larutan  katolit  dianalisis menggunakan atomic  absorption  spectroscopy (AAS)  pada saat awal dan akhir proses.
Penurunan  konsentrasi  nikel  (penyisihan  nikel) dalam larutan katolit dan deposit pada permukaan katoda merupakan parameter utama untuk mengevaluasi proses yang  paling  optimal.  Deposit  nikel  pada  permukaan katoda  diukur  secara  gravimetri.  Pada  penelitian  ini dibuat  variasi konsentrasi anolit H 2 SO 4 sebesar 0,2 M, 0,6 M  dan  1  M;  pH awal katolit  dibuat  2,  4  dan  6  dimodifikasi dengan menambahkan H 2 SO 4 serta konsentrasi elektrolit pendukung Na 2 SO 4 sebesar 0 M, 0,2 M, 0,6 M dan 1 M di dalam  katolit.  Percobaan  dilakukan  secara  matriks sehingga  jumlah  percobaan  sebanyak  36  sampel,  dan dilakukan  dua  kali  repetisi  atau  duplo.  Analisis  statistik data hasil percobaan dilakukan dengan software Minitab 17 metode multifaktor

## 3. Hasil dan Pembahasan
Ringkasan hasil percobaan dengan variasi komposisi elektrolit dapat dilihat pada Tabel 2 berikut ini.
Tabel 2. Hasil percobaan variasi komposisi elektrolit
No pH awal katolit [Na 2 SO 4 ] Katolit (M) [H 2 SO 4 ] Anolit (M) P en u ru n an K on se n tr as i Io n Ni ke l ( % ) E n er gi S p es ifi k (kWh /kg N i) De p os it N i ( gr am ) E fi si en si A ru s ( % ) M as sa E n d ap an (g ram ) 1 2 0 0,2 19,34  189,888  0,002  2,416 0 2 0,6 22,81 22,395  0,016  20,482 0 3 1 14,96 22,433  0,015  20,447 0 4 0,2 0,2 14,72 16,604  0,019  27,625 0 5 0,6 18,86 11,150  0,074  41,138 0 6 1 8,01 62,107  0,015  7,385 0 7 0,6 0,2 11,32 22,694  0,05  20,211 0 8 0,6 8,97 26,172  0,051  17,526 0 9 1 11,06 22,259  0,048  20,607 0 10 1 0,2 3,90 40,505  0,023  11,324 0 11 0,6 14,32 38,159  0,028  12,021 0 12 1 5,07 35,466  0,038  12,933 0 13 4 0 0,2 15,87 7,412  0,025  61,888 0
No pH awal katolit [Na 2 SO 4 ] Katolit (M) [H 2 SO 4 ]
Anolit (M)
P en u ru n an K on se n tr as i Io n
Ni ke l ( % ) E n er gi S p es ifi k (kWh /kg N i)
De p os it N i ( gr am ) E fi si en si A ru s ( % ) M as sa E n d ap an (g ram ) 14
0,6 20,46 4,610  0,043  99,496 0 15 1 19,12 5,268 0,04  87,068 0 16 0,2 0,2 19,33 4,578  0,083  100,194  0,035 17 0,6 20,83 41,468  0,016  11,061  0,008 18 1 15,87 50,727  0,01  9,042 0,19 19 0,6 0,2 21,58 132,917  0,007  3,451 0,141 20 0,6 27,99 81,110  0,014  5,655 0,185 21 1 18,96  154,470  0,006  2,969  0,288 22 1 0,2 15,28 84,545  0,006  5,425  0,225 23 0,6 2,94 463,409  0,002  0,990  0,283 24 1 6,89  1014,359  0,001  0,452  0,293
25
6 0 0,2 27,91 4,611  0,036  99,479 0 26 0,6 15,94 4,661  0,034  98,405 0 27 1 30,39 4,583  0,038  100,079 0 28 0,2 0,2 24,22 12,679  0,044  36,178  0,056 29 0,6 6,83 17,074  0,031  26,864  0,021 30 1 24,60 40,316  0,015  11,377 0,131 31 0,6 0,2 12,84 86,158  0,009  5,324 0,129 32 0,6 19,21 165,305  0,005  2,775 0,152 33 1 32,05 81,629  0,013  5,619 0,172 34 1 0,2 30,52  134,784  0,005  3,403  0,275 35 0,6 35,36 124,125  0,008  3,695 0,175 36 1 29,11 302,535  0,004  1,516 0,304 Untuk membandingkan
