OPTIMASI KONDISI PROSES ELEKTROKOAGULASI ION LOGAM TEMBAGA (II) DALAM LIMBAH CAIR ELEKTROPLATING TUGAS AKHIR SKRIPSI

Transkripsi

1 OPTIMASI KONDISI PROSES ELEKTROKOAGULASI ION LOGAM TEMBAGA (II) DALAM LIMBAH CAIR ELEKTROPLATING TUGAS AKHIR SKRIPSI Diajukan kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains Oleh: Ferdinand Dos Santos NIM PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2017 i

2 OPTIMASI KONDISI PROSES ELEKTROKOAGULASI ION LOGAM TEMBAGA (II) DALAM LIMBAH CAIR ELEKTROPLATING Oleh: Ferdinand Dos Santos NIM ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui kondisi optimum proses elektrokoagulasi untuk mengurangi kadar ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating. Subjek pada penelitian ini adalah ion logam tembaga (II). Objek penelitian adalah persen efisiensi proses elektrokoagulasi terhadap pengurangan kadar ion logam tembaga (II) pada limbah cair elektroplating. Karakterisasi sifat limbah cair elektorplating dengan melihat sifat fisika limbah dan pengukuran beberapa kadar logam dilakukan dengan AAS. Optimasi kombinasi elektroda dilakukan dengan variasi Fe-Fe, Al-Fe, Fe-Al, Al-Al sebagai katoda-anoda. Optimasi waktu dilakukan dengan variasi 30; 60; 90; dan 120 menit. Optimasi ph dilakukan dengan vaiasi ph inisial limbah, 4; 8; 10; 10,5 dengan menambahkan NH3 2 M tetes demi tetes. Optimasi rapat arus dilakukan dengan variasi 1,25; 3,75; 6,25; 8,75 ma/cm 2. Kondisi optimum ditunjukkan dengan nilai persen efisiensi paling besar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakter limbah cair elektroplating sebelum proses elektrokoagulasi adalah tidak berbau, berwarna biru, ph sekitar 2,5, dan logam Cd, Pb, Zn, Cu melebihi ambang batas yaitu 0,01; 0,1; 1; 0,5 mg/l secara berturut-turut yang diatur dalam Standar Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Pelapisan Logam Peraturan Gubernur Provinsi DIY No:7 Tahun Kombinasi elektroda optimum adalah Al-Fe; waktu elektrokoagulasi optimum adalah 120; ph optimum adalah 8; dan rapat arus optimum adalah 1,25 ma/cm 2. Kata kunci : AAS, elektrokoagulasi, elektroda, waktu, ph, rapat arus. ii

3 OPTIMIZATION OF THE ELECTROCOAGULATION PROCESS CONDITION OF COPPER (II) METAL ION FROM ELECTROPLATING WASTEWATER By: Ferdinand Dos Santos NIM ABSTRACT The purpose of this research is to examine the optimum condition of electrocoagulation process for copper (II) metal ion removal from electroplating wastewater. The subject of this research was copper (II) metal ion. The object was the electrocoagulation percent efficiency to copper (II) metal ion removal in the electroplating wastewater. The characterization of the electroplating wastewater was characterized by means observed the physic properties and several metals level was measured with AAS. The optimization of the electrode combination was treated by Fe-Fe, Al-Fe, Fe-Al, and Al-Al as cathode-anode variation. The optimization of electrocoagulation time was treated by 30, 60, 90, 120 minutes variation. The ph optimization was treated under initial, 4, 8, 10, 10,5 ph value by adjusting the ph using 2 M NH3. Current Density was treated with the variation of 1.25; 3.75; 6.25; 8.75 ma/cm 2. The optimum conditions were shown by the maximum percent efficiency. The results of this research are shown that the properties of the electroplating wastewater before electrocoagulation treatment for the physics aspect is odorless and blue colored with ph 2,5. Cadmium, Pb, Zn, Cu exceed the threshold of 0.01; 0.1; 1; 0.5 mg/l respectively which is regulated in Wastewater Quality Standards for Metal Coating Industry Regulation of the Provincial Governor of DIY No: 7 of The optimum combination of the electrodes is Al- Fe. The time optimum are 120 minutes. The ph optimum is 8. The current density optimum is 1.25 ma/cm 2. Keywords: AAS, electrocoagulation, electrode, time, ph, current density. iii

4 HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir Skripsi dengan Judul Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Tembaga (II) dalam Limbah Cair Elektroplating Disusun oleh: Ferdinand Dos Santos NIM Telah memenuhi syarat dan disetujui oleh Dosen Pembimbing untuk dilaksanakan Ujian Tugas Akhir Skripsi bagi yang bersangkutan. Yogyakarta, 31 Maret 2017 Mengetahui, Ketua Program Studi Disetujui, Dosen Pembimbing Drs. Jaslin Ikhsan, M.App. Sc., Ph.D NIP Siti Marwati, M.Si NIP iv

5 HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir Skripsi Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Tembaga (II) dalam Limbah Cair Elektroplating Disusun oleh: Ferdinand Dos Santos NIM Telah dipertahankan di depan Tim Penguji Tugas Akhir Skripsi Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Pada tanggal 12 Juli 2017 TIM PENGUJI Nama/ Jabatan Tanda Tangan Tanggal Siti Marwati, M.Si Ketua Penguji I Made Sukarna, M.Si Penguji Utama Erfan Priyambodo, M.Si Penguji Pendamping Yogyakarta, 12 Juli 2017 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Dekan, Dr. Hartono, M.Si NIP v

6 HALAMAN PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Ferdinand Dos Santos NIM : Program Studi Fakultas : Kimia : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Judul TAS :Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Tembaga (II) dalam Limbah Cair Elektroplating. menyatakan bahwa skripsi ini benar-benar karya saya sendiri di bawah tema penelitian payung dosen atas nama Siti Marwati, M.Si dan Regina Tutik Padmaningrum, M.Si Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam tahun 2016 yang berjudul Model Pengolahan Limbah Cair Elektroplating secara Elektrokoagulasi sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali sebagai acuan kutipan dengan mengikuti tata penulisan karya ilmiah yang telah lazim. Tanda tangan dosen penguji yang tertera dalam halaman pengesahan adalah asli, jika tidak asli, saya siap menerima sanksi ditunda yudisium pada periode berikutnya. Yogyakarta, 12 Juli 2017 Yang menyatakan, Ferdinand Dos Santos NIM vi

7 MOTTO Ketika kita sudah berjuang namun gagal, percayalah bahwa ada orang lain yang telah berjuang lebih keras dari kita dan dia pantas mendapatkannya. Hidup itu yang penting berjuang dan berdoa. vii

8 HALAMAN PERSEMBAHAN Kupersembahkan skripsi ini kepada: 1. Kedua orangtua saya Dominggus Da Santos dan Partilah yang telah memberikan kepercayaan kepada saya untuk bisa terus melanjutkan studi sampai tingkat universitas. 2. Kedua adik saya Dimas Sanjaya dan Cornellia Emi Care yang menjadi alasan kenapa saya harus sukses. Terima Kasih kepada: 1. Semua anggota keluarga besar Mujiharjo tanpa terkecuali terutama mbok tuo, pak tuo, mbak Tri, mbak Titin, mas Tyo, mas Yono, dan Selfi yang selalu membantu dalam kehidupan sehari-hari selama kuliah di Jogja. 2. Ibu Siti Marwati, M.Si dan Ibu Regina Tutik Padmaningrum, M.Si yang telah mempercayai saya sebagai bagian dari penelitian ini. 3. Partner penelitian yang superb (Risanto Wibowo, Enny Dwi Cahyanti, Resti Syara Ronita) yang tanpa mereka mungkin penelitian ini tidak bisa berjalan mulus. 4. Pejuang Hunger Games Kimia E viii

