ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 11 (2) (2008) : 34 – 37
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa

## Elektroremediasi Perairan Tercemar: Penggunaan Grafit pada Elektrodekolorisasi Larutan Remazol Black B
Didik Setiyo Widodo a* , Gunawan a , Wahyu Adi Kristanto a
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* 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: Electrodecolorization, electrolysis, black B remazol, graphite electrode, UV-Visible spectrometry Decolorization of dye solution -Remazol black B-has been done by electrolysis method (electrodecolorization) using graphite anode. Remazol black B is a reactive dye that is widely used in textile and batik industries. In the production process, these dyes can be wasted  into  the  environment  and  contaminate  the  waters,  so  efforts  are  needed  to improve  the  aquatic  environment.  The  electrochemical  approach  is  an  alternative method for solving dye-contaminated environmental problems such as Remazol black B. In this method, electrode material is an important factor in the success of the process. The  choice  of  graphite  as  an  electrode  is  done  by  considering  the  properties  of  this material in the electrolysis system, conductive, stable (inert) and easily obtained. This study aims to decolorize Remazol Black B dye by electrolysis approach using graphite electrode. This method was performed by electrolyzing a 50 mL remazol solution of B as much as 6.5 V for 120 min. After the electrolysis of the sample solution was analyzed by UV-Visible  spectrometer.  To  obtain  preliminary  data,  electrolysis  was  conducted  to sample solution with variation of application potential and electrolysis time variation up to 120 min. At that time variation, a flowing current recording is performed and the dye- density reduction test with UV-Visible Spectrometer. As a comparison and to obtain the working area there is also electrolysis of the solvent system (aquades containing excess Na 2 SO 4 ). The research data shows that electrolysis with the use of graphite as anode on electrodecolorization of Remazol Black B solution has succeeded in removing color with intensity  parameter  up  to  97.09%.  This  decrease  in  intensity  indicates  that  the decolorization of the Remazol Black B dye solution has taken place. Electrodecolorization is caused by the process of oxidative destruction (electrodestruction) Remazol Black B into  more  simple  molecules.  Electroconducted  products  are  expected  to  be  more environmentally friendly than contaminants prior to electrodecolorization, as indicated by the UV-Vis spectra of the solution after electrolysis.

## A b s t r a k
Kata kunci: elektrodekolorisasi, elektrolisis, remazol black B, elektroda grafit, spektrometri UV-Visibel Telah  dilakukan  penelitian  dekolorisasi  larutan  zat  warna  -Remazol  black  B-  dengan metode  elektrolisis  (elektrodekolorisasi)  menggunakan  anoda  grafit.  Remazol  black  B merupakan zat warna reaktif yang banyak digunakan pada industri tekstil dan batik. Pada proses produksi, zat warna ini dapat terbuang ke lingkungan dan mencemari perairan, sehingga  diperlukan  upaya  untuk  memperbaiki  lingkungan  perairan.  Pendekatan elektrokimia merupakan metode alternatif bagi upaya pemecahan masalah lingkungan yang  tercemar  zat  warna  seperti  Remazol  black  B.  Pada  metode  ini,  bahan  elektrode merupakan faktor penting pada keberhasilan proses. Pemilihan grafit sebagai elektrode dilakukan  dengan  mempertimbangkan  sifat  bahan  ini  dalam  sistem  elektrolisis, konduktif,  stabil  (inert)  dan  mudah  diperoleh.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk
mendekolorisasi  zat  warna  Remazol  Black  B  dengan  pendekatan  elektrolisis menggunakan  elektrode  grafit.  Metode  ini  dilakukan  dengan  mengelektrolisis  larutan remazol  black  B  sebanyak  50  mL  dengan  potensial  6,5  V  selama  120  menit.  Setelah elektrolisis  larutan  sampel  dianalisis  dengan  spektrometer  UV-Visibel.  Untuk memperoleh data awal,  elektrolisis dilakukan  terhadap  larutan  sampel  dengan  variasi potensial  aplikasi dan  variasi  waktu  elektrolisis  hingga 120 menit. Pada  variasi  waktu tersebut, dilakukan pencatatan arus yang mengalir dan pengujian tingkat pengurangan kepekatan zat warna dengan Spektrometer UV-Visibel. Sebagai pembanding dan untuk memperoleh daerah kerja dilakukan juga elektrolisis terhadap sistem pelarut (akuades yang  mengandung  Na 2 SO 4 berlebih).  Data  penelitian  menunjukkan  bahwa  elektrolisis dengan penggunaan grafit sebagai anoda pada elektrodekolorisasi larutan Remazol Black B  telah  berhasil  menghilangkan  warna  dengan  parameter  intensitas  hingga  97,09%. Penurunan  intensitas  ini  menujukkan  bahwa  dekolorisasi  larutan  zat  warna  Remazol Black  B  telah  berlangsung.  Elektrodekolorisasi  ini  disebabkan  oleh  proses  destruksi oksidatif  (elektrodestruksi)  Remazol  Black  B  menjadi  molekul-molekul  yang  lebih sederhana.  Produk  elekrodestruksi  diharapkan  lebih  ramah  terhadap  lingkungan dibandingkan bahan pencemar sebelum elektrodekolorisasi, sebagaimana diindikasikan dari spektra UV-Vis larutan setelah elektrolisis.

