Photocatalytic Color Removal of C.I. Reactive Black 5

Abstract

In this study, the use of H₂O₂ (hydrogen peroxide)/UV (Ultraviolet) process, from the advanced oxidation processes used for industrial wastewater treatment, has been investigated on photocatalytic color removal of C.I. Reactive Black 5 dye. The samples were examined for hydrogen peroxide initial concentration, temperature, pH, color and COD (chemical oxygen demand) values. The color removal rates reached were 99.71% in neutral medium, 99.86% in acidic medium and 94.81% in basic medium. Furthermore, the corresponding COD removal rates were 38.91% and 41.44% and 20,73, respectively. It was observed that the fastest color removal at the initial concentration of 0.5 ml/l H₂O₂ occurred in acidic medium (99% color removal rate at 55 min). Experiments were carried out by changing the initial concentration of hydrogen peroxide in the acidic medium, which reached the fastest color removal results. It was observed that the concentration increase increased the rate of decolorization (99% color yield time: 30 min) compared to the concentrations of 0.5 and 2.5 ml/l H₂O₂ in these experiments. However, between hydrogen concentrations of 2.5 ml / l and 5 ml / l H₂O₂ there was no difference in the increase in the amount of peroxide. As a result, photocatalytic removal of color obtained for C.I. Reactive Black 5; showed that H₂O₂/UV application can be used successfully in the treatment of industrial wastewater.

Keywords

• Textile effluent,color removal,pH,H2O2,UV

C.I. REACTIVE BLACK 5 BOYARMADDESİNİN FOTOKALİTİK RENK GİDERİMİ

Abstract

Bu çalışma kapsamında endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılan ileri oksidasyon proseslerinden H₂O₂ (hidrojen peroksit) / UV (Ultraviyole) kullanımının C.I. Reactive Black 5 boyarmaddesinin fotokatalitik olarak renk giderimine etkisi araştırılmıştır. Numuneler hidrojen peroksit başlangıç konsantrasyonu, sıcaklık, pH, renk ve KOİ (kimyasal oksijen ihtiyacı) değerleri açısından incelenmiştir. Belirlenen koşullar altında renk giderim verimleri 0,5 ml/l H₂O₂ konsantrasyonunda nötr ortamda %99,71, asidik ortamda %99,76, bazik ortamda %94,81 ve KOİ giderim verimi ise sırasıyla %38,91 %41,44 ve %20,73 olmuştur. 0,5 ml/l H₂O₂ başlangıç konsantrasyonunda renk gideriminin en hızlı (55. dk’da %99 renk giderim oranı) asidik ortamda gerçekleştiği gözlenmiştir. En hızlı renk giderimi sonuçlarına ulaşılan asidik ortamda hidrojen peroksit başlangıç konsantrasyonu değiştirilerek denemeler yapılmıştır. Yapılan bu denemelerdeki 0,5 ve 2,5 ml/l H₂O₂ konsantrasyonları karşılaştırıldığında konsantrasyon artışının renk giderim hızını artırdığı gözlenmiştir (%99 renk verimine ulaşılan süre: 30 dk) ancak 2,5 ml/l ve 5 ml/l H₂O₂ konsantrasyonları arasında hidrojen peroksit miktarındaki artışa değecek bir fark gözlenmemiştir. Sonuç olarak yapılan denemelerde C.I. Reactive Black 5 için elde edilen fotokatalitik renk giderim verimi; endüstriyel atıksuların arıtımında H₂O₂/UV uygulamasının başarıyla kullanılabilir olduğunu göstermiştir. 

Keywords

• Tekstil atıksuları,renk giderimi,pH,H2O2,UV

References

1. Alebouyeh, A., Alebouyeh, H. and Moussa, Y. (2003) Critical effect of hydrogen peroxide in photochemical oxidative decolourisation of dyes: Acid Orange 8, Acid Blue 74 and Methyl Orange , Dyes and Pigments. 57, 67-75.doi:10.1016/S0143-7208(03)00010-X
2. Aniş, P. ve Eren, H.A. (1998) Boyahane Atıksularından Rengin Uzaklaştırılmasında Uygun Teknolojilerin Gözden Geçirilmesi, Tekstil Terbiye & Teknik, 3(31), 74-79.
3. Argun, M.E. ve Karatas, M. (2011) Application of Fenton process for decolorization of reactive black 5 from synthetic wastewater: Kinetics and thermodynamics. Environmental Progress & Sustainable Energy, 30(4), 540-548.doi:10.1002/ep
4. Babuponnusami, A. and Muthukumar, K. (2014) A Review on Fenton and Improvements to the Fenton Process for Wastewater Treatment, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2(1), 557–572.doi:10.1016/j.jece.2013.10.011
5. Bahrama, M., Salamia, S.,Moghtadera, M., Moghadama, P.N., Fareghia, A.R., Rasoulib, M. and Salimpourb S. (2017) Photocatalytic Degradation of Anionic Azo Dyes Acid Orange 7 and Acid Red 88 in Aqueous Solutions Using TiO2-containing Hydrogel, Analytical and Bioanalytical Chemistry Research, 4(1), 53-63.doi:10.22036/abcr.2017.41098
6. Costa, F.A., Reis, E.M., D, Azevedo, J.C. and Nozaki, J. (2004) Bleaching and photodegradation of textile dyes by H2O2 and solar or ultraviolet radiation, Solar Energy, 77, 29-35.
7. Daneshvar, N., Rabbanı, M., Modırshahla, N. And Behnajady, M.A. (2005) Photooxidative degradation of Acid Red 27 in tubular continuous-flow photoreactor: influence of operational parameters and mineralization products, Journal of Hazardous Material B 118, 155–160.
8. Eren, H.A, Kurcan, P., Aniş, P., (2007) Boyamada Kullanılan Yardımcı Kimyasal Maddelerin Reaktif Boyama AtıkSularının Ozonlanmasına Etkileri, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 12 (2), 53-60.