9 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat karena atas berkat rahmat dan karunia-nya, Tugas Akhir Skripsi dalam rangka untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains dengan judul Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Tembaga (II) dalam Limbah Cair Elektroplating dapat disusun sesuai dengan harapan. Tugas akhir skripsi ini dapat diselesaikan tidak lepas dari bantuan dan kerjasama dengan pihak lain. Berkenaan dengan hal tersebut, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada yang terhormat: 1. Ibu Siti Marwati, M.Si selaku Dosen Pembimbing TAS serta Ketua Tim Penelitian yang telah mempercayai saya sebagai mahasiswa bimbingannya dan banyak memberikan semangat, dorongan, serta bimbingan dalam penelitian terutama selama penyusunan Tugas Akhir Skripsi ini. 2. Ibu Regina Tutik Padmaningrum, M.Si sebagai anggota tim penelitian Ibu Siti Marwati, M.Si yang juga telah mempercayai saya untuk ikut andil dalam penelitian serta bimbingan selama masa kuliah dan penelitian. 3. Bapak Prof. K.H. Sugiyarto yang telah mempercayai kemampuan saya dan mendorong saya agar mencoba belajar di universitas di Thailand. 4. Ibu Prof. Endang Widjajanti yang selama masa kuliah saya kerap membantu dalam permasalahan perkuliahan hingga motivasi-motivasi yang beliau berikan. 5. Bapak Jaslin Ikhsan, Ph. D selaku Ketua Jurusan Pendidikan Kimia. 6. Ibu Dr. Sri Handayani sebagai Penasehat Akademik saya selama kuliah 4 tahun. ix

10 7. Bapak I Made Sukarna, M.Si dan Bapak Erfan Priyambodo, M.Si selaku dewan penguji sidang skripsi yang telah bersedia menguji serta memberikan masukan kepada saya selama sidang dan penyusunan skripsi. 8. Bapak Dr. Hartono, M.Si selaku Dekan Fakultas MIPA yang memberikan persetujuan pelaksanaan Tugas Akhir Skripsi. 9. Seluruh Dosen, Staf, dan Laboran Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY yang telah banyak membantu selama perkuliahan dan penelitian. 10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Akhirnya, semoga segala bantuan yang telah diberikan semua pihak di atas menjadi amalan yang bermanfaat dan mendapatkan balasan dari Tuhan Yang Maha Esa. Harapannya Tugas Akhir Skripsi ini menjadi informasi bermanfaat bagi pembaca atau pihak lain yang membutuhkannya. Yogyakarta, 12 Juli 2017 Ferdinand Dos Santos x

11 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i ABSTRAK... ii ABSTRACT... iii HALAMAN PERSETUJUAN... iv HALAMAN PENGESAHAN... v HALAMAN PERNYATAAN... vi MOTTO... vii HALAMAN PERSEMBAHAN... viii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Identifikasi Masalah... 4 C. Batasan Masalah... 5 D. Rumusan Masalah... 6 E. Tujuan Penelitian... 6 F. Manfaat Penelitian... 7 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Deskripsi Teori Limbah Cair Elektroplating Elektrokoagulasi Mekanisme Elektrokoagulasi Mekanisme Destabilisasi Koloid Parameter Perlakuan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) B. Penelitian yang Relevan C. Kerangka Berpikir BAB III METODE PENELITIAN A. Subjek dan Objek Penelitian B. Variabel Penelitian C. Instrumen Penelitian D. Skema Rangkaian Alat Penelitian E. Prosedur Penelitian F. Teknik Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakterisasi Limbah Cair Elektroplating B. Optimasi Kombinasi Elektroda xi

12 C. Optimasi Waktu Elektrokoagulasi D. Optimasi ph E. Optimasi Rapat Arus BAB V KESIMPULAN DAN SARAN G. Kesimpulan H. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Baku Mutu Air Limbah... 9 Tabel 2. Penelitian Relevan Elektrokoagulasi Ion Logam Tembaga (II) xiii

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Reaksi Selama Proses Elektrokoagulasi Gambar 2. Grafik Hubungan Konsentrasi dengan Absorbansi Gambar 3. Skema AAS Gambar 4. Reaksi Ion Fe 2+ Terhidrat dengan Amonia Gambar 5. Reaksi Ion Fe 3+ Terhidrat dengan Amonia xiv

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Perhitungan untuk Mengatur Rapat Arus Lampiran 2. Diagram Alir Proses Penelitian Lampiran 3. Penentuan Persen Efisiensi Elektrokoagulasi terhadap Penurunan... Ion Logam Tembaga (II) xv

16 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Limbah cair elektroplating dari industri perak di Kotagede, Yogyakarta, mengandung banyak logam berat seperti Ag +, Hg2 2+, Pb 2+, Hg 2+, Bi 3+, Cu 2+, Co 2+, Al 3+, Cr 3+, Fe 2+, Mn 2+, Ni 2+, dan Zn 2+ (Marwati, 2008). Limbah cair elektroplating yang dibuang langsung ke saluran pembuangan tanpa diolah terlebih dahulu tentunya akan menyebabkan pencemaran. Air bersih yang tercemar limbah cair elektroplating tentunya akan membahayakan kesehatan jika terdapat dalam air sumur yang akan digunakan untuk kebutuhan sehari-hari. Dampak dari pencemaran logam tersebut bermacam-macam, sebagai contoh jika seseorang terpapar Cu melebihi ambang batas maka kelebihan Cu dalam tubuh dapat menyebabkan gangguan perut, mual-mual, dan jika dibiarkan terus dapat merusak organ hati dan ginjal (ATSDR, 2004). Oleh karena itu, pengolahan limbah cair elektroplating ini perlu dilakukan agar tidak mencemari lingkungan. Pengolahan limbah cair elektroplating di Kotagede sudah banyak dilakukan dan contohnya seperti presipitasi dengan hidroksida, sulfida, dan karbonat dari beberapa agen presipitasi (Naim, 2010). Contoh lainnya adalah pemanfaatan limbah cair elektroplating sebagai bahan pelapis logam dengan metode recovery atau dengan teknik elektrolisis yaitu dengan mengaliri listrik melalui elektroda (Marwati, 2009). Metode presipitasi dengan bahan kimia dalam pengolahan limbah cair elektroplating memiliki keunggulan dalam hal kemudahan dengan kadar penurunan yang tinggi namun metode ini memerlukan dosis agen presipitasi yang tinggi sehingga menghasilkan endapan (sludge) yang banyak dan dikhawatirkan 1

