ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 17 (3) (2014) : 57 – 61
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Elektrodekolorisasi Limbah Cair Batik di Pekalongan dengan Elektroda PbO 2 /Cu
Afrianti Reza Kusuma a , Didik Setiyo Widodo a*
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: widodo.ds@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o

## A b s t r a c t
Keywords: elektrodekolorisasi, elektroda PbO 2 /Cu, limbah batik
Liquid  waste  generated  from  the  batik  industry  comes  from  a  dyeing  process  that contains  synthetic  dyes  and  is  difficult  to  degrade  naturally.  The  waste  causes  water contamination which can be seen from the water colour change to turbid and stinging smell. Electrodecolorization method can decrease dyestuff intensity using PbO 2 electrode as anode and Cu as cathode in electrolysis process. Electrolysis was carried out in 50 mL of sample with the addition of Na2SO4 electrolyte at potential 4.5 V with pH 1 for 360 min. The  result  of  electrolysis  was analysed  using  UV-Vis  Spectrometer and determined by COD and BOD test. The results showed that electrolysis using electrode PbO 2 / Cu and pH 1 can decrease the colour intensity gradually with the percentage of decolourization reach 85.5%, decrease of COD equal to 80.7% and BOD equal to 81.44%.

## A b s t r a k
Kata Kunci: electrodecolorisation, PbO 2 /Cu electrodes, wastewater Limbah  cair  yang  dihasilkan  dari  industri  batik  berasal  dari  proses  pewarnaan  yang mengandung  pewarna  sintetik  dan  sukar  didegradasi  secara  alami.  Limbah  tersebut menyebabkan pencemaran air yang dapat dilihat dari perubahan warna air menjadi keruh dan beraroma busuk yang menyengat. Metode elektrodekolorisasi mampu menurunkan intensitas zat warna menggunakan elektroda PbO 2 sebagai anoda dan Cu sebagai katoda dalam  proses  elektrolisis.  Elektrolisis  dilakukan  dalam  50  mL  sampel  dengan penambahan elektrolit Na2SO4 pada potensial 4,5 V dengan pH 1 selama 360 menit. Hasil akhir elektrolisis dianalisis menggunakan Spektrometer UV-Vis dan ditentukan uji COD dan  BOD.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  elektrolisis  menggunakan  elektroda PbO 2 /Cu  dan  pH  1  dapat  menurunkan  intensitas  warna  secara  bertahap  dengan persentase  dekolorisasi  mencapai  85,5%,  penurunan  COD  sebesar  80,7%  dan  BOD sebesar 81,44%.