kinerja reaktor elekrodeposisi  dari  berbagai  variasi  konsentrasi  anolit H 2 SO 4 , elektrolit pendukung Na 2 SO 4 di katolit dan pH awal katolit  dilakukan  analisis  beberapa  parameter  yaitu penurunan  konsentrasi  ion  nikel,  deposit  nikel  pada katoda,  efisiensi  arus  dan  energi  spesifik.  Penurunan konsentrasi  ion  nikel  adalah  presentasi  penurunan konsentrasi ion nikel pada larutan katolit setelah melalui proses  elektrodeposisi.  Deposit  nikel  adalah  jumlah massa  logam  nikel  yang  menempel  pada  permukaan katoda.  Efisiensi  arus  adalah  presentasi  penggunaan energi  listrik  untuk  mendepositkan  logam  nikel  di permukaan katoda. Energi spesifik adalah jumlah energi listrik  (kWh)  yang  dibutuhkan  untuk  mendepositkan logam Ni pada permukaan katoda sebanyak 1 kg.

## 3.1. Penurunan Konsentrasi Ion Nikel dan Deposit Nikel
Pada  ruang  katoda  terjadi  reaksi  reduksi  ion  nikel menjadi  logam  nikel  yang  terdeposisi  pada  permukaan katoda,  oleh  karena  itu  konsentrasi  ion  nikel  dalam larutan  katolit  berkurang  pada  akhir  percobaan  seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 2.
Berdasarkan data pada Tabel 2 dan dengan bantuan software Minitab 17  (analisis  ANOVA), diperoleh P-value dari variabel-variabel percobaan dan interaksinya seperti ditunjukkan berikut ini:
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 143 – 149 146 Tabel 3. Analisis ANOVA terhadap Penurunan Konsentrasi Nikel Source P-Value Model 0,000 Linear 0,000 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M) 0,968 ✓ Katolit Na 2 SO 4 (M) 0,069 ✓ pH awal Katolit 0,000 2-Way Interactions 0,001 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M)*Katolit Na 2 SO 4 (M) 0,956 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M)*pH awal Katolit 0,102 ✓ Katolit Na 2 SO 4 (M)*pH awal Katolit 0,000 3-Way Interactions 0,624 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M)*Katolit Na 2 SO 4
(M)*pH awal Katolit 0,624
Hasil analisis ANOVA di Tabel 3, menunjukkan bahwa variabel  yang  paling  berpengaruh  terhadap  penurunan konsentrasi ion nikel adalah pH awal katolit, di mana nilai P-value nya  0  (<0,05).  Tabel  2  menunjukkan kecenderungan  penurunan  konsentrasi  ion  nikel  yang kecil pada pH awal katolit yang lebih rendah. Fenomena ini sesuai  dengan  hasil  penelitian  mengenai recovery nikel yang  dilakukan  sebelumnya  [13].  Hal  ini  terjadi  karena pada  pH awal katolit  2  mengandung  ion  H + yang  lebih banyak  dibandingkan  pH awal katolit  4  dan  6.  Ion  H + tereduksi  lebih  dulu  dibanding  Ni 2+ karena  Ion  H + memiliki  potensial  reduksi  lebih  positif  dibanding  Ni 2+ , oleh karena itu semakin banyak jumlah ion H + maka akan menghambat penurunan konsentrasi ion Ni 2+ .
Jika  pH awal katolit  cukup  tinggi,  nikel  yang tersisihkan  dari  larutan  katolit  sebagian  mengendap  ke dasar  reaktor  sebagai  Ni(OH) 2 yang  berwarna  hijau  dan sebagian lagi terdeposisi pada permukaan katoda sebagai Ni  yang  berwarna  keperakan.  Massa  deposit  nikel  pada katoda dapat dilihat pada Tabel 2.