17 terdapat ion logam yang tidak terpresipitasi karena tertutup lumpur (sludge). Lumpur ini perlu ditangani agar tidak mencemari lingkungan kembali. Metode lain dalam pengolahan limbah cair elektroplating yang sudah dilakukan adalah metode recovery atau pemanfaatan ion logam dari limbah cair elektroplating yang dilakukan secara elektrolisis. Metode ini cukup efektif dalam mengolah limbah cair elektroplating karena limbah cair ini masih mengandung ion logam yang dapat digunakan sebagai bahan pelapis. Selain itu, metode ini mudah serta murah. Dalam pengolahan limbah cair elektroplating dengan metode recovery terjadi kenaikan kadar beberapa ion logam yang berarti masih perlu dikembangkan dan dari segi hasil masih belum optimal seperti lapisan yang tidak merata dan terdapat noda-noda pada logam (Marwati, 2009). Oleh karena, itu perlu dilakukan pengembangan atau metode lain agar pemanfaatan limbah cair elektroplating dapat maksimal. Pada penelitian ini kami memilih suatu metode baru yaitu metode elektrokoagulasi. Elektrokoagulasi merupakan suatu proses koagulasi dengan menggunakan arus listrik searah melalui elektroda ke dalam limbah. Menurut Prayitno dan Endro dalam (Marwati, 2009), elektrokoagulasi merupakan gabungan dari elektrolisis dan flokulasi-koagulasi dimana metode ini merupakan metode yang dilakukan tanpa tambahan reagen sehingga tidak akan terbentuk spesies lain atau baru yang dapat menimbulkan pencemaran (Hanum, 2015). Selain mudah dan murah karena menggunakan listrik dengan daya yang kecil, hasil koagulasi (flok) yang masih mengandung ion logam berat dapat dimanfaatkan sebagai campuran oksida dengan proses kalsinasi yang mana campuran oksida dari proses 2

18 elektrokoagulasi ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan gelasir keramik (Marwati, 2009). Faktor-faktor yang mempengaruhi proses elektrokoagulasi ion logam dalam limbah cair elektroplating antara lain adalah material pada elektroda, ph larutan, rapat arus, waktu treatment, potensial elektroda, konsentrasi polutan, konsentrasi anion, suhu, dan beberapa parameter lain seperti jarak antar elektroda (Vepsäläinen, 2012). Dengan demikian, perlu dilakukan optimasi beberapa parameter agar elektrokoagulasi ion logam tersebut dapat dilakukan dengan optimum. Pengkondisian parameter ini diharapkan bahwa ion logam berat yang terkoagulasi dapat maksimum sehingga kadar ion logam berat dalam limbah cair elektroplating dapat dikurangi. Selain itu, flok yang terbentuk dalam jumlah maksimum dan flok tersebut dapat digunakan lebih lanjut. Jenis elektroda yang digunakan dalam elektrokoagulasi biasanya adalah besi dan atau alumunium. Kombinasi elektroda optimum untuk pengurangan ion logam tembaga (II) yang didapatkan Heidman (2010) adalah Fe-Al sebagai katoda-anoda, dengan ph optimum lebih dari 5. Akbal (2011) juga meneliti efek dari kombinasi elektroda, ph, dan rapat arus. Pada penelitian Akbal (2011) didapatkan hasil yaitu Fe-Fe dan Al-Fe sebagai kombinasi elektroda optimum, ph 9, dan rapat arus sebesar 10 ma/cm 2. Tezcan (2015) mengidentifikasi limbah simulasi menggunakan elektroda Fe untuk mengetahui efek ph, waktu elektrokoagulasi, serta rapat arus dan didapatkan ph 7 sebagai ph optimum dengan waktu elektrokoagulasi selama 90 menit serta rapat arus sebesar 30 ma/cm 2. Penelitian yang dilakukan Heidman (2010) dan Akbal (2011) menggunakan jenis limbah yang sama, yaitu limbah dari 3

19 proses elektroplating logam atau dari limbah galvanic yang mengandung logam Ni, Cu, dan Cr, sedangkan penelitian Tezcan (2015) menggunakan limbah simulasi yang terdiri dari Cd, Ni, Cu. Limbah yang digunakan oleh para peneliti tersebut dapat dikatakan berjenis sama yaitu limbah dari hasil elektroplating logam namun kondisi optimum tiap penelitian berbeda karena limbah yang diteliti memiliki kandungan yang berbeda-beda. Limbah cair elektroplating di Kotagede, Yogyakarta, selain mengandung banyak logam berat seperti Cd, Cr, Pb, Cu, Zn, limbah cair elektroplating di Kotagede juga mengandung anion-anion seperti Cl -, SO4 2-, NO3 -, No2 -, CN -, dan F -. Oleh karena itu, optimasi kondisi elektrokoagulasi limbah cair elektroplating dalam penelitian ini perlu dilakukan. B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah di atas maka dapat diidentifikasikan masalah sebagai berikut: 1. Banyaknya Industri kerajinan perak (industri elektroplating) yang membuang limbahnya ke saluran pembuangan tanpa pengolahan terlebih dahulu. 2. Limbah cair elektroplating yang mengandung banyak ion logam berat berbahaya bagi kesehatan sehingga perlu diolah terlebih dahulu. 3. Terdapat berbagai macam cara pengolahan limbah cair elektroplating namun masih menghasilkan hasil pengolahan yang belum efektif. 4. Elektrokoagulasi memiliki berbagai parameter dalam pengolahannya dan dibutuhkan kondisi yang optimum dalam pengolahannya. 5. Variasi kombinasi elektroda berpengaruh terhadap proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II). 4

20 6. Variasi waktu elektrokoagulasi berpengaruh terhadap proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II). 7. Variasi ph berpengaruh terhadap proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II). 8. Variasi rapat arus berpengaruh terhadap proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II). C. Batasan Masalah 1. Limbah yang digunakan sebagai sampel penelitian ini adalah limbah cair elektroplating dari pengrajin perak di Kotagede, Yogyakarta. 2. Ion logam berat yang akan dianalisis adalah ion logam tembaga (II) 3. Proses Elektrokoagulasi dilakukan dengan sistem batch atau reaktor 1 bejana. 4. Parameter yang dioptimasi yaitu kombinasi elektroda, ph, rapat arus, dan waktu. 5. Kombinasi eletkroda yang akan dipelajari berupa kombinasi katoda-anoda dari pelat elektroda Al dan Fe dengan kombinasi Al-Fe, Fe-Fe, Fe-Al, Al-Al (katoda-anoda). 6. Variasi waktu elektrokoagulasi yang dipelajari adalah 30, 60, 90, 120 menit. 7. Variasi ph yang akan dipelajari adalah ph awal limbah, 4, 8, 10, 10,5. 8. Variasi rapat arus yang akan dipelajari adalah 1,25; 3,75; 6,25; 8,75 ma/cm Kondisi optimum elektrokoagulasi adalah kondisi yang memiliki persen efisiensi maksimal. 5

21 D. Rumusan Masalah Berdasarkan uraian dari latar belakang dan batasan masalah di atas maka rumusan masalah adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana karakter limbah cair elektroplating dari industri perak di Kotagede sebelum proses elektrokoagulasi? 2. Bagaimana kombinasi elektroda optimum pada proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? 3. Berapa waktu optimum pada proses elektrokoogulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? 4. Berapa ph optimum pada proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? 5. Berapa rapat arus optimum pada proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? E. Tujuan Penelitian 1. Mengetahui karakter limbah cair elektroplating dari industri perak di Kotagede sebelum proses elektrokoagulasi? 2. Mengetahui kombinasi elektroda optimum pada proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? 3. Mengetahui waktu optimum pada proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? 4. Mengetahui ph optimum pada proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? 6