## 1. Pendahuluan
Limbah  cair  yang  dihasilkan  dari  industri  batik berasal  dari  proses  pewarnaan  ( dyeing)  yang mengandung  pewarna  sintetik  dan  sukar  didegradasi secara  alami.  Jenis  bahan  pewarna  yang  digunakan  di dalam  industri  tersebut  sangat  beraneka  ragam,  dan biasanya  produsen  batik  rumahan  menggunakan  lebih dari satu jenis campuran zat warna sehingga penanganan limbah  menjadi  rumit  dan  memerlukan  beberapa langkah  sampai  limbah  tersebut  benar-benar  aman untuk dibuang ke lingkungan perairan.
Menurut  Widayanti dkk.  [1]  teknologi  pengolahan limbah  cair  dapat  dilakukan  secara  biologi,  fisika,  dan kimia. Pengolahan limbah menggunakan proses biologi dapat  dilakukan  dengan  penggunaan  mikroorganisme untuk mengoksidasi senyawa organik limbah cair batik. Namun  melalui  metode  ini  kurang  efektif,  karena  zat warna  mempunyai  sifat  tahan  terhadap  degradasi biologi.  Sedangkan  pada  penelitian  Mondal  [2] menjelaskan  bahwa  metode  fisika  dengan  adsorpsi menggunakan  karbon  aktif,  dapat  menghilangkan polutan zat warna non-biodegradable tetapi
menimbulkan  limbah  baru  yakni  flok/koagulan  yang tidak dapat digunakan lagi. Untuk mengatasi masalah di atas diperlukan  alternatif  baru  untuk  mengolah  limbah cair industri batik yang efektif dan efisien [3].
Elektrodekolorisasi  merupakan  suatu  metode dengan bantuan arus listrik untuk menurunkan kadar zat warna dalam proses elektrolisis. Kelebihan dari metode ini  adalah  tidak  memberikan  cemaran  tambahan terhadap  lingkungan,  mampu  menurunkan  polutan organik,  dan  tidak  membutuhkan  proses  analisis  yang banyak dan rumit [4].
Timbal dioksida (PbO 2 ) merupakan bahan yang kuat menyerap  larutan  elektrolit,  bersifat  semikonduktor sehingga dapat menghasilkan energi listrik yang besar, stabil,  elektrokatalitik,  tahan  terhadap  korosi,  serta dapat  menahan  gas  hidrogen  dan  oksigen  yang  timbul [5].
Aktifitas  anoda  akan  bekerja  maksimal  dengan bantuan katoda. Telah dilakukan penelitian ektrodekolorisasi limbah cair batik dengan material PbO 2 sebagai  anoda  akan  tetapi  berbeda  pada  penggunaan material katoda. Diantaranya
Kristianto [6] menggunakan  grafit  sebagai  katoda,  karbon  sebagai katoda dilakukan oleh Dwi Nirmasari dkk. [7], kemudian Duan dkk. [5] menggunakan Pb sebagai katoda. Material katoda  tersebut  memiliki  kemampuan  untuk  tidak bereaksi  dengan  senyawa  lain  ( inert)  dan  bersifat konduktor  sedangkan  menurut  penelitian  Wiharti dkk. [8] elektroda Cu dipilih sebagai katoda karena memiliki sifat konduktivitas yang tinggi. Oleh karena itu elektroda Cu  dipilih  karena  mampu  menghantarkan  arus  listrik lebih  besar  dan  memberikan  hasil  yang  lebih  efektif dalam  proses  dekolorisasi  zat  warna  serta  dapat mendegradasi polutan organik.
Penelitian  ini  akan  memberikan  informasi efektivitas penggunaan elektroda kerja PbO 2 di anoda dan Cu sebagai katoda yang diharapkan dapat menanggulangi  masalah  pencemaran  yang  disebabkan oleh adanya zat warna dan memperbaiki kualitas fisik air limbah industri batik yang diukur dari penurunan kadar COD  dan  BOD  yang  merupakan  salah  satu  parameter pencemaran air.

## 2. Metode Penelitian

## Bahan dan Alat
Gelas beker,  gelas  ukur,  spatula,  batang  pengaduk, pipet tetes, timbangan elektrik adaptor, elektroanalizer, multitester,  spektrofotometri UV-Vis  shimadzu  390, pemanas dan kuvet. Limbah cair batik (sampel), Na 2 SO 4 serbuk, akuades, PbO 2 (dari lempengan aki), dan Cu (dari plat).

## Uji Pendahuluan
Pengambilan sampel limbah cair batik di Pekalongan kemudian  dilakukan  uji  pendahuluan  dan  uji  setelah proses elektrolisis meliputi pengukuran kadar awal COD dan BOD.

## Penentuan Panjang Gelombang
Panjang  gelombang  maksimum  sampel  ditentukan dengan mengukur besar absorbansi larutan menggunakan  Spektrofotometer  UV- Vis.  Data  panjang gelombang  dengan  absorbansi  tertinggi  pada  daerah tampak menunjukkan panjang gelombang maksimum.

## Penentuan Potensial Kerja
Sampel  Limbah  sebanyak  50  mL  ditambahkan Na 2 SO 4 sebanyak  0,71  gram  kemudian  larutan dielektrolisis  dengan  variasi  potensial(1-8  volt). Perlakuan yang sama dilakukan terhadap larutan blanko, kemudian data dibuat kurva potensial versus arus listrik ( E vs I) untuk memperoleh daerah kerja elektrolisis dan potensial minimal untuk mengelektrolisis sampel

## Penentuan Waktu Minimum
Sampel  limbah  sebanyak  50  mL  ditambah  Na 2 SO 4 sebanyak  0,71  gram  kemudian  larutan  dielektrolisis dengan variasi waktu. Setiap 15 menit, absorbansi larutan tersebut  diukur  pada  panjang  gelombang  maksimum. Elektrolisis  dihentikan  ketika  absorbansi  sampel mendekati/sama  dengan nol  atau nilai absorbansi  yang diperoleh tetap.