Berdasarkan data pada Tabel 2 dan dengan bantuan software Minitab  17,  diperoleh  hubungan  matematik antara  penurunan  konsentrasi  ion  nikel  (%)  sebagai fungsi  dari  [H 2 SO 4 ] anolit ,  [Na 2 SO 4 ] katolit dan  pH awal katolit, seperti ditunjukkan pada persamaan (1):
R = 24,37 –12,77 H - 26,4 N – 1,21 P + 6,8 H x N + 3,21 H x P
+ 5,75 N x P -1,78 H x Nx P (1)
Di mana:
R = Penurunan [Ni 2+ ] (%)
H = [H 2 SO 4 ] anolit (M)
N = [Na 2 SO 4 ] katolit (M)
P = pH awal katolit
Dari  persamaan  (1)  dapat  ditentukan  komposisi elektrolit yang menghasilkan penurunan konsentrasi ion nikel  (%)  maksimum,  yaitu  pada  [H 2 SO 4 ] anolit =  1  M  ; [Na 2 SO 4 ] katolit =  1  M  dan  pH awal katolit  =  6,  yaitu  sebesar 27,87 %.
Tabel 2 menunjukkan bahwa penambahan elektrolit pendukung  Na 2 SO 4 yang  rendah  (antara  0  dan  0,2  M)  di
dalam  katolit  menghasilkan  deposit  nikel  yang  lebih banyak.  Penambahan  elektrolit  pendukung  Na 2 SO 4 pada konsentrasi  0,6  M  dan  1  M  menghasilkan  deposit  nikel yang  lebih  sedikit  pada  permukaan  katoda.  Peningkatan konsentrasi elektrolit pendukung Na 2 SO 4 di dalam katolit akan  meningkatkan  pH  katolit  sehingga  memicu pembentukan  Ni(OH) 2 berwarna  hijau  yang  mengendap di dasar reaktor [4] sesuai dengan reaksi 1:
2H 2 O + 2e- H 2 + 2OH - Ni 2+ + OH -
Ni(OH) 2
Dalam  proses  elektrodeposisi  ini  diharapkan  lebih banyak  deposit  pada  katoda  sebagai  nikel  murni  (Ni). Percobaan variasi pH awal katolit 4, Na 2 SO 4 0,2 M, H 2 SO 4 0,2 M,  memiliki  deposit  nikel  yang  paling  besar dibandingkan  variasi  percobaan  lainnya  yaitu  sebesar 0,083 gram Ni murni yang terbentuk di katoda. Deposit Ni pada  permukaan  katoda  tembaga  pada  dua  percobaan komposisi elektrolit ditunjukkan oleh Gambar 2.
a b
Gambar 2. Deposit nikel pada permukaan katoda tembaga dalam proses elektrodeposisi (a) Warna keperakan menunjukkan adanya pengendapan nikel (b) Warna tembaga menunjukan kurangnya pengendapan nikel
Hasil  percobaan  menunjukkan  bahwa  lapisan permukaan  katoda  tembaga  pada  percobaan  komposisi elektrolit  yang  menghasilkan  deposit  nikel  adalah percobaan dengan pH awal katolit 4, [Na 2 SO 4 ] katolit 0,2 M dan [H 2 SO 4 ] anolit 0,2  M  yang  menghasilkan  berwarna keperakan  (warna  nikel  murni),  sedangkan  lapisan permukaan katoda tembaga pada percobaan pH awal katolit 4,  [Na 2 SO 4 ] katolit 1  M  dan  [H 2 SO 4 ] anolit 1  M  menghasilkan deposit Nikel berwarna merah bata (warna tembaga) yang menunjukan  kurangnya  deposit  nikel  pada  permukaan katoda tembaga. Hal ini sejalan dengan yang ditunjukkan Tabel  2, percobaan  komposisi  elektrolit  pH awal katolit  4, [Na 2 SO 4 ]katolit  0,2  M  dan  [H 2 SO 4 ]anolit  0,2  M menghasilkan deposit Ni sebesar 0,083 gram, sedangkan percobaan  komposisi  elektrolit  pH awal katolit  4, [Na 2 SO 4 ]katolit 1 M dan [H 2 SO 4 ]anolit 1 M menghasilkan deposit  0,001  gram.  Hal  ini  terjadi  karena  percobaan pH awal katolit  4,  [Na 2 SO 4 ] katolit 1  M  dan  [H 2 SO 4 ] anolit 1  M banyak menghasilkan gelembung gas yang mengganggu deposisi  nikel  pada  permukaan  katoda  sebagai  reaksi reduksi hidrogen yang menjadi parasit pada katoda [4]. Di katoda terjadi reduksi ion H + menjadi gelembung gas H 2 ,
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 143 – 149 147
gelembung  H 2 akan  menghambat  pembentukan  Ni  pada permukaan katoda. Oleh karena itu jika ion H + banyak di ruang  katoda  akan  menimbulkan  pembentukan gelembung H 2 yang banyak pula.