22 5. Mengetahui rapat arus pada proses elektrokoagulasi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating? F. Manfaat Penelitian 1. Manfaat Teoritis a. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan untuk pengembangan metode elektrokoagulasi dalam pengolahan air limbah, terutama limbah cair elektroplating. b. Penelitian ini diharapkan memiliki kontribusi dalam bidang kimia terutama kimia lingkungan. 2. Manfaat Praktis a. Penelitian ini memberikan pengalaman bekerja di laboratorium dan lapangan, melatih menganalisis data, dan melatih keahlian laboratorium bagi peneliti. b. Dapat menjadi refrensi pustaka bagi penelitian-penelitian lainnya terkait pengolahan ion logam tembaga (II) dalam limbah elektroplating. 3. Manfaat bagi Masyarakat a. Penelitian ini telah memberikan model yang optimum dalam pengolahan limbah cair elektroplating bagi para pengrajin perak di Kotagede untuk mengatasi persoalan pembuangan limbah. b. Penelitian ini diharapkan mampu mengurangi ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating yang mencemari air bersih di lingkungan sekitar. 7

23 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Deskripsi Teori 1. Limbah Cair Elektroplating Limbah cair elektroplating berasal dari pencucian, pembersihan dan proses elektroplating. Bak elektroplating merupakan sumber limbah utama yang mengandung Cu, Ni, Ag, Zn, Cr, Cd, Sn, Fe, Pb, amonia dan anion seperti ion sianida, fosfat, klorida, sulfida, sulfat, nitrat dan lain-lain (Husain, 2014). Limbah cair elektroplating dari industri perak di Kotagede,Yogyakarta, mengandung banyak logam berat seperti Ag +, Hg2 2+, Pb 2+, Hg 2+, Bi 3+, Cu 2+, Co 2+, Al 3+, Cr 3+, Fe 2+, Mn 2+, Ni 2+, dan Zn 2+ (Marwati, 2008). Pengrajin perak menggunakan larutan elektrolit untuk menjaga mutu dan penampilan produk. Larutan elektrolit ini selalu diganti setiap dua minggu yang menyebabkan bertambahnya limbah. Larutan yang digunakan mengandung bahan kimia berbahaya dan beracun (Marwati, 2008). Polutan dalam limbah cair biasanya berbentuk partikel koloid yang tidak mudah dihilangkan dengan pemisahan sejenis penyaringan sedimen atau flotasi karena polutan dalam bentuk ini stabil dalam air. Partikel ini memiliki sifat khusus akibat dari ukurannya yang kecil dan luas permukaan yang besar (Vepsäläinen, 2012:14). Limbah elektroplating atau pelapisan logam diatur dalam Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2014 Tentang Baku Mutu Air Limbah yang disajikan pada Tabel 1. 8

24 Parameter Tabel 1. Baku Mutu Air Limbah Kadar Paling Tinggi Pelapisan Logam (mg/l) Bahan Paling Tinggi Pelapisan Logam (gr/m 2 ) Kadar Paling Tinggi Galvanisasi (mg/l) Beban Paling Tinggi Galvanisasi (gr/m 2 ) TSS 20 0,4 20 0,04 Cu 0,5 0,01 0,5 0,001 Zn 1,0 0,02 1,0 0,0005 Cr 6+ 0,1 0, Cr 0,5 0, Cd 0,05 0,001 0,05 0,0001 Pb 0,1 0,002 0,1 0,0002 Ni 1,0 0,02 1,0 0,002 CN 0,2 0,004 0,2 0,0004 Ag 0,5 0,001 0,5 0,001 ph Kuantitas air limbah paling tinggi 20 L per m 2 produk pelapisan logam 2 L per m 2 produk pelapisan logam Tabel 1 diambil dari menunjukkan bahwa kadar tembaga paling tinggi dalam limbah industri pelapisan logam adalah 0,5 mg/l. Kadar tembaga dalam penelitian Marwati (2008) pada 5 sampel yang berbeda secara berturut-turut adalah 0,754 ppm, 1,224 ppm, 1,472 ppm, 1,264 ppm dan 1,278 ppm kemudian kadar ion logam tembaga (II) dalam penelitian ini yaitu 11, 3455 ppm dan 14,196 ppm. Limbah cair elektroplating dalam penelitian ini dapat dikatakan memiliki kadar ion logam tembaga (II) yang melebihi ambang batas sehingga pengurangan kadar ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating perlu dilakukan karena jika limbah cair elektroplating dibuang langsung kelingkungan, maka dikhawatirkan tembaga akan mencemari air bersih dan mengontaminasi air minum. Tembaga pada 9

25 dasarnya baik untuk kesehatan karena tembaga membantu membentuk melanin, tulang, dan jaringan penghubung lainnya. Biasanya manusia mendapatkan asupan tembaga dari makanan sehari-hari seperti hati dan organ lainnya, makanan laut, kacang kacangan, dan biji-bijian (Rita Shater, Rochester Unviersity) akan tetapi terpapar tembaga dengan dosis besar dapat berbahaya bagi kesehatan. Tembaga yang terminum dapat menyebabkan mual, muntah, kram perut, diare. Terpapar tembaga dalam jumlah banyak yang disengaja dapat menyebabkan kerusakan hati dan ginjal, dan bahkan kematian (ATSDR, 2004). Batas maksimum logam tembaga yang dapat ditoleransi oleh tubuh per hari (Provisional Maximum Tolerable Daily Intake) berdasarkan batas yang ditetapkan oleh Badan Kesehatan Dunia (WHO) dan FAO sebesar 0,05-0,5 mg/kg per minggu per berat badan (Kusuma, 2014). 2. Elektrokoagulasi Elektrokoagulasi merupakan proses pengolahan limbah yang sederhana dan mudah diterapkan dengan kemampuan yang efektif dalam menggumpalkan berbagai pengotor dan polutan, baik bahan organik maupun anorganik. Elektrokoagulasi merupakan metode elektrolisis dalam pengolahan air limbah. Elektrokoagulasi membutuhkan elektroda dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen dalam bentuk gelembung. Gelembung-gelembung gas hidrogen yang dihasilkan pada proses elektrokoagulasi akan mengangkat polutan ke atas permukaan air. Polutan yang terangkat ke atas disebut flok karena ukurannya yang relatif kecil. 10

26 Semakin banyak polutan yang terangkat ke atas maka ukurannya akan bertambah besar (Kusrijadi, 2013). Elektrokoagulasi adalah teknik pemisahan yang memiliki beberapa kesamaan dengan teknik koagulasi secara kimia namun juga memiliki perbedaan, seperti reaksi samping. Dalam sistem Elektrokoagulasi terjadi reaksi elektrokimia yang terjadi sekaligus pada katoda dan anoda. Reaksi-reaksi yang terjadi dapat dibagi menjadi mekanisme reaksi utama yang menyebabkan destabilisasi polutan, dan reaksi samping seperti pembentukan hidrogen (Vepsäläinen, 2012). a. Reaksi Utama Elektroda yang menghasilkan koagulan ke dalam sel elektrokoagulasi biasanya digunakan besi atau alumunium. Ketika potensial diberikan oleh sumber tegangan (power supply), logam anoda (Fe/Al) akan mengalami oksidasi atau akan terlarut, sedangkan pada katoda akan terjadi reduksi atau akan terjadi deposisi logam. Reaksi pada elektroda dapat diringkas sebagai berikut: Reaksi pada Anoda Fe(s) Fe 2+ (aq) + 2e - E 0 = +0,44 V (1) Fe(s) Fe 3+ (aq) + 3e - E 0 = V (1b) Al(s) Al 3+ (aq) + 3e - E 0 = -1,66 V (2) 2H2O(l) 4H + (g) + O2(g) + 4e - E 0 = -1,23 V (3) Reaksi pada Katoda Fe 3+ (aq) + 3e - Fe(s) E 0 = -0,04 V (4) Fe 2+ (aq) + 2e - Fe(s) E 0 = -0,44 V (4b) 2H2O(l) + 2e - H2(g) + 2OH - E 0 = -0,83 V (5) 2H + (aq) +2e - H2(g) E 0 = 0 V (6) 11