## Elektrodekolorisasi Limbah dengan Variasi pH
Sampel  limbah  sebanyak  50  mL  ditambah  Na 2 SO 4 sebanyak  0,71  gram  kemudian  larutan  dielektrolisis dengan  potensial  kerja  dan  waktu  minimum.  Proses elektrolisis  dilakukan  pada  suhu  kamar.  Perlakuan tersebut diulang untuk variasi pH 1,3,5,7,9 dan 12 dengan menambahkan H 2 SO 4 atau NaOH. Kemudian data dibuat pH  versus  prosentase  dekolorisasi  untuk  memperoleh daerah pH optimum untuk mengelektrolisis sampel.

## Elektrodekolorisasi Limbah cair batik elektroda
PbO 2 /Cu
Larutan  sampel  limbah  sebanyak  50  mL  ditambah Na 2 SO 4 sebanyak  0,71  gram.  Absorbansi  awal  larutan tersebut  diukur  pada  panjang  gelombang  maksimum yang sudah ditentukan. Kemudian larutan dielektrolisis dengan  potensial  kerja,  waktu  minimum,  pH  dan  suhu optimum  yang  telah  dilakukan  sebelumnya.  Larutan hasil elektrolisis diukur kembali absorbansinya sehingga dapat  menentukan  nilai  prosentase  dekolorisasi  pada sampel.

## 3. Hasil Dan Pembahasan
Penelitian  elektrodekolorisasi  limbah  cair  batik  di Pekalongan dengan elektroda PbO 2 /Cu. Kondisi optimum dekolorisasi limbah batik ditentukan dengan memvariasikan  pH.  Hasil  akhir  elektrolisis  kemudian dianalisis  dengan  Spektrometer  UV-Vis  dan  ditentukan uji COD dan BOD.

## Penentuan Panjang Gelombang Sampel
Panjang  gelombang  dapat  terjadi  karena  adanya eksitasi  elektronik  yang  akan  memberikan  absorban maksimum [9].
Transisi-transisi  elektronik  akan  meningkatkan energi  molekuler  dari  keadaan  dasar  ke  tingkat  energi tereksitasi.  Hasil  pengukuran  panjang  gelombang maksimum  pada  sampel  yaitu  sekitar  291  nm.  Pada panjang gelombang maksimum ini kemudian digunakan untuk  pengukuran  absorbansi  sampel  sebelum  dan sesudah proses elektrolisis.
Gambar 1. Spektra UV-Vis sampel sebelum proses elektrolisis

## Penentuan Potensial Kerja
Penentuan  potensial  kerja  dilakukan  untuk mengetahui  kisaran  potensial  yang  diperlukan  untuk sampel  yang  akan  diolah  melalui  proses  elektrolisis berlangsung.  Hal  ini  dilakukan  dengan  memvariasi potensial pada sampel, sehingga menghasilkan arus yang besarnya berbeda-beda pada tiap masing-masing variasi potensial.  Data  yang  akan  diperoleh  berupa  arus  yang berubah  dengan  masing-masing  potensialnya  dan digambarkan  dalam  bentuk  kurva  potensial  terhadap arus (E vs I).
Pada tahapan ini dilakukan terhadap larutan blanko berupa akuades dan sampel yang keduanya sama-sama ditambahkan  Na2SO4  sebagai  elektrolit  pendukung dengan  tujuan  membantu  proses  transfer  elektron selama elektrolisis berlangsung dan menjaga daya hantar sistem agar selalu konstan.
Gambar 2. Kurva potensial dengan arus blanko dan sampel
Gambar  2  menunjukkan  rentang  potensial  kerja sekitar  2,2-5,8  volt  yang  didapatkan  dengan menentukan  titik  belok  pada  kurva.  Pada  potensial sampel  titik  beloknya  lebih  awal  dibandingkan  dengan sistem  pelarut.  Hal  itu  dikarenakan  energi  yang
dibutuhkan  untuk  mendegradasi  senyawa  organik  jauh lebih  kecil  daripada  potensial  yang  ditambahkan  pada sistem  pelarut.  Dari  kurva  tersebut  diperoleh  potensial kerja  yang  digunakan  sebesar  4,5  volt  dan  dijaga  tetap konstan selama proses elektrolisis pada sampel.

