Synergistic bromothymol blue dye degradation with hydrodynamic cavitation and hydrogen peroxide (HC-H2O2)

This study assessed the degradation of bromothymol blue in a Venturi device based on a hybrid process that combines hydrodynamic cavitation (HC) and hydrogen peroxide (H₂O₂). A Rotatable Central Composite Design (RCCD) was used to optimize the following variables: pressure, reaction time and molar ratio of hydrogen peroxide. Degradation efficiencies were evaluated based on Chemical Oxygen Demand (COD) and color removals before and after Venturi treatment. Maximum COD (93.42%) and color (93.28%) removals were observed at 4.0 bar inlet pressure, at a treatment time of 25 minutes and at H₂O₂/effluent (dye) molar ratio of 30:1. The hydrodynamic cavitation/hydrogen peroxide system has great potential to remove normally recalcitrant organic pollutants.

Keywords:
advanced oxidation process; rotatable central composite design; Venturi

Authorship

Polyane Ribeiro Machado

Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental. Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Avenida. Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: pollyaneribeiro@hotmail.com, tvribeiro88@hotmail.comUniversidade Federal do Triângulo MineiroBrazilUberaba, MG, BrazilPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental. Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Avenida. Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: pollyaneribeiro@hotmail.com, tvribeiro88@hotmail.com

http://orcid.org/0000-0002-1989-0571

Thiago Vinícius Ribeiro Soeira

http://orcid.org/0000-0003-0321-5448

Fausto de Souza Pagan

Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais. Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Avenida Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: faustopagan1@hotmail.com Universidade Federal do Triângulo MineiroBrazilUberaba, MG, BrazilPrograma de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais. Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Avenida Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: faustopagan1@hotmail.com

http://orcid.org/0000-0003-0932-9489

Geoffroy Roger Pointer Malpass

Departamento de Engenharia Química. Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Avenida Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: geoffroy.malpass@uftm.edu.brUniversidade Federal do Triângulo MineiroBrazilUberaba, MG, BrazilDepartamento de Engenharia Química. Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Avenida Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: geoffroy.malpass@uftm.edu.br

http://orcid.org/0000-0002-0036-5750

Julio Cesar de Souza Inácio Gonçalves

Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental. Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas. Departamento de Engenharia Ambiental. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM). Avenida Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: julio.goncalves@uftm.edu.br, deusmaque.ferreira@uftm.edu.br Universidade Federal do Triângulo MineiroBrazilUberaba, MG, BrazilPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental. Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas. Departamento de Engenharia Ambiental. Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM). Avenida Dr. Randolfo Borges Júnior, n° 1400, CEP: 38064-200, Uberaba, MG, Brazil. E-mail: julio.goncalves@uftm.edu.br, deusmaque.ferreira@uftm.edu.br

http://orcid.org/0000-0001-5584-5527

Deusmaque Carneiro Ferreira ^**Corresponding author: Deusmaque Carneiro Ferreira, e-mail: deusmaque.ferreira@uftm.edu.br

http://orcid.org/0000-0001-9338-0863

^*Corresponding author: Deusmaque Carneiro Ferreira, e-mail: deusmaque.ferreira@uftm.edu.br

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Figures | Tables | Formulas

Figures (5)
Tables (6)
Formulas (10)

P1 (bar)	P2 (bar)	Flow rate (L s^-1)	Velocity (m s^-1)	Cv (-)
0.6	0.056	0.059	8.48	2.62
2.0	0.059	0.155	22.30	0.38
4.0	0.063	0.211	30.26	0.21
6.0	0.067	0.243	34.91	0.16
6.4	0.067	0.249	35.65	0.15

Experiments	Peroxide (mol H₂O₂ mol of BTB^-1)	Time (min)	Inlet pressure (bar)
1	10 (-1)	10 (-1)	2 (-1)
2	40 (+1)	10 (-1)	2 (-1)
3	10 (-1)	30 (+1)	2 (-1)
4	40 (+1)	30 (+1)	2 (-1)
5	10 (-1)	10 (-1)	6 (+1)
6	40 (+1)	10 (-1)	6 (+1)
7	10 (-1)	30 (+1)	6 (+1)
8	40 (+1)	30 (+1)	6 (+1)
9	50 (+α)	20 (0)	4 (0)
10	0.1 (-α)	20 (0)	4 (0)
11	25 (0)	37 (+α)	4 (0)
12	25 (0)	3 (-α)	4 (0)
13	25 (0)	20 (0)	6.4 (+α)
14	25 (0)	20 (0)	0.6 (-α)
15	25 (0)	20 (0)	4 (0)
16	25 (0)	20 (0)	4 (0)
17	25 (0)	20 (0)	4 (0)

Experiments	BTB (mg L^-1)	BTB reduction (%)	COD (mg L^-1)	COD reduction (%)
1	14.98	91.70	57.07	91.22
2	21.66	88.00	96.52	85.15
3	17.82	90.13	59.93	90.78
4	17.47	90.32	62.72	90.35
5	20.61	88.58	71.30	89.03
6	15.76	91.27	45.63	92.98
7	23.05	87.23	85.54	86.84
8	15.29	91.53	64.94	90.01
9	12.78	92.92	47.25	92.73
10	78.16	56.70	279.43	57.01
11	17.20	90.47	59.93	90.78
12	27.22	84.92	105.49	83.77
13	13.37	92.59	47.25	92.73
14	21.64	88.01	71.30	89.03
15	12.56	93.04	42.77	93.42
16	16.01	91.13	59.93	90.78
17	12.13	93.28	45.17	93.05

Experiment	H₂O₂ (mol)	Time (min)	Color (mg L^-1)	Color reduction (%)	COD (mg L^-1)	COD reduction (%)
1	30	25	176.16	2.41	636.30	2.11

Brasil

Brasil

Synergistic bromothymol blue dye degradation with hydrodynamic cavitation and hydrogen peroxide (HC-H2O2)

Degradação sinérgica do corante azul de bromotimol com cavitação hidrodinâmica e peróxido de hidrogênio (CH-H2O2)

Abstract

Synergistic bromothymol blue dye degradation with hydrodynamic cavitation and hydrogen peroxide (HC-H₂O₂)

Degradação sinérgica do corante azul de bromotimol com cavitação hidrodinâmica e peróxido de hidrogênio (CH-H₂O₂)