## 1. Pendahuluan
Limbah cair produksi batik mengandung zat warna yang  dapat  menyebabkan  pencemaran  lingkungan  jika dibuang  tanpa  pengolahan  sebelumnya,  sementara lingkungan  mempunyai  kemampuan  terbatas  untuk mendegradasi  zat  warna  tersebut.  Akibat  langsung adalah air menjadi tercemar (berwarna) dengan kualitas air  menjadi  semakin  buruk  dan  tidak  layak  sebagai  air bersih  sehingga  tidak  mampu  pendukung  sistem kehidupan perairan.
Zat  warna  merupakan  senyawa  organik  yang mengandung  gugus  kromofor  terkonjugasi.  Zat  warna golongan  reaktif  merupakan  zat  warna  yang  banyak digunakan untuk pewarnaan tekstil. Beberapa zat warna reaktif  yang  sering  digunakan  antara  lain Remazol Brilliant  Orange  3R,  Remazol  Golden  Yellow  RNL  dan Remazol Black B [1]. Zat warna reaktif sangat larut dalam air dan  tidak  terdegradasi  pada  kondisi aerob biasa  [2]. Dampak yang dapat ditimbulkan pada kesehatan antara lain adalah iritasi pada kulit dan sakit perut.
Metode pengolahan limbah cair baik secara biologi, kimia,  fisika,  maupun  kombinasi  antara  ketiga  proses tersebut  banyak  digunakan  untuk  mengolah  limbah serupa.  Beberapa  penelitian  penghilangan  warna  dan senyawa  organik  yang  ada  dalam  limbah  cair  industri batik  telah  banyak  dilakukan,  misalnya  dengan  cara kimia  antara  lain  degradasi  warna  dengan  reaksi oksidasi,  reaksi  anaerob  dan  reaksi  fotokatalisis  [3]. Secara  fisika  dengan  adsorpsi  menggunakan  karbon aktif, silika, dan biomaterial [4]. Pengolahan limbah cair dengan  proses  biologi  misalnya  dengan  menggunakan mikroorganisme  juga  banyak  diterapkan  untuk menurunkan  kandungan  senyawa  organik  di  dalam limbah cair industri [5].
Metode-metode  baru  penanganan  kasus  serupa terus  diteliti  dan  dikembangkan  untuk  meningkatkan efisiensi  dan  efektivitas  proses  remediasi  lingkungan perairan. Di antara pendekatan alternatif adalah dengan metode elektrolisis (proses elektrodekolorisasi),
sebagaimana  telah  dilaporkan  oleh  [6][7-11].  Beberapa yang telah dilaporkan menunjukkan bahwa pendekatan ini  memiliki  potensi  baik  dalam  upaya  penanganan limbah  cair  yang  mengandung  zat  warna,  baik  dari parameter  penurunan  kandungan  bahan  pencemar maupun  parameter  fisik  perairan.  Keunggulan  tersebut masih  dapat  ditingkatkan,  misalnya  dari  segi penggunaan  bahan-bahan  (reagen)  atau  pemilihan material elektrode.
