OPTIMASI REAKTOR LUCUTAN PLASMA DENGAN SISTEM ALIRAN KONTINYU UNTUK DEGRADASI METILEN BIRU

OPTIMASI REAKTOR LUCUTAN PLASMA DENGAN SISTEM ALIRAN
KONTINYU UNTUK DEGRADASI METILEN BIRU
Rizki Ari Nur Aanggraini*, Kusumandari, Teguh Endah Saraswati
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret
Jl. Ir. Sutami 36A Kentingan Surakarta 57126, Telp. 0271669376, Fax. 0271663375
*Email: rizki.ana@student.uns.ac.id

Abstrak
Studi pengaruh tegangan pada lucutan plasma untuk degradasi metilen biru telah
dilakukan menggunakan reaktor plasma berkonfigurasi elektroda jarum. Penelitian ini
dilakukan guna mengetahui optimasi dan efisiensi untuk degradasi metilen biru.
Pengujian reaktor plasma dilakukan pada proses degradasi metilen biru dengan variasi
lama waktu kontak plasma dan volume umpan. Plasma dibangkitkan dengan tegangan
11,5 kV AC maupun DC menggunakan dua buah elektroda jarum stainless steel. Laju alir
umpan yang digunakan adalah 16,6 cc/detik. Karakteristik fisik dan kimia larutan diukur
sebelum dan sesudah perlakuan untuk mengetahui pengaruh penambahan volume dan
lama kontak plasma pada metilen biru. Hasil yang diperoleh, absorbansi dan pH turun
seiring lama kontak plasma yang semakin meningkat, sedangkan temperatur akan
semakin naik. Pada laju alir 16,6 cc/detik, tegangan DC mencapai waktu kontak plasma
hingga 270 menit, absorbansi larutan metilen biru mulai menurun hingga 98,73%. Pada
tegangan AC dengan waktu kontak 240 menit, absorbansi sudah menurun hingga 98,67%.

Dengan sumber tegangan AC dan DC, pH pada larutan mencapai 2,39 serta temperatur
34,2 0C.
Kata kunci: Plasma, Aliran Kontinyu, Volume, Waktu kontak

PENDAHULUAN
Industri tekstil merupakan salah satu

paling sering digunakan adalah metilen biru

penghasil limbah cair yang berasal dari

dengan rumus kimia C16H18CIN3S. Senyawa

proses pewarnaan. Selain kandungan zat

metilen biru selain bersifat toksik juga

warnanya tinggi, limbah industri tekstil juga

memiliki


mengandung bahan-bahan sintetik yang

terdegradasi [2].

sukar diuraikan

[1]

. Zat warna tekstil

gugus

Metilen

biru

benzena

yang


merupakan

sukar

senyawa

merupakan gabungan dari senyawa organik

hidrokarbon aromatik heterosiklik kationik.

tidak jenuh, kromofor dan auksokrom

Konsentrasi metilen biru mempunyai nilai

sebagai

dan

ambang batas yang diperbolehkan dalam


pengikat antara warna dengan serat. Di

perairan sekitar (5-10) mg/L[3]. Oleh karena

dalam industri tekstil, zat warrna yang

itu, diperlukan suatu teknologi pengolahan

pengaktif

kerja

kromofor

limbah

yang

mampu


Plasma

mempercepat

merupakan

gas

yang

penguraian limbah zat warna.
mikroorganisme

dengan

membusukkan

terionisasi dalam lucutan listrik. Plasma juga


tanpa meninggalkan polutan sekunder di

dapat

dalamnya [8].

didefinisikan

sebagai

campuran

Pada penelitian ini digunakan larutan

kausinetral dari elektron, radikal, ion positif,
dan ion negative

[4]

. Pada bidang industri


metilen biru sebagai sampel yang akan diuji.

banyak

Hal ini dikarenakan metilen biru merupakan

dimanfaatkan seperti dalam peningkatan

zat warna dasar dalam proses pewarnaan

dan

penelitian,

produksi ozon

[5]

pemurnian air

digunakan

plasma

telah

[7]

[6]

, dan

yang digunakan secara luas di industri tekstil

. Metode plasma yang

dan menjadi perhatian besar dalam proses

, nitridasi pada baja


dalam

pemurnian

air

salah

pengolahan limbah karena susah diuraikan

satunya adalah metode lucutan plasma, di

[9]

mana plasma digunakan untuk membentuk

dilakukan analisis pengaruh plasma dengan

spesies


untuk

sistem aliran kontinyu terhadap konsentrasi

menguraikan senyawa organik. Spesies aktif

serta parameter karakter fisik metilen biru

aktif

yang

digunakan

-

+

. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan


yang terbentuk di dalam air seperti OH , H ,

sebagai model seperti pH, temperatur, dan

O3, dan H2O2 yang memiliki tingkat oksidasi

efisiensi

yang

polutan limbah zat warna metilen biru.

tinggi

senyawa

dan

organik

mampu

menguraikan

serta

membunuh

pengurangan

absorbansi

pada

METODE PENELITIAN
Bahan Penelitian
Bahan-bahan penelitian yang digunakan

flowmeter, multiparameter water quality

dalam penelitian ini adalah Zat warna

monitor.

metilen biru, aquades, Elektroda berbahan

digunakan Spektrofotometer UV-Vis.

stainless, Alumunium foil, Kertas timbang.

