میزان تخریب رنگ آلی متیل اورانژ توسط پلاسما ولتاژ بالای اسپارک

محورهای موضوعی : آب و محیط زیست

فائزه رحیمی ¹ , مهدی مومنی ² , منصور عرب چم جنگلی ³

1 - کارشناس ارشد فیزیک پلاسما، دانشکده فیزیک و مهندسی هسته‌ای، دانشگاه صنعتی شاهرود، سمنان، ایران. * (مسوول مکاتبات)
2 - استادیار فیزیک پلاسما، دانشکده فیزیک و مهندسی هسته‌ای، دانشگاه صنعتی شاهرود، سمنان، ایران.
3 - استاد شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شاهرود، سمنان، ایران.

تاریخ دریافت : 1400/02/01 تاریخ پذیرش : 1400/09/19 تاریخ انتشار : 1401/10/01

کلید واژه: مشخصات الکتریکی, تخلیه الکتریکی, پلاسمای سرد فشار اتمسفری, رنگ‌زدایی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: یکی از مهمترین معضلات جامعه مدرن آلودگی آب‌ها می‌باشد، از جمله این آلاینده‌ها، رنگ‌های آلی موجود در پساب کارخانه‌های صنعتی هستند که حذف آن‌ها بسیار حائز اهمیت است. هدف از این پژوهش ارائه راهکاری برای از بین بردن رنگ آلی متیل اورانژ موجود در فاضلاب‌های صنایع توسط پلاسمای اسپارک می‌باشد. روش بررسی: در این پژوهش، میزان رنگ‌زدایی و تخریب محلول متیل اورانژ با استفاده از روش تخلیه الکتریکی پلاسمایی در سطح مشترک آب-گاز در تاریخ مهر سال 99 مورد بررسی قرار گرفت. دستگاه تخلیه الکتریکی استفاده شده در کار حاضر از نوع جرقه با ساختار الکترودی سوزن-صفحه، ولتاژ موثر KV12-1 و فرکانس ثابت KHz13 می‌باشد. یافته‌ها: نتایج نشان می‌دهد که رنگ‌زدایی و تخریب محلول رنگی متیل‌اورانژ در سطح مشترک آب-گاز هوا آغاز می‌شود که این می‌تواند ناشی از از تابش اشعه فرا بنفش و تولید رادیکال‌ OH و گونه بسیار واکنش‌پذیر H2O2 در سطح مشترک آب-گاز هوا باشد. اثرات پارامترهای دستگاه تخلیه از جمله ولتاژ اعمالی، فاصله بین الکترودها، زمان تیمار و همچنین اثرات شیمیایی محلول مانند غلظت ماده رنگی تأثیر به سزایی در میزان رنگزدایی دارد. نتایج نشان داد که با افزایش ولتاژ و افزایش زمان تیمار میزان رنگ‌زدایی افزایش یافته، و همچنین با ثابت نگه داشتن توان الکتریکی دستگاه میزان رنگ زدایی با افزایش غلظت کاهش می‌یابد. با انتخاب فاصله بین الکترودها به اندازه cm 2 ما شاهد بیش‌ترین میزان رنگ‌زدایی در محلول بودیم. بحت و نتیجه‌گیری: نتایج حاکی از آن است که در این راکتور pH اولیه تأثیر قابل‌توجهی بر میزان رنگ‌زدایی ندارد. همچنین بیش‌ترین میزان رنگ‌زدایی به مقدار 8/99 درصد در غلظت ppm30، ولتاژ موثر KV10، فاصله الکترودی cm2، pH برابر 3 و زمان 30 دقیقه رخ داده است.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: One of the most important problems of modern society is water pollution.  Among these pollutants are organic dyes pollutant in industrial factories effluent, which the removal them is very important. The purpose of this study is to provide a solution to eliminate the methyl orange organic dye in industrial factories wastewater by Spark plasma. Material and Methodology: In this study, the decolorization and degradation of methyl orange solution were investigated by electrical discharge plasma method at the water-gas interface. The electrical discharge device used in the present work is spark type plasma with needle-plate electrode structure, with effective voltage 1-12 KV and constant frequency 13 KHz. Findings: The results show that decolorization and degradation of methyl orange dye solution begins at the air-gas-air interface, which can be due to ultraviolet radiation and production of OH radical and highly reactive species H2O2 at the air-gas interface. The effects of the discharge device parameters such as the applied voltage, electrode gap, treatment time and also chemical effects of the solution such as the concentration of the dye have a significant role on decolorization. The results showed that with increasing voltage and increasing treatment time, the amount of decolorization increases, and also by keep the electrical power of the device constant, the amount of decolorization decreases with increasing concentration. Selecting a distance of 2 cm between the electrodes, the highest amounts of decolorization in solution have been observed.    Discussion and Conclusion: In this reactor, the initial pH has no significant effect on decolorization efficiency. Also, the highest decolorization rate of 99.8% occurred at a concentration of 30 ppm, effective voltage 10 KV, electrode gap of 2 cm, initial pH = 3 and in 30 minutes treatment time.  