Pemilihan  bahan  elektrode  dilakukan  untuk mendukung proses yang diinginkan dengan meningkatkan  kinerja  dalam  fungsi  elektrode  sebagai tempat  proses  oksidasi  atau  reduksi  berlangsung. Ketidaktersediaan  suatu  kutub  positif  (anode)  ideal dengan  stabilitas  dan  aktivitas  sempurna  merupakan suatu  masalah  yang  kritis  dalam  suatu  proses elektrooksidasi  air  limbah  yang  mengandung  zat organik.  Penggunaan  grafit  sebagai  anode  diharapkan dapat menjadi alternatif dan menjawab masalah di atas. Bahan  ini  memiliki  kekuatan  dan  ketahanan  fisik  yang baik  pada  kondisi  elektrolisis  biasa  (potensial  tidak terlalu  tinggi),  tidak  mengalami  pasivasi,  dan  dapat digunakan  dalam  waktu  yang  lama  pada  densitas  arus tinggi.  Penelitian-penelitian  berikutnya  memanfaatkan bahan  ini  untuk  berbagai  keperluan,  seperti  sebagai elektrode dalam oksidasi ion CN - , oksidasi asam sulfat, oksidasi  EDTA  dan  oksidasi  limbah  organik.  Fakta tersebut  menunjukkan  bahwa  grafit  (karbon)  dapat digunakan  sebagai  elektrode  yang  cukup  baik  untuk berbagai proses dan kondisi elektrolisis, dan penggunaan untuk  elektrolisis  larutan  zat  warna  dicobakan  untuk elektrolisis larutan artifisial di laboratorium.

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan untuk mendukung proses elektrolisis larutan Remazol Black B meliputi labu takar 25 mL dan 50 mL, gelas ukur 10 mL, batang pengaduk, erlenmeyer  250  mL,  gelas  beker  100  mL,  timbangan elektrik  (merk  KERN),  elektroanaliser,  multitester,
Spektrofotometer  UV-Vis  (Shimadzu).  Sel  elektrolisis terdiri  atas  wadah  gelas,  elektroda  karbon  yang dihubungkan dengan sumber pada alat elektroanaliser.
Bahan-bahan  yang  diperlukan  meliputi  Na 2 SO 4 serbuk , batang  karbon  dari  baterai, zat  warna remazol black B, dan akuades.

## Prosedur kerja
Penentuan  rentang  potensial  kerja  dan  potensial aplikasi. Larutan  sampel  sebanyak  50  mL  ditambah Na 2 SO 4 sebanyak  0,71  gram  kemudian  larutan dielektrolisis dengan memvariasi potensial aplikasi (1-15 volt). Arus yang mengalir dicatat tiap proses elekrolisis 3 menit. Perlakuan yang sama dilakukan terhadap larutan blanko,  kemudian  data  yang  didapat  dibuat  kurva  arus terhadap potensial.
Penentuan  waktu  elektrolisis  minimum.  Larutan sampel sebanyak 50 mL ditambah Na 2 SO 4 sebanyak 0,71 gram  kemudian  larutan  dielektrolisis  dengan  variasi waktu. Setiap 10 menit, absorbansi larutan sampel diukur pada  panjang  gelombang  maksimum  (595  nm). Elektrolisis  dihentikan  ketika  absorbansi  sampel mendekati/sama  dengan  nol  atau  nilai  absorbansi diperoleh tetap.
Elektrodekolorisasi  sampel. Sampel  zat  warna Remazol  Black  B  sebanyak  50  mL  ditambah  0,71  gram Na 2 SO 4 kemudian  absorbansi  larutan  diukur  dengan Spektrofotometer  UV-Vis  pada  panjang  gelombang maksimum,  kemudian  larutan  dielektrolisis  pada potensial  tetap  selama  120  menit.  Absorbansi  larutan hasil elektrolisis diukur kembali dengan Spektrofotometer UV-Vis.