Prosedur Penelitian

Peralatan

Pada penelitian lucutan plasma ini dilakukan

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian

dalam beberapa tahapan, yaitu persiapan alat

ini antara lain: satu set reaktor plasma sistem

dan bahan yang diperlukan. Langkah awal

aliran kontinyu, neraca digital, gelas beker,

yaitu menyiapkan zat warna metilen biru

power supply AC dan DC, penjepit,

yang digunakan sebagai sampel uji. Setelah

Untuk

analisa

hasil

adsorpsi

itu, pembuatan larutan 3 mg metilen biru

dengan lucutan plasma dengan tegangan

dengan volume 500 mL kemudian sampel

11,5 kV dan elektroda berbahan stainless.

diukur pH, temperatur dan absorbansi

Lalu, mengukur absorbansi dengan UV-Vis,

sebelum kontak dengan lucutan plasma.

pH dan temperatur sampel menggunakan

Selanjutnya,pada sampel di beri kontak

Multiparameter water quality monitor .

HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh pH
Pada penelitian ini pH pada sampel

Salah satu indikator dalam degradasi
zat warna metilen biru merupakan pH. Pada

larutan

metilen

biru

akan

mengalami

Gambar 1 dapat dilihat bahwa kondisi pH

penurunan setelah terkena kontak plasma
seiring lamanya waktu kontak plasma
dengan larutan. Hal tersebut terjadi karena

PH

7
6
5
4
3
2
1
0
-50

proses oksidasi yang terjadi dalam reaktor
plasma

akan

kompleks

dalam

memutus
larutan

ikatan-ikatan
metilen

biru

menjadi asam. Semakin lama waktu kontak
50

150

250

WAKTU (MENIT)
500 mL DC

500 mL AC

plasma, maka zat asam akan terbentuk
semakin banyak, sehingga menyebabkan
larutan semakin asam. Terbentuknya zat

setelah kontak dengan plasma mengalami

asam selama kontak dengan plasma akan

penurunan yang signifikan.

membuat pH semakin menurun seiring

Gambar 1. Pengaruh pH terhadap

dengan pertambahan waktu kontak [10].

waktu kontak plasma

Pengaruh temperatur
Degradasi larutan metilen biru dapat

yang

bertumbukan,

karena

hasil

dilihat dengan lama waktu kontak plasma

pelipatgandaan elektron semakin besar. Pada

dengan larutan sampel. Hal ini karena

proses degradasi warna, semakin tinggi

semakin lama waktu kontak plasma akan

temperature maka akan semakin cepat

menyebabkan semakin banyaknya elektron

terjadi [11].

Hal ini dikarenakan dengan adanya

Gambar 2. Pengaruh temperatur terhadap

Temperatur (OC)

kenaikan suhu maka dapat mempercepat
36
34
32
30
28
26
24

waktu kontak plasma

Lama waktu kontak menyebabkan
panas pada larutan metilen biru meningkat.
Perubahan

-50

50

150

250

tersebut

dapat

diindikasikan dengan perubahan suhu yang
semakin meningkat pada saat waktu kontak

Waktu (menit)
500 mL DC

panas

500 mL AC

plasma terhadap larutan sampel. Hal tersebut

reaksi yang mengakibatkan naiknya energi

dapat dilihat pada Gambar 2 pada volume

kinetik partikel zat sehingga memungkinkan

yang berbeda, waktu kontak plasma pun

semakin banyaknya tumbukan efektif yang

juga

menghasilkan perubahan suhu.

temperatur larutan metilen biru

mempengaruhi

pada

kenaikan

Pengaruh Absorbansi Metilen Biru
Absorbansi merupakan kemampuan suatu

Gambar 3. Penurunan absorbansi pada

bahan atau larutan untuk menyerap cahaya.

tegangan DC

Karakterisasi absorbansi dilakukan pada

Pada Gambar 4 merupakan hasil pengukuran

larutan metilen biru sebelum dan sesudah

absorbansi dengan sumber tegangan AC.

perlakuan. Pada pengukuran absorbansi
metilen biru digunakan volume sampel 500
mL dan laju alir 16,6 cc/detik. Dapat dilihat
gambar

3

terdapat

hasil

pengukuran

absorbansi dengan sumber tegangan DC.