27 Jika besi atau alumunium digunakan sebagai elektroda, kation logam yang terbentuk dari anoda akan segera bereaksi dengan OH - yang terbentuk pada katoda menghasilkan hidroksida/polihidroksida yang sesuai tergantung dari kondisi sistem. Sebagai contoh, ion Al 3+ terhidrolisis menghasilkan [Al(H2O)6] 3+, [Al(H2O)5OH] 2+,[Al(H2O)4(OH)] 2+ dan produk hidrolisis dapat membentuk banyak spesies monomerik dan polimerik seperti [Al(OH)] 2+, [Al(OH)] 2+, [ Al(OH)2] +, [Al2(OH)2] 4+, [Al(OH)4] -, [Al6(OH)15] 3+, [Al7(OH)17] 4+, [Al8(OH)20] 4+, [Al13O4(OH)24] 7+, [Al13(OH)34] 5+ untuk elektroda Al dan untuk elektroda Fe dapat membentuk ion monomerik, Fe(OH)3 dan polimerik hidroksi komplek, yaitu, [Fe(H2O)6] 3+, [Fe(H2O)5(OH)] 2+, [Fe(H2O)4(OH)] 2+, [Fe2(H2O)8(OH)2] 4+, [Fe2(H2O)6(OH)4] 4+ namun semua spesies ini terbentuk tergantung oleh ph medium. Hidroksida/polihidroksida/polihidroksilogam memiliki affinitas yang kuat untuk partikel terdispersi begitu juga sebagai counter ion untuk menyebabkan koagulasi. Gas yang terbentuk pada elektroda dapat membuat material yang terkoagulasi mengalami flotasi. Keberhasilan proses elektrokoagulasi juga ditentukan oleh ukuran gelembung. Semakin kecil gelembung maka luas area yang dibutuhkan untuk partikel terkoagulasi menempel akan lebih besar sehingga pemisahan akan lebih baik (Mollah, 2009). Proses penghilangan polutan terjadi berdasarkan beberapa proses, seperti adsorpsi, kopresipitasi, atau atraksi elektrostatik oleh adsorben yang dihasilkan. Ion logam dan hidroksida yang dihasilkan pada permukaan elektroda akan bereaksi menghasilkan bermacam hidroksida, endapan, dan menghasilkan polimer, seperti Fe(OH)2, Fe(OH)3, Al(OH)3, dan Aln(OH)3n, secara berurutan. Besi dan alumunium 12

28 hidroksida dapat menghilangkan polutan dalam sistem dengan adsorpsi, kopresipitasi, dan atraksi elektrostatik yang kemudian diikuti dengan koagulasi. Ion hidroksida yang terbentuk pada katoda meningkatkan ph limbah dan dapat menyebabkan presipitasi logam dalam bentuk hidroksida yang sesuai dengan kondisi limbah (Heidmann, 2010). Alumunium selain larut dari anoda juga terlarut dari katoda ketika ph pada permukaan katoda berkurang karena pembentukan OH - atau penggunaan ion hydronium/proton dalam pembentukan gas hidrogen. Selain itu pada ph tinggi, Alumunium terlarut sebagai aluminat 2Al(s) + 6H2O +2HO - (aq) 2[Al(OH)4] - (aq) + 3H2(g) (7) b. Reaksi Samping Salah satu reaksi samping yang terjadi adalah bertambahnya ph karena pembentukan ion hidroksida atau pemakaian proton dan reduksi logam pada katoda. Terbentuknya ion hidroksida dari reaksi elektrolisis air di katoda menghasilkan perubahan ph, atau menaikan ph. Dengan pemberian potensial yang lebih besar, hidrolisis pada anoda dalam pemembentukan gas oksigen dapat terjadi (Heffron, 2015). Pembentukan oksigen pada anoda terjadi karena ph tinggi yang juga menyebabkan laju pelarutan berkurang (Nepo, 2016). 2H2O(l) O2(g) + 4H + + 4e - (8) Gas oksigen yang terbentuk akan bereaksi dengan Fe dan menghasilkan FeO yang merupakan spesies tidak mudah larut dan dapat mengurangi laju pelarutan (Marriaga, 2014). 13

29 Elektrokoagulasi meningkatkan ph larutan ketika larutan memiliki ph awal yang asam, netral, atau sedikit basa dan berkurang ketika ph awal sangat basa. Perubahan ph selama proses elektrokoagulasi memengaruhi spesiasi dari hidroksida alumunium dan besi (Vepsäläinen, 2012). Dalam elektrokoaglasi, limbah dihilangkan melalui mekanisme koagulasi dan kopresipitasi. Heidmann (2008) mempelajari tentang penghilangan logam seperti Zn(II), Cu(II), Ni(II), Ag(I), dan Cr(VI) dalam limbah menggunakan eletkrokoagulasi. Mereka mengatakan bahwa Zn(II), Cu(II), Ni(II), dan Ag(I) dapat dihilangkan dengan elektrokoagulasi dan mekanisme yang terjadi adalah kopresipitasi. Reaksi yang terjadi selama elektrokoagulasi dapat diringkas menjadi pembentukan koagulan dari pelarutan anoda, destabilisasi polutan, dan flokulasi serta flotasi seperti pada Gambar 1. Gambar 1 diambil dari (Vepsäläinen, 2012). Gambar 1 adalah gambar yang meringkas reaksi-reaksi yang terjadi didalam reaktor elektrokoagulasi. Oleh karena itu, dapat kita ringkas bahwa reaksi yang terjadi dalam elektrokoagulasi melibatkan reaksi oksidasi anoda, reduksi ion logam pada katoda, elektrolisis air pada katoda menghasilkan gelembung gas yang berfungsi untuk mengangkat polutan terkoagulasi menuju atas permukaan limbah. 14

30 . Gambar 1. Reaksi Selama Proses Elektrokoagulasi 3. Mekanisme Elektrokoagulasi Ion logam yang terbentuk dari anoda terjadi karena adanya proses oksidasi Al/Fe, sedangkan di katoda terjadi reaksi pembentukan H2 (Akbal, 2011). Secara bersamaan, ion hidroksil yang diproduksi pada katoda akan meningkatkan ph elektrolit dan dapat menyebabkan kopresipitasi Cu 2+, Zn 2+, dan Cr (III) dalam bentuk hidroksida masing-masing (Adhoum, 2004). Pada teknik koagulasi konvensional dibutuhkan garam anorganik yang mengandung kation logam yang mudah terhidrolisis, seperti alumunium sulfat dan besi klorida. Pada teknik elektrokoaglasi kation-kation tersebut dihasilkan secara in situ karena pelarutan elektrolitik pada anoda (Marriaga, 2014). 15