Metode  analisis.  Analisis  kualitatif  meliputi pengamatan  warna  larutan  sampel  sebelum  elektrolisis dan  sesudah  elektrolisis,  dan  pengukuran  absorbansi dengan  Spektro-fotometer  UV-Vis.  Analisis  kuantitatif dilakukan dengan mengolah data pengukuran absorbansi pada panjang gelombang maksimum dengan spektrofotometer  UV-Vis  sebelum  dan  sesudah elektrolisis.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Upaya  pemulihan  lingkungan  perairan  tercemar pewarna  tekstil  (industri  tekstil  dan  batik)  diarahkan pada  dekolorisasi  zat  warna Remazol  black  B  dengan pendekatan  elektrolisis.  Pada  kajian  awal  media elektrolisis  adalah  akuades.  Kajian  ini  dimulai  dengan menentukan  potensial  kerja  yang  digunakan  untuk aplikasi  elektrolisis  pada  larutan  sampel  selama  waktu tertentu. Data penentuan potensial kerja ini ditampilkan pada  gambar  1  berikut.  Kurva  tersebut  memberikan informasi  tentang  ranah  elektroaktif  sistem  pelarut berair  pada  pH  tertentu. Sistem  ini  terdiri atas  akuades dan elektrolit pendukung, Na 2 SO 4 . Rentang potensial ini menggambarkan  tingkat  energi  yang  setara  dengan energi  yang  diperlukan  untuk  berlangsungnya  proses transfer  elektron. Besar  dan  lebar rentang  potensial  ini bersifat  khusus  untuk  setiap  pelarut  dan  dalam
penerapannya  bergantung  pula  pada  komposisi  sistem elektrolit  pendukung  dan  sifat  alami  elektroda  kerja karbon.  Sistem  elektrolisis  dengan  elektroda  karbon- karbon  diperoleh  rentang  potensial  0-7,10  volt (sebagaimana diindikasikan oleh posisi titik belok kurva pada  gambar  1,  kurva  blanko).  Rentang  potensial  ini memberikan  batas  terbesar  pemberian  potensial  pada tahap elektrolisis selanjutnya. Potensial aplikasi sebagai potensial kerja minimal diperoleh sebesar 4,24 volt dan selanjutnya  potensial  aplikasi  untuk  elektroda  karbon- karbon ditetapkan sebesar 6,5 volt.
Gambar 1. Kurva hubungan antara arus dan potensial pada elektrolisis larutan sampel dan blanko
Elektrolisis  sampel remazol  black B  pada  potensial terkontrol  6,5  V  dengan  variasi  waktu  diperoleh  waktu minimal  proses  ini  adalah  60  menit.  Peyimpulan  ini didasarkan pada data pengukuran sebagaimana disajikan pada gambar 2.
Gambar 2. Kurva hubungan antara waktu dan penurunan absorbansi larutan setelah elektrolisis sampel 50 mL Remazol black B 50 ppm dengan elektroda karbon-karbon pada potensial 6,5 volt: a) dalam satuan absorbansi b) dalam persen
Dari  kurva  tersebut  didapat  informasi  bahwa penggunaan  karbon  sebagai  anoda  memerlukan  waktu minimal  60  menit  untuk  dekolorisasi  50  mL  larutan sampel  50  ppm  sampai  tingkat  95,11  %.  Gambar  2 menunjukkan bahwa  pada akhir  elektrolisis  selama 120 menit,  persentase  penurunan absorbansi  sebesar  97,09 % telah dicapai. Penurunan absorbansi pada penggunaan karbon  sebagai  anoda  menyebabkan  kandungan  sistem
0 0,3 0,6 0,9 0 3 6 9 12 15 Potensial (V) A ru s ( A ) blanko sampel 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0 20 40 60 80 100 120 Waktu (menit) A bs or ban si 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60
80 100 120 140 Waktu (menit) Pe nu ru na n ab so rb an si (%)
benzena  pada  sampel  terkurangi  secara  signifikan (terdegradasi),  gugus-gugus  pengkontribusi  warna  zat juga  telah  hilang,  sebagaimana  diindikasikan  pada pembadingan  spektra  UV-Vis  pada  gambar  3  dan  4 berikut.