Berdasarkan data pada Tabel 4 dan dengan bantuan software Minitab 17  (analisis  ANOVA), diperoleh P-value dari variabel-variabel percobaan dan interaksinya seperti ditunjukkan berikut ini:
Tabel 4. Analisis ANOVA terhadap Massa Deposit Nikel Source P-Value Model 0,004 ✓ Linear 0,007 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M) 0,933 ✓ Katolit Na 2 SO 4 (M) 0,158 ✓ pH awal Katolit 0,001 2-Way Interactions 0,010 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M)*Katolit Na 2 SO 4 (M) 0,650 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M)*pH awal Katolit 0,243 ✓ Katolit Na 2 SO 4 (M)*pH awal Katolit 0,002 3-Way Interactions 0,634 ✓ Anolit H 2 SO 4 (M)*Katolit Na 2 SO 4 (M)*pH awal Katolit 0,634
Berdasarkan  hasil  analisis  ANOVA  di  atas, menunjukkan  bahwa  variabel  yang  paling  berpengaruh terhadap  massa  deposit  nikel  adalah  pH awal katolit,  di mana P-value nya  0,001  (<0,05).  Tabel  2  menunjukkan bahwa  deposit  nikel  terbanyak  diperoleh  pada  pH awal katolit 4. Pada pH < 2 banyak mengandung ion H + . Ion H + tersebut akan tereduksi menjadi gas H 2 yang merupakan reaksi parasit terhadap elektrodeposisi nikel. Pada pH > 6 cenderung terjadi pembentukan Ni(OH) 2 yang mengakibatkan penurunan deposit Nikel [4].
Berdasarkan data pada Tabel 2 dan dengan bantuan software Minitab  17,  diperoleh  hubungan  matematik antara  massa  deposit  nikel  (gram)  sebagai  fungsi  dari [H 2 SO 4 ] anolit ,  [Na 2 SO 4 ] katolit dan  pH awal katolit,  seperti ditunjukkan pada persamaan (2):
m Ni = 0,0047 + 0,0326 H + 0,0558 N + 0,00697 P - 0,0155 H x N - 0,00922 H x P - 0,01797 N x P + 0,0063 H x N x P (2) Di mana: m Ni = Deposit Ni (gram)
H = [H 2 SO 4 ] anolit (M)
N = [Na 2 SO 4 ] katolit (M)
P = pH awal katolit
Dari  persamaan  (2)  dapat  ditentukan  komposisi elektrolit yang menghasilkan berat deposit  nikel (gram) maksimum, yaitu pada [H 2 SO 4 ] anolit = 0,2 M ; [Na 2 SO 4 ] katolit = 0 M dan pH awal katolit = 6 yaitu sebesar 0,0463 gram.
Nikel  selain  terdeposisi  di  permukaan  katoda,  juga terendapkan  di  dasar  reaktor  sebagai  Ni(OH) 2 .  Endapan berwarna  hijau  yang  berada  di  dasar  reaktor  adalah Ni(OH) 2 berdasarkan hasil analisis XRD seperti Gambar 3 berikut.