31 Dalam elektrokoagulasi ada 3 tahap utama dalam penghilangan polutan. Tahap pertama adalah pembentukan koagulan. Tahap ini dimulai dari terbentuknya kation dari anoda yang mengalami pelarutan akibat pemberian arus listrik. Kemudian kation logam akan bereaksi dengan ion hidroksida (OH - ) menghasilkan spesies hidroksil, komplek ion bermuatan positif. Komplek ion bermuatan positif yang terbentuk tergantung pada ph suspensi, sehingga hidroksil yang terbentuk memiliki wujud yang beragam (Marriaga, 2014). Ion logam dan ion hidroksida yang terbentuk akan segera bereaksi membentuk hidroksida, Fe(OH)2, Al(OH)3, dan polimerik kompleks-hidroksil, yang berbeda sesuai pada ph medium. Hidroksida besi dan alumunium yang tersuspensi dapat menghilangkan polutan dari larutan dengan mekanisme adsorpsi, presipitasi atau atraksi elektronik, yang kemudian diikuti dengan koagulasi (Vlachou, 2013). Tahap kedua yaitu destabilisasi kontaminan. Pada ph asam komplek-kation akan mendestabilisasi partikel koloid dengan menetralkan muatan superficial (charge neutralization). Pada ph yang lebih tinggi, komplek-kation akan terhidrolisis sepenuhnya untuk menghasilkan spesies amorphous yang tidak larut (oksida, hidroksida, dan oksihidroksida) yang menyebabkan sweep coagulation (Marriaga, 2014). Pada tahap ini juga terjadi pemecahan emulsi, destabililsasi kontaminan, dan partikel tersuspensi (Vlachou, 2013). Tahap ketiga adalah flokulasi dan flotasi. Pada tahap ini polutan yang sudah terdestabilisasi akan terkoagulasi dengan polutan yang lain membentuk suatu flok, kemudian gelembung hidrogen dan oksigen yang terbentuk akibat dari elektrolisis 16

32 air akan melekat pada partikel terkoagulasi karena adanya fenomena superficial dan akibat dari sifat apung alami dan akan mengapung ke permukaan limbah (Marriaga, 2014). Selain 3 tahap di atas, beberapa reaksi fisika-kimia dapat terjadi seperti reduksi katodik dari senyawa seperti nitrit dan nitrat, elektrodeposisi oleh kation, dan pasivasi. 4. Mekanisme Destabilisasi Koloid Koloid stabil di dalam air karena tolakan elektrostatik antara partikel, selain itu sifat koloid yaitu gerak brown menyebabkan partikel koloid tetap bergerak dalam air dan karena koloid berukuran kecil maka tidak terendapkan oleh gaya gravitasi. Koagulan yang terbentuk secara in situ dalam elektrokoagulasi akan mengurangi energi antara partikel, sehingga partikel akan mudah teraglomerasi. Flokulasi terjadi ketika partikel saling menempel ke partikel lainnya (Vepsäläinen, 2012). Mekanisme yang dapat mendestabilisasikan partikel koloid dalam air: a. Compression of electrical double layer Bertambahnya konsentrasi ion dalam larutan akan mengompresi EDL (Electrical Double Layer) sehingga tolakan antar partikel dapat diperkecil. b. Adsorption destabilization Proses ini terjadi ketika counter ion atau polimer diadsorb pada permukaan koloid. Partikel ion dan polimer ini akan mengurangi muatan pada permukaan dan gaya tolak antar partikel. 17

33 c. Inter-particle bridging. Koagulan logam terpolimerisasi dapat membentuk jembatan antar partikel. Polimer dapat mengadsorb pada permukaan partikel dengan berbagai mekanisme, seperti charge-charge interaction. Ketika satu rantai polimer mengadsorb beberapa partikel, proses penjembatan terjadi dan masa molekul bertambah. d. Precipitation and enmeshment mechanism Pendestabilisasian dengan garam logam berkonsentrasi tinggi pada daerah mendekati ph netral. Pada ph tersebut, garam logam, seperti alum atau Fe(III) sulfat, membentuk produk yang tidak larut dan berpolimerisasi. Partikel koloid kemudian dapat terjerat kedalam produk ini menyebabkan sweep coagulation. Pada proses koagulasi, pengurangan polutan dapat dicapai dengan cara penetralan muatan koloid dengan bertambahnya konsentrasi koagulan sehingga mengurangi gaya tolak antar partikel (Marriaga, 2014). 5. Parameter Perlakuan Ada beberapa parameter yang memiliki efek terhadap persen efisiensi pada Elektrokoagulasi untuk mengurangi jumlah polutan dalam limbah yaitu: a. Kombinasi pelat elektroda Kombinasi pelat elektroda menentukan reaksi elektrokimia yang terjadi. Alumunium larut sebagai Al 3+, sedangkan besi dikatakan larut menjadi bentuk Fe 2+ dan dapat teroksidasi menjadi Fe 3+ jika terdapat oksidan seperti oksigen dengan jumlah yang cukup dan ph nya alkali. Fe 3+ memiliki kemampuan lebih optimum sebagai koagulan dibanding Fe 2+ karena solubilitasnya yang lebih tinggi dan kurang bermuatan positif (Vepsäläinen, 2012). 18

34 Jenis elektroda menentukan logam mana yang terlarut kemudian menghasilkan spesi hidroksida yang berbeda. Hidroksida besi dan alumunium yang tersuspensi dapat menghilangkan polutan dari larutan dengan adsorpsi, presipitasi atau atraksi elektronik, yang kemudian diikuti dengan koagulasi (Vlachou, 2013). b. Waktu elektrokoagulasi Koagulan yang terbentuk jumlahnya dipengaruhi oleh jumlah logam pada anoda yang terlarut. Waktu elektrokoagulasi memiliki pengaruh yang berbanding lurus dengan jumlah koagulan yang terbentuk berdasarkan persamaan Faraday: m = I t M z F Dimana m adalah massa (g) alumunium atau besi yang terlarut, M adalah massa molekul (g/mol) dari logam yang terarut, I adalah arus (A), t adalah waktu elektrolisis (s), dan z adalah jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi, dan F adalah konstanta Faraday (96,485 C/mol) (de mello, 2013). Dari persamaan ini jelas terlihat bahwa semakin besar t maka m juga makin besar sehingga jika m makin banyak, koagulan yang terbentuk juga akan semakin banyak kemudian proses koagulasi dapat berjalan dengan optimum. Laju pembentukan koagulan ini bisa saja melebihi nilai teoritis karena faktor yang mempengaruhi tidak hanya waktu, misalnya yang berpengaruh besar adalah ph (Heffron, 2015). c. ph ph memiliki pengaruh terhadap konduktivitas larutan, pelarutan pada elektroda, spesiasi hidroksida, dan zeta-potensial pada partikel koloid. Kation alumunium dan besi, serta hidroksida menyebabkan destabilisasi koloid. Koagulan yang efektif terbentuk pada ph asam, netral dan sedikit basa. Pada ph basa yang 19