Gambar 4. Penurunan absorbansi pada
tegangan AC
Dapat dilihat bahwa dengan tegangan DC
memerlukan waktu kontak lebih lama
dibandingkan dengan tegangan AC. Hal ini

dikarenakan pada tegangan DC plasma yang

terjadi dan semakin banyak spesies aktif

keluar pada kedua elektroda tidak stabil.

yang dihasilkan, sehingga membuat metilen

Berbeda dengan tegangan AC, plasma yang

biru semakin banyak yang terdegradasi dan

keluar lebih stabil dan lebih tenang. Keadaan

warna larutan metilen biru semakin jernih.

lucutan plasma yang stabil maka spesies

Terbukti pada Gambar 1.a pada

aktif yang bereaksi pun juga akan semakin

tegangan AC yang hanya membutuhkan

banyak. Oleh karena itu, waktu yang

waktu 60 menit sedangkan pada tegangan

dibutuhkan untuk proses degradasi pun akan

DC

semakin cepat. Hal tersebut dikarenakan

memerlukan waktu hingga 120 menit untuk

semakin lama waktu

proses degradasi warna pada metilen biru.

yang digunakan,

untuk

mendegradasi

metilen

biru

menyebabkan semakin banyak ionisasi yang
KESIMPULAN
Pada tegangan AC maupun DC, lucutan

Falahiyah, D. (2015). Adsorpsi Methylene

plasma memiliki pengaruh terhadap

nilai

Blue menggunakan Abu dari Sabut

absorbansi

yang

dan Tempurung Kelapa Teraktivasi

semakin menurun seiring lamanya waktu

Sulfat. Skripsi. Malang: Universitas

tinggal dalam reaktor dan pH larutan akan

Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim.

larutan

metilen

biru

semakin turun seiring kenaikan waktu lama
kontak,

sedangkan

temperatur

Hidayat, W. (2008). Teknologi Pengolahan

larutan

semakin naik. Dengan dua sumber tegangan

Air Limbah. Jakarta: Majari Magazine.

Nur,

M.

2011.

Fisika

Plasma

dan

AC dan DC, pH terendah pada larutan

Aplikasinya . Semarang : UNDIP.

mencapai 2,39 dan temperatur tertinggi

Purwadi, A., Usada, W., Suryadi., &

mencapai 34,2 0C.

Isyuniarto.

(2006).

Peningkatan

Produk Ozon melalui Variasi Ukuran

DAFTAR PUSTAKA

dan Jenis Komponen Tabung Lucutan

Metcalf., & Eddy. (1991). Wastewater

Plasma. Prosiding PPI – PDIPTN

Engineering: Treatment, Disposal and

2006 Pustek Akselerator dan Proses

Reuse. New York: Mcgraw-Hill Series

Bahan. BATAN: Yogyakarta.

in

Water

Resources

Environmental Engineering.

and

Purwanto, Malau, V., & Sujitno, T. (2003).
Pemanfaatan Teknik Plasma dalam
Proses Nitridasi pada Baja Paduan Din

42CrMo4. Prosiding Pertemuan dan
Presentasi

Ilmiah

Teknologi

Akselerator dan Aplikasinya .

Corio, D., Hazmi, A., & Desmiarti, R.
(2014).
Radio

Teknologi


Sistem

Frekuensi

Plasma

(RF)

untuk

Menghilangkan Bakteri Escherechia
Coli pada Air Minum. Jurnal Nasional
Teknik Elektro. 3(2), 2302 – 2949.

Hazmi, A., Desmiarti, R., Waldi, E. P.,
Hadiwibowo, A., & Darwison, H.J.
(2012). Penghilangan Mikroorganisme
dalam Air Minum dengan Dielectric
Barrier Discharge. Jurnal Rekayasa
Elektrika . 10(1).

Hamdaoui, O., & Chiha, M. (2006).
Removal of Methylene Blue from
Aqueous Solutions by Wheat Bran.
Acta Chim Slov. 54, 407 – 418

Muradia, S. (2013). Study of Low-Voltage
Pulsed

Plasma

Discharges

Inside

Water Using A Bubble-Generating
Porous

Ceramic

Wastewater

Electrode

Treatment.

for

Thesis.

Shizouka University: Department of
Nanovision Technology.
Gulkaya, I., Surucu, G.A., & Dilek, F. B.
(2006). Importance of H2O2/Fe2+ Ratio
in Fenton’s Treatment of A Carpet
Dyeing

Wastewater.

Hazard.Mater. 136:763-769

Journal