Gambar 3. Hasil analisis XRD endapan warna hijau pada dasar reaktor
Berdasarkan  Tabel  2,  jumlah  endapan  terbanyak terjadi pada percobaan dengan konsentrasi anolit H 2 SO 4 1 M, elektrolit pendukung  Na 2 SO 4 1 M dan pH awal katolit 6. Sedangkan  pada  semua  percobaan  yang  tidak menggunakan  elektrolit  pendukung  Na 2 SO 4 tidak terbentuk  endapan.  Hasil  pengamatan  ini  membuktikan bahwa penambahan Na 2 SO 4 di dalam katolit akan memicu pembentukan  Ni(OH) 2 [4],  Na 2 SO 4 berfungsi  untuk meningkatkan  konduktivitas  larutan  elektrolik  Semua percobaan  yang  pH awal katolitnya  2  tidak  membentuk endapan, hal ini menunjukkan bahwa ion nikel pada pH 2 selalu dalam keadaan terlarut, karena asam akan bereaksi dengan endapan sehingga membentuk asam/garam yang larut sehingga menyebabkan pergeseran kesetimbangan kelarutan

## 3.2. Energi Spesifik dan Efisiensi Arus
Percobaan  pH awal katolit  4,  [Na 2 SO 4 ] katolit 0,2  M  dan [H 2 SO 4 ] anolit 0,2 M menghasilkan energi spesifik terendah yaitu  4,578  kWh/kg  nikel  yang  artinya  untuk menyisihkan  1  kg  ion  Ni 2+ dari  larutan  katolit memerlukan  energi  sebesar  4,578  kWh.  Nilai  energi spesifik  ini  hampir  sama  dengan  beberapa  hasil penelitian  terdahulu  yaitu  3,05  kWh/kg  nikel  [12],  4,2 kWh/kg nikel [13], 5 kWh/kg nikel [7], 2-12 kWh/kg nikel [5] dan 4-5 kWh/kg nikel [4].
Tabel  2  menunjukkan  kecenderungan  kenaikan energi  spesifik  untuk  setiap  kenaikan  [Na 2 SO 4 ] katolit .  Hal ini  menunjukkan  bahwa  penambahan  elektrolit pendukung  Na 2 SO 4 dapat  menghambat  pembentukan deposit  nikel  pada  permukaan  katoda.  Hal  ini  terjadi karena  penambahan  Na 2 SO 4 mengakibatkan  pH  katolit meningkat  sehingga  menaikkan  jumlah  Ni(OH) 2 yang berakibat  deposit  menurun  dengan  reaksi  yang  sesuai dengan  reaksi  (1).  pH  yang  terlalu  basa  akan menghasilkan  ion  OH - yang  memicu  pembentukan Ni(OH) 2 ,  sedangkan  pada  pH  asam  akan  menghasilkan ion  H + yang  memicu  pembentukan  gelembung  H 2 pada permukaan katoda yang dapat menghambat pembentukan Ni di permukaan katoda
Proses  elektrodeposisi  ini  diharapkan  lebih  banyak deposit pada katoda sebagai nikel (Ni) karena deposit Ni merupakan  faktor  yang  berpengaruh  dalam  dalam perhitungan  energi  spesifik,  sebagaimana  dalam persamaan  penentuan  energi  spesifik  jika  semakin sedikit  deposit  Ni  akan  menghasilkan  energi  spesifik
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 143 – 149
yang lebih besar. Efisiensi arus merupakan perbandingan antara  massa  deposit  nikel  aktual  pada  katoda dibandingkan  dengan  massa  deposit  nikel  menurut perhitungan  berdasarkan  hukum  Faraday.  Efisiensi  arus menunjukkan  efektifitas  penggunaan  arus  listrik  untuk mendeposisikan nikel pada katoda. Tabel 2 menunjukkan bahwa percobaan elektrodeposisi yang tidak menggunakan  elektrolit  pendukung Na 2 SO 4 di  katolit umumnya  memiliki  nilai  efisiensi  arus  yang  besar. Meskipun  massa  deposit  (pembilang)  tidak  besar, efisiensi arus dapat mencapai harga besar jika kuat arus (faktor  dalam  penyebut)  cukup  kecil.  Data  kuat  arus listrik  rata-rata  untuk  setiap  percobaan  elektrodeposisi dapat dilihat pada Tabel 5.