35 tinggi Al(OH)4 - dan Fe(OH)4 - terbentuk dan ion ini memiliki kemampuan koagulasi yang rendah (Vepsäläinen, 2012). ph meningkat selama proses elektrolisis, namun pada ph yang sangat asam (ph 2), kebasaan yang terbentuk selama elektrolisis tidak cukup untuk meningkatkan ph larutan. Ketika ph inisial berada dalam kondisi asam, maka ph akhir setelah elektrolisis akan meningkat atau menuju basa dan ketika ph inisial berada pada kondisi basa, ph akhir akan turun atau menuju asam. Pada ph 2 dan ph 12, ph tidak berubah (Mouedhen, 2008). Menurut (Vepsäläinen, 2012) fenomena yang ditunjukkan pada penelitian (Mouedhen, 2008) dapat dipahami karena ketika ph di atas 9, ph akhir akan turun karena pembentukan [Al(OH)4] -. d. Rapat Arus Rapat arus menentukan kecepatan koagulasi, kecepatan terbentuk gelembung gas, dan mempengaruhi ukuran flok. Menurut Prayitno (2012) semakin besar nilai kuat arus yang diberikan akan terjadi peningkatan pengurangan kadar logam-logam yang terkandung dalam limbah cair. Arus listrik dapat mempengaruhi jumlah spesies kimia yang tereduksi pada katoda. Rapat arus yang digunakan dalam elektrokoagulasi sebanding dengan laju reaksi elektrokimia yang terjadi pada permukaan elektroda dan rapat arus juga memiliki pengaruh terhadap potensial elektroda yang menentukan reaksi yang terjadi pada permukaan elektroda. Namun pada anoda besi dan alumunium, reaksi pelarutan adalah reaksi utama yang terjadi. Pada ph basa, laju pelarutan pada anoda bisa lebih rendah dari nilai yang dihitung menggunakan Hukum Faraday (Vepsäläinen, 2012). 20

36 6. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) Prinsip metode AAS adalah absorpsi cahaya oleh suatu atom. Atom-atom akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang spesifik, tergantung pada unsur-nya (Kristianingrum, 2005: AAS adalah teknik analisis yang mengukur konsentrasi suatu elemen. AAS sangat sensitif dan dapat mengukur sampai ke tingkat part per billion (ppb) (µg dm -3 ) dalam sampel. Teknik ini menggunakan panjang gelombang dari sinar yang spesifik diserap oleh suatu elemen. Energi tersebut sesuai dengan energi yang dibutuhkan untuk mempromosikan elektron dari satu level energi ke tingkat energi lainnya yang lebih tinggi. Dalam AAS, sebagai contoh sampel (timbal) mengalami atomisasi dimana sampel diubah menjadi atom bebas pada keadaan ground state dalam fasa uap dan suatu sinar dari radiasi elektromagnetik yang diemisikan dari atom timbal pada sumber sinar yang tereksitasi akan melewati sampel yang tervaporasikan. Sebagian dari radiasi tersebut ada yang diserap oleh atom timbal dalam sampel. Semakin besar jumlah atom timbal dalam uap, maka radiasi yang diserap oleh sampel juga semakin besar. Jumlah sinar yang diserap sebanding dengan jumlah atom timbal. Suatu kurva kalibrasi dibuat dengan menjalankan beberapa kali analisis terhadap sampel yang jumlah atau konsentrasi timbalnya sudah diketahui (larutan standar) dan kondisi pengukuran harus sama dengan kondisi pengukuran sampel yang jumlah timbalnya belum diketahui. Besarnya absorbansi sampel dibandingkan dengan kurva kalibrasi dan kemudian perhitungan konsentrasi timbal dalam sampel yang belum diketahui dapat ditentukan (Royal society of chemistry fine chemicals and medicinals group: 2015). 21

37 Absorbansi Teknik pengukuran logam menggunakan AAS dapat dilakukan secara kualitatif dan kuantitatif. Analisa secara kualitatif cukup dilakukan pengujian sampel dengan instrumen AAS dan menjalankan pengukuran suatu logam, jika sampel menunjukkan nilai absorbansi maka dapat dikatakan sampel tersebut mengandung logam yang diinginkan dengan catatan stansumber radiasi (Hollow Cathode Lamp) harus sesuai dengan logam yang diinginkan. Sedangkan analisa secara kuantitatif ditentukan dari nilai absorbansi menggunakan persamaan dari hukum Lambert-Beer. Keterangan: A = absorbansi A = a.b.c a B C = absortivitas molar = tebal medium (cm) = konsentrasi (ppm) Rumus diatas menyatakan bahwa hubungan antara absorbansi dan konsentrasi berbanding lurus. Oleh karena itu, hubungan tersebut dapat dibuat kedalam bentuk kurva seperti pada Gambar 2. y = ax + b Konsentrasi Gambar 2. Grafik Hubungan Konsentrasi dengan Absorbansi 22

38 Gambar 2 adalah kurva kalibrasi yang menyatakan hubungan absorbansi pada sumbu Y dengan konsentrasi larutan standar pada sumbu X. Dengan mengukur absorbansi larutan standar dengan konsentrasi yang bervariasi dan dibuat grafik hubungan konsentrasi (sumbu X) dan absorbansi (sumbu Y) seperti Gambar 2 dan diperoleh persamaan y = ax + b; y = absorbansi; a = slope; x = konsentrasi; dan b = intersep. Konsentrasi sampel dapat dihitung menggunakan persamaan y = ax + b dengan memasukan nilai absorbansi yang terukur pada sampel kedalam nilai y (absorbansi) dengan demikian nilai x (konsentrasi) sampel dapat diketahui. Skema pengukuran konsentrasi logam menggunakan AAS dapat diringkas sesuai Gambar 3. Pada gambar tersebut, bagian dengan nama source merupakan sumber sinar dan yang umum digunakan adalah Hollow Cathode Lamp (HCL). HCL terdiri dari tungsten anoda dan katoda yang terbuat dari elemen yang akan ditentukan. HCL ini ditutupi dengan tabung kaca yang diisi dengan gas inert seperti Neon atau Argon pada tekanan sekitar 1 Nm -2 dan 5 Nm -2. Ionisasi sejumlah atom gas terjadi dengan memberikan beda potensial sekitar V pada anoda dan katoda. Gas yang terionisasi ini akan membombardir katoda dalam proses yang disebut pemercikan (sputtering). Atom-atom pada katoda yang terpercik akan berada dalam keadaan tereksitasi dan kemudian akan memancarkan radiasi karakteristik dari logam tersebut ketika kembali ke keadaan dasar (ground state). Proses terbentuknya sumber sinar diringkas dalam Gambar 3(a). Sinar dari proses emisi pada HCL akan melewati Sample Cell. Pada bagian ini logam Pb (sebagai contoh) dalam larutan akan mengalami proses atomisasi. Sinar dari HCL akan diserap oleh logam Pb dan kemudian sinar diterima oleh 23

