Comprehensive Study on the Decolorization and Mineralization of Dyes by Potassium Ferrate (VI) Bimo Tri Goutomo

Abstract

이 연구는 Potassium Ferrate (VI) [Fe(VI)]를 이용해 Aniline Blue (AB), Acid Violet 19 (AV19), 그리고 Metanil Yellow (MY) 염료의 탈색과 무기화를 조사한 것이다. 연구 결과, Fe(VI)는 최적 조건에서 효과적으로 염료를 탈색할 수 있는 것으로 나타났다. 중성 pH(pH 7)에서 AB, AV19, 및 MY의 2차 반응 속도 상수는 각각 49.01 M^(-1) s^(-1), 44.99 M^(-1) s^(-1), 및 93.73 M^(-1) s^(-1)로 측정되었다. 또한, 최적 몰 비율에서는 염료가 거의 완전히 제거되었으며, 45°C의 높은 온도에서 가장 높은 반응 속도 상수(𝑘𝑎𝑝𝑝)를 나타내었다. AB, AV19, 및MY의 탈색 활성화 에너지는 각각 55.23, 47.78, 및 52.86 kJ/mol 로 계산되었다. 탈색 효율은 AB 가 약 96%, AV19가 98%, 및MY가 76%였으며, 이에 대응하는 무기화 효율은 각각 19%, 31%, 11%로 나타났다. 산화 메커니즘은 주로 Fe (VI) 이온에서 생성된 radical 종(•OH)에 의해 진행되었으며, 이 과정에서 설폰산 그룹, 페놀 그룹, 벤젠 고리, 사이클로헥산 유도체 등의 중간 생성물이 형성되었다. 추가적인 산화 반응을 거쳐 최종적으로 아세트산, 이산화탄소, 물이 생성되었다. USEPA Toxicity Estimation Software Tool (TEST)를 활용한 독성 평가 결과, 중간 및 최종 분해 생성물 모두 독성이 없는 것으로 분석되었다. 염료의 완전한 분해 여부는 UV-Vis Spectrophotometer 와 TOC Analyzer 를 통해 확인되었으며, 본 연구는 Fe(VI)의 효과적이고 지속 가능한 폐수 처리 기술로서의 가능성을 보여준다.|This study investigates the decolorization and mineralization of Aniline Blue (AB), Acid Violet 19 (AV19), and Metanil Yellow (MY) dyes using Potassium Ferrate (VI) [Fe (VI)]. The results demonstrate that Fe (VI) effectively decolorizes these dyes under optimal conditions. At neutral pH (pH 7), the second-order rate constants for AB, AV19, and MY were determined to be 49.01 M^(-1) s^(-1), 44.99 M^(-1) s^(-1), and 93.73 M^(-1) s^(-1), respectively. The optimal molar ratio facilitated nearly complete dye removal, while an elevated temperature of 45°C provided the highest apparent rate constant (𝑘𝑎𝑝𝑝). The activation energies for AB, AV19, and MY decolorization were calculated as 55.23, 47.78, and 52.86 kJ/mol, respectively. The decolorization efficiencies achieved were approximately 96% for AB, 98% for AV19, and 76% for MY, with corresponding mineralization efficiencies of 19%, 31%, and 11%. The oxidation mechanism primarily involved radical species (•OH) generated from Fe (VI) ions, leading to the formation of intermediates such as sulfonic acid groups, phenol groups, benzene rings, and cyclohexane derivatives. Further oxidation resulted in the formation of final products, including acetic acid, carbon dioxide, and water. Toxicity assessment using the USEPA Toxicity Estimation Software Tool (TEST) indicated that both intermediate and final degradation products were non-toxic. Complete dye degradation was confirmed through UV-Vis Spectrophotometer and TOC Analyzer. These findings highlight the potential of Fe (VI) as an effective and sustainable solution for wastewater treatment applications.