analysis of effective parameters on electro fenton system with stainless steel and graphite electrodes for removing synthetic wastewater of acid orange 7

[ ' 1 . i n t r o d u c t i o n s y n t h e t i c d y e s a n d s p e c i a l l y a z o d y e s a r e c o m m o n p o l l u t a n t s f o u n d i n t e x t i l e a n d d y e i n g i n d u s t r i e s e f f l u e n t . a z o d y e s a r e t h e m o s t i m p o r t a n t c l a s s o f s y n t h e t i c d y e s a n d a n d r e p r e s e n t a b o u t 7 0 % o f a l l w o r l d d y e s c o n s u m p t i o n . t e x t i l e e f f l u e n t c a n c a u s e c o n s i d e r a b l e p o l l u t i o n a n d r i s e h i g h h e a l t h r i s k f a c t o r s d u e t o l o o s o f 2 0 % o f d y e s i n p r o c e s s a n d l a r g e s c a l e o f d y e s u s e d i n t h e s e i n d u s t r i e s . t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e t e x t i l e w a s t e w a t e r a r e h i g h c o l o r i n t e n s i t y a n d v i s i b i l i t y i n v e r y l o w c o n c e n t r a t i o n s ' , ' c o m p l e x c h e m i c a l s t r u c t u r e s ' , ' a n d l i g h t r e s i s t a n c e a n d h a r d t o b i o d e g r a d a b i l i t y ' , ' v a r i a b i l i t y i n p h r a n g e a n d a b o v e o f t h e s e t h e y h a v e h i g h c a r c i n o g e n i c a n d m u t a g e n i c p o t e n t i a l . g e n e r a l l y ' , ' t h e p h y s i c a l ' , ' c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l m e t h o d s w e r e u s e d f o r t r e a t i n g t e x t i l e w a s t e w a t e r c a n b e m e n t i o n e d a s e l e c t r o c o a g u l a t i o n ' , ' a d s o r p t i o n ' , ' f e n t o n ' , ' p h o t o ' , ' f e n t o n a n d p h o t o ' , ' c a t a l y t i c p r o c e s s . i n r e c e n t y e a r s ' , ' a d v a n c e d o x i d a t i o n t e c h n o l o g i e s h a v e b e e n d e s c r i b e d a s e f f i c i e n t p r o c e d u r e s t o o b t a i n h i g h o x i d a t i o n y i e l d s f r o m s e v e r a l k i n d s o f o r g a n i c c o m p o u n d s . t h e s e m e t h o d s m i n e r a l i z e a n d c o n v e r s e p o l l u t a n t s i n t o c o 2 ' , ' h 2 o a n d i n o r g a n i c i o n s ' , ' b y t h e a c t i o n o f h y d r o x y l r a d i c a l ' , ' w h i c h a c t s a s a n o n s e l e c t i v e a n d s t r o n g o x i d a n t o f o r g a n i c s . e l e c t r o ' , ' f e n t o n i s a c o m m o n a d v a n c e d o x i d a t i o n p r o c e s s e s w h i c h c o n t a i n s e l e c t r o c h e m i c a l p r o d u c t i o n o f h 2 o 2 a n d f e n t o n p r o c e s s t h a t m a k e s e a c h p r o c e s s m o r e e f f i c i e n t . i t s a d v a n t a g e s a r e l o w o p e r a t i o n c o s t ' , ' h i g h p o t e n t i a l f o r c o m p l e t e d e s t r u c t i o n a n d r e m o v a l o f o r g a n i c p o l l u t a n t s i n t o h a r m l e s s c o m p o u n d s s u c h a s c o 2 ' , ' w a t e r a n d m i n e r a l s a l t s . e l e c t r o ' , ' f e n t o n p r o c e s s i n v o l v e s t h e r e a c t i o n o f a h o m o g e n e o u s o r g a n i c c o n t a m i n a n t s w i t h s t r o n g o x i d a n t s ' , ' h 2 o 2 t h a t p r o d u c e d b y i n j e c t i n g a i r i n t o w a t e r n e a r t h e c a r b o n e l e c t r o d e c a t h o d e a n d t h e i r o n i o n a s c a t a l y s t p r o d u c e h y d r o x y l r a d i c a l w h i c h e v e n t u a l l y l e d t o t h e d e c o m p o s i t i o n o f o r g a n i c c o m p o u n d s . 