9. Gogate, P. R. and Pandit, A. B., (2004) A review of imperative technologies for wastewater treatment I: oxidation technologies at ambient conditions, Advances in Environmental Research, 8, 501-551.doi:10.1016/S1093-0191(03)00032-7
10. Gökkuş, Ö.ve Çiner, F, (2010) Dıspers Sarı 119 Ve Dıspers Kırmızı 167 İçeren Atıksuların Fenton Oksidasyon Prosesi İle Renk Ve Koı Giderimlerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 25(1), 49-55.
11. Gönder, Z.B. ve Barlas, H, (2005) Fenton Prosesi İle Renkli Atıksulardan Renk ve KOİ Giderimi, II. Mühendislik Bilimleri Genç Araştırmacılar Kongresi, İstanbul, 562-567.
12. Gül, Ş., ve Yıldırım, Ö. (2009) Degradation of Reactive Red 194 and Reactive Yellow 145 Azo Dyes by O3 and H2O2/UV-C Processes, Chemical Engineering Journal, 155(3), 684-690. doi:10.1016/j.cej.2009.08.029
13. Gürtekin, E. ve Şekerdağ, N. (2008) Color removal from textile wastewater with fenton process, Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 26(3), 216-226.
14. Gülümser, T., Akça, C. ve Bahtiyari, M.İ., (2009) Yün Terbiyesinde Ozonla İşlemin Beyazlık Derecesine Etkisinin Araştırılması, Tekstil Ve Konfeksiyon, 1, 52-55.
15. He, Z., Lin, L.,. Song, S, Xia, M., Xu, L., Ying, H. and Chen J. (2008) Mineralization of C.I. Reactive Blue 19 by ozonation combined with sonolysis: performance optimization and degradation mechanism, Sep. Purif. Technol., 62(2), 376–381.doi:10.1016/j.seppur.2008.02.005
16. Jeric, T., Bisselink, R.J.M,. Van, T.W. and Le Marechal, A. M. (2013) Decolorization and Mineralization of Reactive Dyes by the H2O2/UV Process with Electrochemically Produced H2O2, Acta Chimica Slovenica, 60 (3), 666–72.
17. Karaboyacı, M. ve Uğur, Ş.S. (2010) Akrilik Liflerinin Ağartılması için Alternatif Yöntem Araştırması, Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, 4(3), 1-8.
18. Katalaz Testi, (2018). Ulusal Mikrobiyoloji Standartları (UMS), TC Sağlık Bakanlığı, Hazırlayan Birim Klinik Bakteriyoloji Tanı Standartları Çalışma Grubu. Erişim Adresi:http://www.mikrobiyoloji.thsk.saglik.gov.tr/Dosya/tani-rehberi/test-prosedurleri/UMS-B-TP-10 (Erişim Tarihi: 02.01.2018)
19. Khataee, A., Aleboyeh, H., Sheydaei, M. and Alebouyeh A. (2016) Comprehensive monitoring of the performance of homogenous and heterogeneous UV/H2O2/S2O8 22/Fe2+ processes in mineralization of Acid Red 73, Research Chemistry Intermed, 42, 571-580.doi: 10.1007/s11164-015-2042-1
20. Kılıç, M. Y. ve Kestioğlu, K. (2008) Endüstriyel Atıksuların Arıtımında İleri Oksidasyon Prosesleri, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 13(1), 67-80.
21. Koç, E. ve Üstün, A. S., (2008) Patojenlere Karşı Bitkilerde Savunma Ve Antioksidanlar, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 24 (1-2) 82-100.
22. Kuo, W.G. (1992) Decoloriziting dye Wastewater with Fenton Reagent, Water Research, 26(7), 881-886.doi:10.1016/0043-1354(92)90192-7
23. Minibaeva, F.V. and Gordon L.Kh., (2003) Superoxide Production and the Activity of Extracellular Peroxidase in Plant Tissues under Stress ConditionsRussian Journal of Plant Physology, 50(3), 459-464.doi: 10.1023/A:1023842808624
24. Mıtrovıc, M., Radovıc, D.B., Tatjanaandelkovıc, M.P., and Aleksandar, B. (2012) Decolorization of textile azo dye Reactive Orange 16 with UV/H2O2 process, Serbian Chemical Society, 77(4), 465-481.doi:10.2298/JSC110216187M
25. Muruganandham, M. and Swaminathan, M. (2004) Decolourisation of Reactive Orange 4 by Fenton and Photo-Fenton Oxidation Technology, Dyes and Pigments, 63(3), 315-321.doi:10.1016/j.dyepig.2004.03.004