39 monokromator yang sudah diatur untuk menerima dan mentransmisikan radiasi pada panjang gelombang yang spesifik terhadap logam Pb kemudian meneruskannya ke detektor. Detektor mengukur intensitas sinar. Ketika sinar diserap oleh logam, intensitas sinar tersebut menurun. Detektor mencatat penurunan intensitas tersebut sebagai absorpsi dan data tersebut akan ditunjukkan pada alat keluaran. (Sevostianova: web.nmsu.edu). Berikut adalah gambar ringkasan proses yang terjadi dalam AAS a b Gambar 3. Skema AAS: (a) Proses Terbentuknya Sumber Sinar pada HCL: (b) Ringkasan Skema AAS Gambar 3 diambil dari leafet oleh Royal society of chemistry fine chemicals and medicinals group. B. Penelitian yang Relevan Penelitian tentang elektrokoagulasi sudah banyak dikembangkan untuk mengurangi kandungan logam tembaga dalam limbah, berikut adalah penelitian 24

40 yang sudah dilakukan dalam usaha untuk mengurangi kadar logam tembaga dengan berbagai kondisi yang disajikan dalam Tabel 2. Tabel 2. Penelitian Relevan Tentang Proses ELektrokoagulasi Pengurangan Logam Tembaga Polutan Matrik Elektroda Parameter yang Dipelajari Ni, Cu, Wastewater Fe, Al Material elektroda dan Cr susunannya, ph inisial, arus yang diberikan Ni, Cu, Cr Cu, Si, Mn, Al, Fe, Zn, Sulfat. Cu, Zn, Cr (VI) Mn, Cu, Zn Wastewater Fe, Al Kombinasi elektroda, ph, rapat arus Mine Water Fe, Al Rapat arus, jenis elektroda Electroplati ng Wastewater Industrial Wastewater Fe, Al ph, rapat arus, kosentrasi ion. Fe, Al Kombinasi dan jarak elektroda, rapat arus, inisial ph dan konsentrasi logam. Kondisi Optimum Kondisi yang paling efektf dicapai dengan kombinasi elektroda Fe-Al dan ph awal >5. Cu, kombinasi Fe-Al, ph >5 Fe-Fe and Al-Fe (Katodaanoda), 10mA/cm2, ph 9 Elektroda Fe menunjukkan efisiensi yang lebih baik untuk penghilangan logam, 70 ma/cm 2 ph 4-8 menunjukkan efisiensi di atas 90% rapat arus 4,8 A/dm 2 Cu memiliki 100% efisiensi dalam penelitian Refrensi Heidman, 2010 Akbal, 2011 Nariyan, 2017 Adhoum,2004 Gatsios, 2015 Cd, Cu Ni, Simulated Wastewater Fe ph, waktu elektrokoagulasi, rapat arus ph 7, 90 menit, rapat arus 30 ma/cm 2 Tezcan,2015 Tabel 2. Menunjukkan penelitian-penelitian relevan terkait elektrokoagulasi dalam pengurangan ion logam tembaga (II). Secara keseluruhan logam yang diteliti adalah logam-logam berat dan elektroda yang digunakan adalah Fe dan Al karena selain efektif sebagai koagulan, elektroda ini juga relatif murah dari segi harga. Limbah yang digunakan juga memiliki kemiripan dari segi sumber limbah yaitu limbah hasil pelapisan logam/galvanic namun kandungan limbah tiap penelitian berbeda-beda. Parameter yang diteliti juga hampir sama dari semua penelitian yaitu terkait kombinasi elektroda, ph, waktu elektrokoagulasi, rapat arus. Kondisi optimum tiap penelitian dengan parameter yang sama hasilnya berbeda-beda seperti ph optimum pada penelitian Heidman (2010) untuk mengurangi ion logam 25

41 tembaga (II) adalah lebih dari 5, sedangkan pada Adhoum (2004) adalah 4-8 dan pada Tezcan (2015) adalah 7. Variasi rapat arus milik Akbal (2011), Nariyan (2017), Adhoum (2004), Tezcan (2015) berturut-turut adalah 4,8 ma/cm 2, 10 ma/cm 2, 70 ma/cm 2, dan 30 ma/cm 2. Rapat arus yang didapat bervariasi karena tiap limbah memerlukan optimasi kondisi elektrokoagulasi. C. Kerangka Berpikir Industri perak di Kotagede, Yogyakarta, menghasilkan produk komersil dan juga menghasilkan limbah cair. Limbah cair elektroplating mengandung anion serta kation yang berbahaya terhadap lingkungan. Tembaga (II) merupakan kation dalam limbah cair elekroplating yang juga berbahaya terhadap lingkungan sehingga perlu diolah dan dimanfaatkan. Sesuai dengan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2014 Tentang Baku Mutu Air Limbah. Kandungan logam tembaga yang diperbolehkan dalam limbah cair elektroplating adalah sebesar 0,5 mg/l. Kadar logam tembaga melebihi batas yang diijinkan artinya dapat menimbulkan bahaya bagi lingkungan, sehingga diperlukan metode pengolahan libah. Pada penelitian berjudul Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Logam Kromium Dalam Limbah Cair Elektroplating digunakan elektrokoagulasi sebagai metode pengolahan limbah cair elektroplating dengan memvariasi empat parameter yaitu kombinasi elektroda, waktu elektrokoagulasi, ph, dan rapat arus. Proses pertama yaitu optimasi kombinasi elektroda dengan menentukan persen efisiensi kombinasi yang paling tinggi dan kemudian dinyatakan sebagai kondisi optimum. Kondisi optimum ini lalu digunakan dalam optimasi waktu elektrokoagulasi dan waktu 26

42 optimum digunakan dalam optimasi ph dan dilanjutkan ke optimasi rapat arus. Oleh karena itu, melalui penelitian ini dapat diketahui bahwa dengan berbagai kondisi elektro-koagulasi seperti kombinasi elektroda, waktu elektrokoagulasi, ph, dan rapat arus yang optimum dapat mengurangi ion logam tembaga (II) secara maksimal. 27

43 A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian BAB III METODE PENELITIAN Subjek pada penelitian ini adalah ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating. 2. Objek Penelitian Objek dalam penelitian ini adalah persen efisiensi pengurangan ion logam tembaga (II) melalui elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating. B. Variabel Penelitian 1. Variabel Bebas a. Kombinasi elektroda (Katoda-Anoda; Fe-Fe, Fe-Al, Al-Fe, Al-Al) b. Waktu elektrokoagulasi (30, 60, 90, 120 menit) c. Variasi ph sistem (inisial, 4, 8, 10, 10,5) d. Variasi rapat arus sebesar 1,25; 3,75; 6,25; dan 8,75 ma/ cm Variabel Kontrol Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah: a. Pelat besi (7,5 x 4 x 0,5 cm) b. Pelat alumunium (7,5 x 4 x 0,3 cm) c. Suhu (suhu ruang 28 o C) d. Jarak antar elektroda (1 cm) e. Volum limbah 500 ml f. Luas reaktor (gelas kimia 1 L 28

44 g. Kecepatan pengadukan 200 rpm h. Ukuran magnetic bar 4 cm i. Sumber limbah berasal dari pengrjain perak di Kotagede, Yogyakarta yang diambil pada tanggal 19 Maret Variabel Terikat Persen efisiensi penurunan kadar ion logam tembaga (II) dalam limbah cair elektroplating. C. Instrumen Penelitian 1. Alat-alat yang digunakan adalah: a. AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) b. DC Power Supply c. Magnetic stirrer d. Neraca ohaus e. Gelas kimia 1 L f. Labu takar 500 ml g. Termomete h. ph meter digital i. Capit buaya j. Amplas k. Statif dan klem l. Botol kaca 500 ml m. Stopwatch 29