2 . m a t e r i a l s a n d m e t h o d s i n t h i s s t u d y ' , ' e l e c t r o c h e m i c a l p r o c e s s w a s d e v e l o p e d a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e i n a 5 0 0 m l r e c t a n g u l a r p l e x i g l a s s c u b i c r e a c t o r w h i c h i n c l u d e s t w o e l e c t r o d e s ' , ' a n a n o d e m a d e o f 3 0 4 s t a i n l e s s s t e e l a n d a g r a p h i t e c a t h o d e p l a c e d 3 c m f r o m e a c h o t h e r a n d a p m ' , ' 3 0 0 5 d p o w e r s u p p l y . a i r w a s b l o w i n g i n t h e c a t h o d i c z o n e b y a n r s e l e c t r i c a l 6 1 0 a i r g e n e r a t o r p u m p a n d a n i k a r h ' , ' b a s s i c 2 m a g n e t i c s t i r r e r w a s u s e d t o m i x a n d h o m o g e n i z e t h e s a m p l e . t h e o t h e r e q u i p m e n t s u s e d i n t h i s s t u d y i n c l u d e a k e r n p l s 3 6 0 ' , ' 3 d i g i t a l s c a l e w i t h 0 . 0 0 1 a c c u r a c y a n d m e t r o h m 6 9 1 p h m e t e r . t h e a m o u n t o f d y e i n s o l u t i o n i s m e a s u r e d b y u s i n g a h a c h d r ' , ' 4 0 0 0 s p e c t r o p h o t o m e t e r a t a w a v e l e n g t h o f m a x i m u m a b s o r p t i o n o f a c i d o r a n g e 7 ( 4 8 5 n m ) a n d t h e c a l i b r a t i o n c u r v e o f d y e c o n c e n t r a t i o n s ' , ' r e s p e c t i v e l y . i n t h i s s t u d y ' , ' s e v e r a l p a r a m e t e r s i n c l u d i n g c u r r e n t i n t e n s i t y ( 0 . 3 ' , ' 0 . 6 ' , ' 0 . 9 a n d 1 . 2 a ) ' , ' a e r a t i o n r a t e s ( 0 ' , ' 3 . 5 a n d 7 l / m i n ) ' , ' e l e c t r o d e s a r e a ( 3 0 ' , 6 0 , ' 9 0 c m 2 ) ' , ' i n i t i a l p h ( 2 ' , 3 , ' 6 . 5 a n d 9 ) a n d e n e r g y c o n s u m p t i o n w e r e e x a m i n e d . i n o r d e r t o m a i n t a i n t h e f l o w o f e l e c t r i c i t y i n t h e c e l l s ' , ' n a 2 s o 4 ( m e r c k ) 0 . 0 1 m w a s u s e d . a l l e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e m e t h o d o f a n a l y s i s o f w a t e r a n d w a s t e w a t e r . 3 . r e s u l t s & d i s c u s s i o n 3 . 1 . e f f e c t o f c u r r e n t i n t e n s i t y t h e i n f l u e n c e o f c u r r e n t i n t e n s i t y h a s b e e n i n v e s t i g a t e d i n t h e r a n g e o f 0 . 3 t o 1 . 2 a . ' , ' w h e n c u r r e n t i n t e n s i t y w a s 0 . 3 ' , ' d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y w a s 7 1 % a f t e r 1 2 0 m i n r e a c t i o n . i n c r e a s e o f c u r r e n t i n t e n s i t y t o 1 . 