Dari  data  pada  Tabel  5  dan  Tabel  2  terbukti  bahwa efisiensi arus yang tinggi dan energi spesifik yang rendah tidak menghasilkan penurunan [Ni 2+ ] yang besar. Dengan demikian,  diperlukan  optimasi  yang  menyeluruh  untuk menentukan  kondisi  operasi  yang  dapat  menurunkan [Ni 2+ ] hingga mencapai baku mutu dengan energi spesifik yang  rendah.  Energi spesifik  dan  efisiensi  arus  dihitung berdasarkan  massa  deposit  Ni  pada  katoda,  maka optimasi  dilakukan  dengan  variabel  [H 2 SO 4 ] anolit , [Na 2 SO 4 ] katolit dan  pH awal katolit  untuk  parameter  massa deposit  Ni  dan  penurunan  [Ni 2+ ].  Berdasarkan  kedua persamaan  matematika  (1)  dan  (2)  dapat  dilakukan optimasi  untuk  memperoleh  penurunan  [Ni 2+ ]  dan deposit Ni maksimum, sehingga memperoleh komposisi [H 2 SO 4 ] anolit 0,2 M, [Na 2 SO 4 ] katolit 0 M dan pH awal katolit 6 yang  menghasilkan  penurunan  [Ni 2+ ]  18,433  %  dan deposit  Ni  0,042  gram.  Hasil  optimasi  tersebut  ketika dibandingkan dengan hasil pengamatan yang terdapat di Tabel 2 terdapat perbedaan nilai konsentrasi dan deposit Ni yaitu penurunan [Ni 2+ ] sebesar 9,48% dan deposit  Ni terbesar 0,006 gram.
Tabel 5. Kuat arus listrik rata-rata
No  pH awal katolit [Na 2 SO 4 ] Katolit (M) [H 2 SO 4 ] Anolit (M)  I rata-rata (mA) Deposit Ni (gram) Massa Endapan (gram) 1 2
0 0,2 59,2 0,002 0 2 0,6 65,6 0,016 0 3 1 70,1 0,015 0 4 0,2 0,2 113,9 0,019 0 5 0,6 197,9 0,074 0 6 1 193,6 0,015 0 7 0,6 0,2 195,2 0,05 0 8 0,6 310,0 0,051 0 9 1 256,5  0,048 0 10 1 0,2 215,3 0,023 0 11 0,6 223,0 0,028 0 12 1 321,3 0,038 0 13 4 0 0,2 33,6 0,025 0 14 0,6 33,3 0,043 0 15 1 45,1 0,04 0 16 0,2 0,2 105,7 0,083 0,035 17 0,6 114,8 0,016 0,008 18 1 124,1 0,01 0,19 19 0,6 0,2 158,2 0,007 0,141
No  pH awal katolit [Na 2 SO 4 ] Katolit (M) [H 2 SO 4 ] Anolit (M)  I rata-rata (mA) Deposit Ni (gram) Massa Endapan (gram) 20 0,6 253,9 0,014 0,185 21 1 237,3 0,006 0,288 22 1 0,2 127,7 0,006 0,225 23 0,6 220,8  0,002 0,283 24 1 256,8 0,001 0,293
25
6
0 0,2 34,6 0,036 0 26 0,6 35,1 0,034 0 27 1 36,9 0,038 0 28 0,2 0,2 110,7 0,044 0,056 29 0,6 118,6 0,031 0,021 30 1 130,9 0,015 0,131 31 0,6 0,2 149,8  0,009 0,129 32 0,6 171,7 0,005 0,152 33 1 244,2 0,013 0,172 34 1 0,2 157,8 0,005 0,275 35 0,6 201,9 0,008 0,175 36 1 294,1 0,004 0,304

## 4. Kesimpulan
Efisiensi arus dan energi spesifik tidak berpengaruh dalam  penurunan  nikel.  Kondisi  percobaan  untuk menghasilkan  deposit  Ni  terbanyak  berdasarkan  hasil optimasi  persamaan  (1)  dan  (2)  yaitu  (0,042  gram/jam) dan  penurunan  [Ni 2+ ]  terbesar  dalam  air  limbah,  yaitu pada  kondisi  tegangan  kerja  5  Volt,  jenis  anoda  grafit, jenis katoda tembaga, anolit H 2 SO 4 0,2 M, NiSO 4 2000 mg Ni/L,  pH awal katolit  pada  pH  6  dan  tanpa  elektrolit pendukung Na 2 SO 4 .