## Penentuan Waktu Elektrolisis Minimum
Variasi  waktu  dimulai  dari  0  dan  diukur  setiap  30 menit sampai 360 menit. Kemudian yang menjadi tolak ukur  dalam  keberhasilan  penentuan  waktu  elektrolisis dapat  dilihat  dari  absorbansinya.  Data  yang  didapat kemudian  dicatat  dan  digambarkan  melalui  kurva hubungan  antara  waktu  terhadap  absorbansi.  Kurva tersebut  memberikan  informasi  mengenai  lamanya waktu  minimum  terhadap  absorbansi  dan  persentase dekolorisasi pada sampel.
Gambar 3. Kurva waktu minimum dengan absorbansi dan persentase dekolorisasi pada sampel
Gambar  3  menjelaskan  bahwa  pada  menit  ke  360 hampir  sebagian  komponen  di  dalam  sampel  telah terdekolorisasi. Maka dari itu waktu minimum yang akan ditetapkan  dalam  proses  elektrodekolorisasi  sampel yakni 360 menit.

## Elektrodekolorisasi Limbah dengan Variasi pH
Penentuan  pH  optimum  dilakukan  dengan memvariasikan  pH  larutan  pada  voltase  dan  waktu elektrolisis  optimum serta  dengan memvariasi nilai  pH mulai  dari  1,  3,  5,  7,  9,  dan  12.  Data  yang  didapat kemudian  digambarkan  sebagai  kurva  pH  terhadap absorbansi  dan  persentase  dekolorisasi.  Kurva  pH tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva pH antara absorbansi dan persentase dekolorisasi pada sampel
Berdasarkan  kurva  di  atas  dapat  dilihat  bahwa persentase  dekolorisasi  limbah  zat  warna  mencapai kondisi  optimum  pada  pH  1  dengan  prosentase dekolorisasi sebesar 85,5%. Hal ini menunjukkan bahwa
degradasi zat warna limbah cair batik mencapai kondisi optimum  pada  pH  asam.  pH  larutan  mempengaruhi peningkatan proton H + yang dikontribusi oleh elektroda PbO 2 .
Peng dkk.  [10]  menemukan  hubungan  langsung antara kecepatan reaksi pada pH rendah dan peningkatan radikal OH melalui transfer elektron. Menurut Giwa dkk. [11]  elektrodekolorisasi  dilakukan  pada  ph  rendah dikarenakan  menghasilkan  proton  H + lebih  banyak sehingga  daya  hantar  listrik  larutan  sebagai  media transfer  elektron  cukup  meningkat  dan  proses pendegradasi senyawa organik pun semakin cepat.
Elektrodekolorisasi limbah cair batik dengan elektroda PbO 2 /Cu
Elektrodekolorisasi
dilakukan menggunakan elektroda PbO 2 /Cu dengan potensial kerja sebesar 4,5 V, waktu  elektrolisis  selama  360  menit  dan  pH  1  pada limbah cair industri batik Pekalongan. Proses ini terdiri dari 2 tahap yakni, analisa kualitatif dan kuantitatif.
Pada analisis kualitatif terjadi penurunan intensitas warna  setelah  elektrodekolorisasi berlangsung.  Larutan sampel yang semula berwarna coklat pekat menjadi tidak berwarna. Proses ini diakibatkan oleh reaksi PbO 2 dengan larutan  sampel.  Degradasi  disebabkan  produksi  radikal hidroksil yang berasal dari material elektroda PbO 2 yang bersifat semikonduktor [12].