26. Nıcholls, P., Fıta, I. and Loewen, P.C. (2000) Enzymology and Structure of Catalases, Advances in Inorganic Chemistry, 51, 51-106.doi: 10.1016/S0898-8838(00)51001-0
27. Palas, B., Ersöz, G. ve Atalay, S. (2017) Çevre dostu atıksu arıtımı yöntemleri ile mikrokirletici giderimi kinetiğinin incelenmesi:LaFeO3 perovskit tipi katalizör varlığında metilen mavisinin Fenton benzeri oksidasyon, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 32(4), 1181-1191.doi:10.17341/gazimmfd.369536
28. Panda, N., Sahoo, H. and Mohapatra, S. (2011) Decolourization of Methyl Orange using Fenton-like mesoporous Fe2O3–SiO2 composite, Journal of Hazardous. Material, 185, 359–365.doi:10.1016/j.jhazmat.2010.09.042
29. Radovic, M.D., Mitrovic J.Z., Bojic, D.V., Antonijevic, M.D., Kostic, M.M., Baosic, R.M. and Bojic, A.L., (2014) Effects of system parameters and inorganic salts on the photodecolourisation of textile dye Reactive Blue 19 by UV/H2O2 process, Water South African, 40(3), 571-578.doi:10.4314/wsa.v40i3.21
30. Reactive Black 5 kimyasal formülü, (2018). Erişim Adresi: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product (Erişim Tarihi: 29.12.2017)
31. Skodic, L., Vajnhadl, S., Volmajer, J., Zeljko, J., Vončina, B. and Lobnik, A. (2017) Comparative Study of Reactive Dyes Oxidation by H2O2/UV, H2O2/UV/Fe and H2O2 /UV/Fe Processes, Ozone: Science & Engineering, 39(1), 14-23.doi:10.1080/01919512.2016.1229173
32. Solmaz, S.K.A., Birgül, A., Üstün, G.E., and Yonar, T. (2006) Colour and COD removal from textile effluent by coagulation and advanced oxidation processes, Coloration Technology, 122, 102-109.doi: 10.1111/j.1478-4408.2006.00016.x
33. Stylidi, M., Kondarides, D.I. and. Verykios, X.E. (2004) Visible light-induced photocatalytic degradation of Acid Orange 7 in aqueous TiO2 suspensions, Applied Catalysis B: Environmental.,47(3), 189-201. doi:10.1016/j.apcatb.2003.09.014
34. Sun, J.H, Sun, S.P., Wang, G.L. and Qiao L.P. (2007) Degradation of azo dye Amido black 10B in aqueous solution by Fenton oxidation process, Dyes and Pigments, 74, 647-652.doi:10.1016/j.dyepig.2006.04.006
35. Sun, S.P., Li, C.J., Sun, J.H., Shi, S.H., Fan, M.H. and Zhou, Q. (2009) Decolorization of an azo dye Orange G in aqueous solution by Fenton oxidation process: Effect of system parameters and kinetic study, Journal of Hazardous. Material, 161(2-3), 1052-1057.doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.04.080
36. Vandevivere, P.C., Bianchi, R., Verstreate, W. (1998) Treatment and reuse of wastewater from the textile wet processing industry: Review of emerging technologies, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 72, 289-302.doi: 10.1002/(SICI)1097-4660(199808)72
37. Vural, T. ve Çelen, E. (2005) Sıvı Dezenfektan Olarak Hidrojen Peroksit, Perasetik Asit ve Türevi Alet Dezenfektanlarının Kullanım İlkeleri. Kombinasyonlarının Kıyaslanması, Ulusal Sterilizasyon Dezenfeksiyon Kongresi, Antalya, 200-206.
38. Yang, B., Tian, Z., Zhang, L., Guo, Y. and Yan S. (2015) Enhanced heterogeneous Fenton degradation of Methylene Blue by nanoscale zero valent iron (nZVI) assembled on magnetic Fe3O4/reduced graphene oxide, Journal. Water. Process. Eng., 5, 101-111.doi:/10.1016/j.apcatb.2017.01.075
39. Yıldırım, E. (2010). Tuzlu Topraklarda Katalaz Enziminin Aktivitesi ve Kinetiği, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
40. Zollınger, H (2003) Color Chemistry: Syntheses, Properties and Applications of Organic Dyes and Pigments, Wiley, Germany.