Gambar 3. Spektra UV-Vis sampel remazol black B sebelum dielektrolisis
Gambar 4. Spektra UV-Vis sampel remazol black B sesudah dielektrolisis selama 120 menit dengan elektroda karbon-karbon
Hasil  elektrodekolorisasi  diperkirakan  adalah molekul-molekul  yang  lebih  sederhana  sehingga  lebih aman  berada  di  lingkungan  perairan  daripada keberadaan  zat  warna.  Induksi  di  atas  didasarkan  pada spektra  gambar  4  dibandingkan  dengan  spektra  pada gambar  3,  sebelumnya.  Pada  gambar  4  tidak tampak/muncul  lagi  adanya  puncak  gugus  penyerap radiasi  pada  seluruh  panjang  gelombang  UV  hingga visible.  Spektra  ini  mengarahkan  pada  kondisi elektrolisis  sempurna  sehingga  diperkirakan  reaksi oksidasi  yang  juga  telah  berlangsung  sempurna.  Kajian teoritis  bahwa  proses  oksidasi  sempurna  senyawaan organik  akan  menyisakan  H 2 O  dan  CO 2 ,  dan  molekul- molekul  sederhana  lain  yang  bergantung  pada kandungan substrat organik tersebut. Untuk prasaran ini masih  memerlukan  kajian  pembuktian  dan  analisis lanjutan terhadap larutan setelah dielektrolisis.

## 4. Kesimpulan
Larutan  zat  warna remazol  black  B  dapat didekolorisasi  dengan  baik  dengan  metode  elektrolisis menggunakan elektroda karbon. Pada temperatur kamar, elektrodekolorisasi  50  mL  sampel remazol  black  B  50 ppm  dengan  anoda  dan  katoda  karbon  menghasilkan persen dekolorisasi sebesar 97,09%.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  M. Catanho, G.R.P. Malpass, A.d.J. Motheo, Avaliação dos  tratamentos  eletroquímico  e  fotoeletroquímico na degradação de corantes têxteis, Química Nova, 29 (2006) 983-989.
[2]  M.I.  Beydilli,  S.G.  Pavlostathis,  W.C.  Tincher, Biological decolorization of the azo dye reactive red 2  under  various  oxidation – reduction  conditions,
Water Environment Research, 72 (2000) 698-705.
[3]  M.  Rashed,  A.  El-Amin,  Photocatalytic  degradation of  methyl  orange  in  aqueous  TiO2  under  different solar  irradiation  sources,  International  Journal  of Physical Sciences, 2 (2007) 73-81.
[4]  S. Mondal, Methods of Dye Removal from Dye House Effluent — An Overview, Environmental Engineering Science, 25 (2008) 383-396.
[5]  M.A.  Mazmanci,  A.  Ünyayar,  Decolourisation  of Reactive  Black  5  by  Funalia  trogii  immobilised  on Luffa  cylindrica  sponge,  Process  Biochemistry,  40 (2005) 337-342.
[6]  L.  Szpyrkowicz,  C.  Juzzolino,  S.N.  Kaul,  A Comparative study on oxidation of disperse dyes by electrochemical  process,  ozone,  hypochlorite  and fenton  reagent,  Water  Research,  35  (2001)  2129- 2136.
[7]  A.  Roessler,  O.  Dossenbach,  U.  Meyer,  W.  Marte,  P. Rys,  Direct  Electrochemical  Reduction  of  Indigo, CHIMIA  International  Journal  for  Chemistry,  55 (2001) 879-882.
[8]  P.A.  Carneiro,  C.S.  Fugivara,  R.F.P.  Nogueira,  N. Boralle,  M.V.B.  Zanon,  A  Comparative  Study  on Chemical  and  Electrochemical  Degradation  of Reactive  Blue  4  Dye,  Portugaliae  Electrochimica Acta, 21 (2003) 49-67.
[9]  M. Esteves, J.D. Silva, Electrochemical degradation of reactive blue 19 dye in textile wastewater, (2004).
[10] C.A.  Martinez-Huitle,  S.  Ferro,  Electrochemical oxidation  of  organic  pollutants  for  the  wastewater treatment:  direct  and  indirect  processes,  Chemical Society Reviews, 35 (2006) 1324-1340.
[11]  V.K.  Gupta,  R.  Jain,  S.  Varshney,  Electrochemical removal  of  the  hazardous  dye  Reactofix  Red  3  BFN from  industrial  effluents,  Journal  of  Colloid  and Interface Science, 312 (2007) 292-296.