Taguchi L 16 (4 4 ) orthogonales Array-basiertes Studium und thermodynamische Analyse für die elektro-Fenton-Prozessbehandlung von textilen Industriefarben

Zusammenfassung Reactive Orange 16 (RO16) ist der am häufigsten verwendete Azofarbstoff in der Textilindustrie. Komplexe aromatische Strukturen und Resistenz gegen biologische Zersetzung führten dazu, dass die Farbstoffverunreinigungen von den herkömmlichen oxidativen Methoden unvollständig behandelt wurden. Die vorliegende Studie präsentiert die elektro-Fenton-basierte fortschrittliche Oxidationsbehandlung von RO16-Farbstoffen sowie die Prozessoptimierung durch ein Taguchi-basiertes Versuchsdesign (DOE). Unter Verwendung eines laborbasierten Versuchsaufbaus mit einem Volumen von 500 mL wurde der Prozess zunächst für die Hauptbetriebsparameter (anfängliche Farbstoffkonzentration (q); H₂O₂/Fe²⁺ (R); Stromdichte (ρ); und Temperatur (T)) in Bezug auf Dekolorierung (DR) und COD-Entfernung (CR) untersucht. Anschließend wurde durch die Bildung des L 16 (4 4 ) orthogonalen Arrays (OA), den Standardmittelwert und das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) der Prozess für die Antwortvariablen optimiert. Das Ergebnis zeigte das optimierte Resultat bei q = 100 mg/L, R = 100, ρ = 8 mA/cm² und T = 32 °C; mit DR und CR von 90,023% und 84,344%, respectivamente. Es wurde festgestellt, dass die Stromdichte den Prozess am stärksten beeinflusst, gefolgt vom H₂O₂/Fe²⁺-Verhältnis, der anfänglichen Farbstoffkonzentration und der Temperatur, d.h. ρ > R > q > T. Zudem wurden mit der Varianzanalyse (ANOVA) Modellgleichungen für DR und CR entwickelt, deren Genauigkeit für die experimentellen Ergebnisse verifiziert wurde. Unter optimierten Bedingungen wurden die der ersten Ordnung Entfernungsratenkonstanten (ka) aus Batch-Ergebnissen ermittelt. Darüber hinaus wurden die thermodynamischen Konstanten (ΔHe, ΔSe und ΔGb) für die Natur der beteiligten Wärme-Energie und die Temperaturwirkung auf den Farbstoffabbau ebenfalls berechnet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Prozess thermodynamisch durchführbar, endotherm und nicht-spontan mit einer niedrigeren Energiebarriere (EA = 46,7 kJ mol⁻¹) war.