2 a c o u l d e n h a n c e d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y t o 9 4 % ' , ' c a u s e d b y i n c r e a s i n g p r o d u c t i o n o f f e r r o u s i o n s a n d h y d r o g e n p e r o x i d e t h a t r e s u l t s t o e n h a n c e t h e p r o d u c t i o n o f h y d r o x y l r a d i c a l . w h e n t h e c u r r e n t i n t e n s i t y w a s i n c r e a s e d f u r t h e r ' , ' e x c e s s i v e h y d r o x y l r a d i c a l s w o u l d b e c o n s u m e d v i a f o l l o w i n g s i d e r e a c t i o n s w h i c h m a y r e d u c e t h e d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y . f e 2 + + o h 0 → f e 3 + + o h ' , ' ( 1 ) h 2 o 2 + o h 0 → h o 2 0 + h 2 o ( 2 ) o h 0 → o 2 ( g ) + 2 h + + 2 e ' , ' ( 3 ) d u e t o t h e d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y a t c u r r e n t i n t e n s i t i e s o f 0 . 6 a n d 1 . 2 a w e r e a p p r o x i m a t e l y e q u a l ' , ' t h e c u r r e n t i n t e n s i t y o f 0 . 6 a w a s s e l e c t e d a s t h e o p t i m u m l e v e l w i t h l o w e r p o w e r c o n s u m p t i o n t h a n o t h e r c a s e s ( 0 . 2 4 k w h / p p m ) . 3 . 2 . e f f e c t o f a i r f l o w i n c r e a s i n g t h e a i r f l o w r a t e f r o m 0 t o 3 . 5 l / m i n r e s u l t e d i n a n i n c r e a s e o f t h e a c i d o r a n g e 7 r e m o v a l e f f i c i e n c y f r o m 8 0 t o 9 0 p e r c e n t a t 1 5 0 m i n . t h e r e m o v a l e f f i c i e n c y r e m a i n e d c o n s t a n t w h e n t h e a i r r a t e w a s i n c r e a s e d t o 7 l / m i n . t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t i n c r e a s i n g a i r f l o w l e a d s t o i n c r e a s e h y d r o g e n p e r o x i d e a n d e n h a n c e d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y b y i m p r o v i n g p r o d u c t i o n o f h y d r o x i d e r a d i c a l s ' , ' b u t f u r t h e r i n c r e a s e i n a i r f l o w w o u l d l e a d t o r e d u c e r e m o v a l e f f i c i e n c y b y c o n s u m p t i o n o f h y d r o x i d e r a d i c a l w i t h e x c e e d h y d r o g e n p e r o x i d e ( r e a c t i o n 2 ) . 3 . 3 . e f f e c t o f e l e c t r o d e s u r f a c e t h e r e s u l t s s h o w e d t h a t w h e n t h e e l e c t r o d e s u r f a c e w e r e 3 0 ' , ' 6 0 a n d 9 0 c m 2 ' , ' t h e d e g r a d a t i o n p e r c e n t o f a c i d o r a n g e 7 a f t e r 3 0 0 m i n w e r e 6 8 ' , ' 8 9 a n d 9 7 p e r c e n t ' , ' r e s p e c t i v e l y . h o w e v e r b y i n c r e a s i n g t i m e r e a c t i o n ' , ' d y e r e m o v a l r e a c h e s t o c o n s t a n t v a l u e . i t w a s w e l l k n o w n t h a t t h e a m o u n t s o f e l e c t r o ' , ' f e n t o n r e a g e n t s w o u l d b e i n c r e a s e d b y e n h a n c i n g e l e c t r o d e s u r f a c e a n d r e s u l t i n i n c r e a s i n g d y e d e g r a d a t i o n . 3 . 