Plasma-Activated Fenton Chemistry for Acid Blue 9 dye removal: Kinetics, physicochemical dynamics, and G₅₀ optimization

Abstract

Industrial effluents containing synthetic dyes represent one of the most persistent sources of surface water contamination, largely because conventional treatment processes fail to achieve their complete removal. In this work, we evaluated the degradation efficiency of a NonThermal Atmospheric-Pressure Plasma (NTAPP) system toward Acid Blue 9 (AB9) dye, using FeSO4 as a catalytic additive at concentrations ranging from 0.2 to 1.0 mM. Degradation was monitored by UV-Vis absorbance at 630 nm, and solution physicochemical parameters pH, electrical conductivity, salinity, total dissolved solids (TDS), and bulk solution temperature were recorded throughout treatment. After 30 minutes of plasma exposure, near complete decolorization was achieved, with optimal catalytic performance observed at 0.6 mM FeSO4. The enhanced degradation at this concentration is consistent with a Fenton-type mechanism, in which Fe2+ ions react with plasma-generated H2O2 to produce additional ·OH radicals. TOC analysis confirmed a dye mineralization efficiency exceeding 90%. These results demonstrate the potential of catalytically intensified NTAPP as an effective strategy for the treatment of dye contaminated water.

Los efluentes industriales que contienen colorantes sintéticos representan una de las fuentes más persistentes de contaminación de aguas superficiales, principalmente porque los procesos de tratamiento convencionales no logran su eliminación completa. En este trabajo, evaluamos la eficiencia de degradación de un sistema de plasma a presión atmosférica no térmico (NTAPP) para el colorante Azul Ácido 9 (AB9), utilizando FeSO₄ _como aditivo catalítico en concentraciones que van de 0,2 a 1,0 mM. La degradación se monitorizó mediante absorbancia UV-Vis a 630 nm, y se registraron los parámetros fisicoquímicos de la solución: pH, conductividad eléctrica, salinidad, sólidos disueltos totales (TDS) y temperatura de la solución a lo largo del tratamiento. Después de 30 minutos de exposición al plasma, se logró una decoloración casi completa, observándose un rendimiento catalítico óptimo a 0,6 mM de FeSO₄ _. La degradación mejorada a esta concentración es consistente con un mecanismo tipo Fenton, en el que los iones Fe²⁺ ^reaccionan con el H₂O₂ _{generado por} el plasma para producir radicales OH adicionales. El análisis de COT confirmó una eficiencia de mineralización del colorante superior al 90 %. Estos resultados demuestran el potencial del NTAPP intensificado catalíticamente como una estrategia eficaz para el tratamiento de aguas contaminadas con colorantes.