## Daftar Pustaka
[1]  Konstantinos  Dermentzis,  Removal  of  nickel  from electroplating  rinse  waters  using  electrostatic shielding electrodialysis/electrodeionization, Journal of  Hazardous  Materials ,  173,  1,  (2010)  647-652 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.08.133
[2]  Puji  Rahayu,  Khabibi  Khabibi,  Adsorpsi  Ion  Logam Nikel(II)  oleh  Kitosan  Termodifikasi  Tripolifosfat, Jurnal  Kimia  Sains  dan  Aplikasi ,  19,  1,  (2016)  21-26 http://doi.org/10.14710/jksa.19.1.21-26
[3]  Djaenudin  Djaenudin,  Mindriany  Syafila,  Edwan Kardena,  Isdiriayani  Nurdin,  Pengaruh  Jenis  Anoda pada Proses Pemulihan Logam Nikel dari Tiruan Air Limbah Electroplating
Menggunakan
Sel
Elektrodeposisi, Reaktor ,  14,  3,  (2013)  211-217 https://doi.org/10.14710/reaktor.14.3.211-217
[4]  Xiu-lian  Ren,  Qi-feng  Wei,  Zhe  Liu,  Jun  Liu, Electrodeposition  conditions  of  metallic  nickel  in electrolytic  membrane  reactor, Transactions  of Nonferrous Metals Society of China , 22, 2, (2012) 467- 475 https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61200-4
[5]  Pramujo Widiatmoko,  Isdiriayani  Nurdin,  Pengaruh Krom Pada Elektrodeposisi Nikel dari Larutan Nikel- Krom, Jurnal Teknik Kimia Indonesia , 10, 2, (2011) 54- 60
[6]  Jing  Lu,  Qi-hua  Yang,  Zhao  Zhang,  Effects  of additives  on  nickel  electrowinning  from  sulfate system, Transactions  of  Nonferrous  Metals  Society  of
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 143 – 149 149
China , 20, (2010) s97-s101
https://doi.org/10.1016/S1003-6326(10)60020-9
[7]  Isdiriayani  Nurdin,  Pramujo  Widiatmoko,  Yanti, Nickel  Recovery  from  Nickel  and  Chromium Containing Wastewater by Electrodeposition Method,  in:    International  Conference  on Environment 2010 (ICENV 2010), Penang, Malaysia, 2010.
[8]  H. D. Doan, A. Weli, J. Wu, A combined photocatalytic and  electrochemical  treatment  of  wastewater containing propylene glycol methyl ether and metal ions, Chemical Engineering Journal , 151, 1, (2009) 51-
58 https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.01.041
[9]  I.  Giannopoulou,  D.  Panias,  Copper  and  nickel recovery from acidic polymetallic aqueous solutions, Minerals  Engineering ,  20,  8,  (2007)  753-760
https://doi.org/10.1016/j.mineng.2007.02.009
[10] Y.  Oztekin,  Z.  Yazicigil,  Recovery  of  metals  from complexed solutions by electrodeposition, Desalination , 190, 1, (2006) 79-88 https://doi.org/10.1016/j.desal.2005.07.017
[11]  U.  S.  Mohanty,  B.  C.  Tripathy,  P.  Singh,  S.  C.  Das, Effect of Cd2+ on the electrodeposition of nickel from sulfate  solutions.  Part  II:  Polarisation  behaviour, Journal  of  Electroanalytical  Chemistry ,  566,  1,  (2004)
47-52 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2003.11.010
[12] P. Fornari, C. Abbruzzese, Copper and nickel selective recovery  by  electrowinning  from  electronic  and galvanic industrial solutions, Hydrometallurgy , 52, 3,
(1999) 209-222 https://doi.org/10.1016/S0304-386X(99)00019-5
[13] G.  Orhan,  C.  Arslan,  H.  Bombach,  M.  Stelter,  Nickel recovery  from  the  rinse  waters  of  plating  baths, Hydrometallurgy , 65,
1,
(2002) 1-8
https://doi.org/10.1016/S0304-386X(02)00038-5
[14] Sri Suryaningsih, Analisa Sifat Adsorpsi Logam Berat pada  Eceng  Gondok  dalam  Pengelolaan  Air  Limbah Elektroplating, Jurnal  Material  dan  Energi  Indonesia , 7, 1, (2017) 44-48 https://doi.org/10.24198/jmei.v7i01.12368