4 . e f f e c t o f i n i t i a l p h d u e t o t h e d i r e c t p r o d u c t i o n o f h y d r o g e n p e r o x i d e i n s i t u ' , ' t h e h i g h e s t d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y w a s o b t a i n e d a t p h = 2 b e c a u s e i n t h i s p h ' , ' h 2 o 2 i s m o r e s t a b l e a n d c o u l d b e p r o d u c e d m o r e e f f i c i e n t l y . a n y w a y ' , ' i n c r e a s e t h e i n i t i a l p h l e a d t o r e d u c e d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y i n t h e f i r s t 6 0 m i n u t e s . d y e r e m o v a l e f f i c i e n c y i s d e c r e a s e d b y i n c r e a s i n g t h e p h t o t h e n e u t r a l a n d a l k a l i n e r a n g e s b e c a u s e o f t h e f o r m a t i o n o f f e r r i c h y d r o x i d e s p e c i e s ' , ' r e d u c t i o n i n t h e f e r r o u s i o n s r e p r o d u c t i o n a n d r e d u c t i o n i n h y d r o g e n p e r o x i d e g e n e r a t i o n . t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d y e r e m o v a l w e r e 7 6 ' , 6 4 , 6 2 , ' a n d 5 5 p e r c e n t ' , ' w i t h i n i t i a l p h o f 2 ' , 3 , ' 6 . 5 a n d 9 a t 6 0 m i n e l e c t r o l y s i s r e s p e c t i v e l y . h o w e v e r w i t h i n c r e a s i n g t i m e r e a c t i o n ' , ' e f f i c i e n c y o f d y e r e m o v a l i m p r o v e d a t i n i t i a l p h o f 6 . 5 t o 9 5 p e r c e n t a t 1 8 0 m i n e l e c t r o l y s i s . s o i n i t i a l p h o f 6 . 5 w a s s e l e c t e d a s o p t i m u m c o n d i t i o n f o r r e d u c i n g c h e m i c a l m a t e r i a l f o r r e l e a s i n g w a s t e w a t e r i n t o t h e e n v i r o n m e n t . 4 . c o n c l u s i o n t h i s p a p e r h a s c o n s i d e r e d t h e e l e c t r o ' , ' f e n t o n t r e a t m e n t o f a n a z o d y e w i t h p r o d u c i n g i n s i t u h y d r o g e n p e r o x i d e b y o x y g e n r e d u c t i o n o n g r a p h i t e c a t h o d e . t h e e f f e c t s o f c u r r e n t i n t e n s i t y ' , ' a i r f l o w r a t e ' , ' i n i t i a l p h a n d e l e c t r o d e s u r f a c e w e r e i n v e s t i g a t e d . t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w e d t h a t e l e c t r o ' , ' f e n t o n p r o c e s s i s a b l e t o d e c o m p o s e o r g a n i c c o m p o u n d s w i t h o u t p r o d u c i n g s l u d g e a s w e l l a s t h e o x i d i z i n g a g e n t ( h 2 o 2 ) t h a t p r o d u c e o n l y o x y g e n a n d w a t e r ' , ' s o t h i s p r o c e s s c a n b e u s e d f o r t r e a t m e n t o r p r e ' , ' t r e a t m e n t o f w a s t e w a t e r c o n t a i n i n g t o x i c a n d n o n ' , ' b i o d e g r a d a b l e m a t e r i a l s ' , ' e s p e c i a l l y t e x t i l e e f f l u e n t s . f r o m t h e o b t a i n e d r e s u l t s ' , ' a f t e r 3 0 0 m i n o f e l e c t r o l y s i s ' , ' 9 0 p e r c e n t d y e r e m o v a l w a s a c h i e v e d u n d e r o p t i m u m c o n d i t i o n ( c u r r e n t i n t e n s i t y = 0 . 6 a ' , ' p h = 6 . 5 ' , ' n o a e r a t i o n ' , ' e l e c t r o d e s u r f a c e = 6 0 c m 2 a n d e n e r g y c o n s u m p t i o n = 0 . 2 4 k w h / p p m ) ' , ' w h i c h s h o w s e l e c t r o ' , ' f e n t o n i s t h e p r o p e r w a y t o d e g r a d e a c i d o r a n g e 7 . ' ]