Mengacu pada hasil kondisi terbaik pH 1 maka reaksi degradasi  senyawa  organik  secara  elektrodekolorisasi sangat dipengaruhi oleh kecepatan pembentukan radikal OH  yang  mempunyai  kemampuan  sebagai  oksidator. Radikal OH terbentuk berdasarkan reaksi antara lubang (hole) bermuatan positif pada PbO 2 .
Mekanisme reaksi yang diakibatkan interaksi antara PbO 2 dengan larutan sampel terhadap pendekolorisasian dapat dijelaskan sebagai berikut [13]:
PbO 2 [ ] + H 2 O → PbO 2 [OH•] + H + + e -
R + [OH•] → R + H + + e - R + H + + e- → CO 2 + CO + H 2 O
Penggunaan PbO 2 sebagai anoda  memberikan  hasil efektif pada proses elektrodekolorisasi, dengan R adalah substrat  organik  (mengandung  C,  H,  O  dan  lainnya). Produk  oksidasi  di  anoda  diperkirakan  berupa  H 2 O  dan CO 2 jika  reaksi  berlangsung  sempurna  serta  senyawa rantai  karbon  pendek  yang  tidak  lagi  menyerap  radiasi pada panjang gelombang visible.
Sedangkan pada  analisa  kuantitatif  yang dilakukan adalah  penentuan  prosentase  dekolorisasi,  kadar  COD dan  BOD.  Tidak  hanya  penurunan  warna  tetapi  setelah proses  elektrodekolorisasi  berlangsung  juga  terjadi penurunan  absorbansi.  Data  absorbansi  kemudian diplotkan dengan persentase dekolorisasi.
Hasil  yang  didapatkan  pada  absorbansi  sebelum proses sebesar 0,684 dan sesudah sekitar 0,099 sehingga persentase  dekolorisasi  mencapai  85,5%.  Kadar  COD mampu  diturunkan  hingga  80,7%  dan  BOD  sebesar 81,44%  dikarenakan  sebagian  besar  senyawa  organik
yang  terdapat  di  larutan  sampel  dapat  dipisahkan  dari limbah sehingga limbah hasil elektrolisis menjadi jernih.
Untuk mengindikasi zat warna telah terdekolorisasi dapat ditunjukkan dalam bentuk spektra UV-Vis sebelum dan  sesudah  proses  elektrolisis.  Pada  spektra  kualitatif sebelum  dielektrolisis  dengan  serapan  panjang gelombang  291  nm  menunjukkan  bahwa  bentuk  kurva masih  dipengaruhi  oleh  adanya  molekul  terkonjugasi pada sampel zat warna. Sedangkan pada spektra UV-Vis yang  telah  dielektrolisis  dengan  elektroda  PbO 2 /Cu menunjukkan  bahwa  terjadi  penurunan  puncak  pada sampel tersebut
Gambar 5. Spektra UV-Vis sampel air limbah sesudah proses elektrolisis
Dekolorisasi  zat  warna  diakibatkan  interaksi  PbO 2 dengan larutan sampel menghasilkan rantai karbon lebih pendek. Dapat disimpulkan bahwa penggunaan PbO 2 /Cu sebagai  elektroda  pada  proses  elektrodekolorisasi memberikan  hasil  yang  efektif  untuk  upaya  khusus pengolahan  terhadap  limbah  cair  yang  dibuang  dan diharapkan lebih aman terhadap lingkungan.