منابع و مأخذ:

1. Huang, F., Chen, L., Wang, H., Feng, T., & Yan, Z. (2012). Degradation of methyl orange by atmospheric DBD plasma: Analysis of the degradation effects and degradation path. Journal of Electrostatics, 70(1), 43-47.


2. Rahimpour, M., Taghvaei, H., Zafarnak, S., Rahimpour, M. R., & Raeissi, S. (2019). Post-discharge DBD plasma treatment for degradation of organic dye in water: A comparison with different plasma operation methods. Journal of Environmental Chemical Engineering, 7(4), 103220.


3. Magureanu, M., Piroi, D., Gherendi, F., Mandache, N. B., & Parvulescu, V. (2008). Decomposition of methylene blue in water by corona discharges. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 28(6), 677-688.


4. Magureanu, M., Piroi, D., Mandache, N. B., David, V., Medvedovici, A., Bradu, C., & Parvulescu, V. I. (2011). Degradation of antibiotics in water by non-thermal plasma treatment. Water research, 45(11), 3407-3416.


5. Iervolino, G., Vaiano, V., & Palma, V. (2019). Enhanced removal of water pollutants by dielectric barrier discharge non-thermal plasma reactor. Separation and Purification Technology, 215, 155-162.


6. Huang, F., Chen, L., Wang, H., Feng, T., & Yan, Z. (2012). Degradation of methyl orange by atmospheric DBD plasma: Analysis of the degradation effects and degradation path. Journal of Electrostatics, 70(1), 43-47.


7. Gao, J., Wang, X., Hu, Z., Deng, H., Hou, J., Lu, X., & Kang, J. (2003). Plasma degradation of dyes in water with contact glow discharge electrolysis. Water research, 37(2), 267-272.


8. Ceccato, P. (2009). Filamentary plasma discharge inside water: initiation and propagation of a plasma in a dense medium (Doctoral dissertation, Ecole Polytechnique X).


9. Sato, M., Tokutake, T., Ohshima, T., & Sugiarto, A. T. (2008). Aqueous phenol decomposition by pulsed discharges on the water surface. IEEE Transactions on Industry Applications, 44(5), 1397-1402.


10. Wen, Y., Shen, C., Ni, Y., Tong, S., & Yu, F. (2012). Glow discharge plasma in water: a green approach to enhancing ability of chitosan for dye removal. Journal of hazardous materials, 201, 162-169.


11. Irki, S., Ghernaout, D., & Naceur, M. W. (2017). Decolourization of methyl orange (MO) by electrocoagulation (EC) using iron electrodes under a magnetic field (MF). Desalination and Water Treatment, 79, 368-377.


12. Wang, B., Xu, M., Chi, C., Wang, C., & Meng, D. (2017). Degradation of methyl orange using dielectric barrier discharge water falling film reactor. Journal of Advanced Oxidation Technologies, 20(2).


13. Matouqa, M.A.D., Tiwaryb, A., Alawinc, A., Othmanc, J. and Kloubc, N., Evaluation of a Pilot Saline Water Treatment Unit using a Solar-Thermal Concentrator with Zero Energy Cost for Arid Regions. Water Productivity Journal (WPJ) 1 (1). 85-92.


14. Sivakumar, M.V., 2021. Climate change and water productivity. Water Productivity Journal, 1(3), pp.1-12.


15. Zhang R, Zhang C, Cheng X, Wang L, Wu Y, Guan Z. Kinetics of decolorization of azo dye by bipolar pulsed barrier discharge in a three-phase discharge plasma reactor. Journal of hazardous materials. 2007 Apr 2;142(1-2):105-10.


16. Guo, H., Jiang, N., Wang, H., Lu, N., Shang, K., Li, J., & Wu, Y. (2019). Degradation of antibiotic chloramphenicol in water by pulsed discharge plasma combined with TiO2/WO3 composites: mechanism and degradation pathway. Journal of hazardous materials, 371, 666-676.