## 4. Kesimpulan
Elektrodekolorisasi limbah cair batik di pekalongan dengan  elektroda  PbO 2 /Cu  diperoleh  potensial  kerja sebesar 4,5 V, waktu minimum 360 menit dan optimum pH  1  dapat  menurunkan  intensitas  warna  yang  semula berwarna  coklat  menjadi  bening  dengan  prosentase dekolorisasi sebesar 85,5%, penurunan COD 80,7% dan BOD 81,44%.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Galih Widayanti, Didik Setiyo Widodo, Abdul Haris, Elektrodekolorisasi Perairan  Tercemar Limbah  Cair Industri  Batik  dan  Tekstil  di  Daerah  Batang  dan Pekalongan, Jurnal  Kimia  Sains dan  Aplikasi,  15,  2,
(2012) 62-69
[2]  S. Mondal, Methods of Dye Removal from Dye House Effluent — An Overview, Environmental Engineering Science, 25, 3, (2008) 383-396 http://dx.doi.org/10.1089/ees.2007.0049
[3]  Dae Gun Kim, Woo Yeol Kim, ChanYoung Yun, D Son, Duk  Chang,  HyungSuk  Bae,  YongHyun  Lee,  Young Sunwoo,  Ki  Ho  Hong,  Agro-industrial  wastewater
treatment  by  electrolysis  technology, Int.  J. Electrochem. Sci, 8, (2013) 9835-9850
[4] Milica Jović, Dalibor Stanković, Dragan Manojlović, Ivan  Anđelković,  Anđelija  Milić,  Biljana  Dojčinović, Goran Roglić, Study of the electrochemical oxidation of reactive textile dyes using platinum electrode, Int. J. Electrochem. Sci, 8, 1, (2013) 168-183
[5]  Xiaoyue  Duan,  Fang  Ma,  Zhongxin  Yuan,  Limin Chang, Xintong Jin, Electrochemical degradation of phenol  in  aqueous  solution  using  PbO 2 anode, Journal  of  the  Taiwan  Institute  of  Chemical Engineers, 44, 1, (2013) 95-102 http://dx.doi.org/10.1016/j.jtice.2012.08.009
[6]  WA  Kristianto,  Penggunaan  Timbal  Dioksida  dan Grafit untuk Elektrodekolorisasi Zat Warna Remazol Black  B  Penyusun  Limbah  Cair  Batik,  in,  Skripsi, 2008.
[7]  Asty  Dwi  Nirmasari,  Didik  Setiyo  Widodo,  Abdul Haris, Pengaruh pH terhadap Elektrodekolorisasi Zat Warna  Remazol  Black  B  dengan  Elektroda  PbO 2 ,
Kimia, Universitas Diponegoro, Semarang
[8]  Wiharti  Wiharti,  Riyanto  Riyanto,  Noor  Fitri,
Aplikasi Metode Elektrolisis Menggunakan
Elektroda Platina (Pt), Tembaga (Cu) Dan Karbon (C)
Untuk  Penurunan  Kadar  Cr  Dalam  Limbah  Cair Industri  Penyamakan  Kulit  Di  Desa  Sitimulyo, Piyungan,  Bantul,  Yogyakarta, IJCR  (Indonesian Journal of Chemical Research), 1, 1, (2016) 1-5
[9]  Douglas A Skoog, F James Holler, Stanley R Crouch, Principles  of  instrumental  analysis,  Cengage learning, 1994.
[10] Shuchuan Peng, Lili Zhao, Xixi Liu, Dong Chen, The oxidative degradation by pyrolusite of p-nitrophenol wastewater  after  micro-electrolysis  pretreatment, International  Journal  of  Engineering,  Science  and Technology, 2, 7, (2010)
[11]  A  Giwa,  PO  Nkeonye,  KA  Bello,  EG  Kolawole,  AO Campos, Solar photocatalytic degradation of reactive yellow  81  and  reactive  violet  1  in  aqueous  solution containing  semiconductor  oxides, International
Journal of Applied, 2, 4, (2012) 90-105
[12] José  M.  Aquino,  Romeu  C.  Rocha-Filho,  Nerilso Bocchi, Sonia R. Biaggio, Electrochemical degradation  of  the  Disperse  Orange  29  dye  on  a β - PbO 2 anode  assessed  by  the  response  surface methodology, Journal  of  Environmental  Chemical Engineering, 1, 4, (2013) 954-961
http://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2013.08.007
[13] Joana Ângelo, Luísa Andrade, Luís M. Madeira, Adélio Mendes, An overview of photocatalysis phenomena applied to NOx abatement, Journal of Environmental Management, 129, (2013) 522-539
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.08.006