Title
Design, development and characterization of atmospheric plasma system for wastewater treatment: International dual doctorate
Creator
Kumar, Amit, 1992-
CONOR:
115108361
Copyright date
2022
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 25.01.2023.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Tehnološko-metalurški fakultet
Alternative title
Дизајн, развој и карактеризација плазма система на атмосферском притиску за прераду воде
Publisher
[A. Kumar]
Format
111 listova
Abstract (en)
Water pollution is currently considered one of the most important environmental concerns on a global
scale. Organic micropollutants (OMPs) are a type of emerging pollutant that is identified in a variety of
water bodies and has the potential to impact aquatic life, agriculture, and human health. Some OMPs are
frequently insufficiently eliminated by conventional convectional wastewater treatment plants, resulting
in OMPs ending up in the environment. In this regard, several advanced oxidation processes (AOPs)
have been investigated as efficient supplemental wastewater treatment techniques. Cold atmospheric
plasma is a chemical-free AOP that has recently been recognized as an efficient and promising
technology for the removal of OMPs from wastewater.
Cold atmospheric plasma is an abundant source of diverse reactive species at ambient conditions that are
attracting attention due to its potential applications in commercial and scientific exploration, such as
water treatment, agriculture, biomedical surface decontamination, and much more. In the case of water
treatment, plasma and liquid interaction can generate chemically rich reactive species such as hydroxyl
radical (HO.), atomic oxygen (O.), hydrogen peroxide (H2O2), ozone (O3), and so on. These are the most
important and strong oxidants that can cause OMPs to be oxidized and destroyed in water.
In this thesis, two separate cold atmospheric plasma sources known as 1-pin electrode and 3-pin electrode
(also known as multi-electrode system) atmospheric pressure plasma jet (APPJ) were utilized to explore
the degradation of OMPs in water. A multi-electrode-APPJ with a recirculation system was also
investigated in order to optimize the plasma-liquid contact area and the degradation of OMPs.
In both cases, plasma was ignited using a high voltage RF power supply, and argon was chosen as a
working gas. During the treatment, argon plasma was produced at the liquid surface in contact with the
surrounding air. The plasma system was tested electrically and optically. Using voltage and current
probes, the operating electrical discharge parameters (voltage and current) were investigated. The power
deposition in two different circuits (at the source and in contact with the sample) was estimated using
captured voltage and current waveforms. Optical emission spectroscopy (OES) and an intensified charge-
coupled device (ICCD) camera were used to characterize plasma optically. OES techniques were used at
various parameters to find evidence of numerous short-lived reactive species formed in the gas phase of
a plasma system. OES spectra confirmed the presence of different reactive oxygen and nitrogen species
(RONS) in a plasma discharge. The ICCD camera with a UV lens was utilized to obtain spectrally and
temporally resolved images of the plasma discharge. The ICCD was utilized in combination with
different band pass filters to capture the emission distribution of distinct RONS and excited argon in the
plasma.
In this investigation, four different OMPs were chosen as target pollutants and treated with plasma,
including two organic dyes (acid blue 25 dye and disperse red 1 dye) and one pharmaceutical (diclofenac)
and one industrial chemical (para-chlorobenzoic acid). The treatments were carried out while taking into
account many experimental parameters such as pollutant concentration, plasma treatment time, solution
volume, input plasma power, and discharge gap. Characterization of plasma-treated samples was
accomplished using a UV/Vis spectrophotometer, HPLC, and an Orbitrap-LC-MS. A pH and
conductivity analyzer was used to evaluate the pH and conductivity of the plasma-treated solution.
Several kinetic models were assessed in order to investigate the various types of order of degradation
and compute the oxidation rate of chosen OMPs. According to the study findings, plasma removed all of
the mentioned pollutants through a distinct decomposition pattern. When compared to the other three
OMPs, diclofenac showed the highest degradation. The energy yield was also calculated, which is an
important measure for determining the energy efficiency of the plasma system. For comparison, the
energy yield for 50 % pollutant removal was calculated; the highest energy yield was 6465 mg/kWh for
diclofenac degradation.
In the present study, a pollutant, such as acid blue 25 dye, was treated indirectly (plasma was not in touch
with dye solution) by using plasma-activated water (PAW). PAW was produced using pin-APPJ, then
mixed with a dye-containing solution and studied for many days to identify the role of long-lived reactive
species in dye degradation. PAW is a mixture of many stable RONS that can contribute to dye
degradation in water.
Overall, the experimental results indicate that cold atmospheric plasma-based AOPs can be used to
efficiently remove various OMPs from water. Cold atmospheric plasma-based treatment has significant
potential as a unique, chemical-free approach to water purification that might be regarded as an
alternative to traditional procedures. The findings of this study could be used to further research the
development of plasma water treatment systems for the treatment of different types of polluted waters
Abstract (sr)
Загађење воде се тренутно сматра једним од најважнијих еколошких проблема на глобалном
плану. Органски микрозагађивачи (OMP) су нова врста загађивача који се налазе у различитим
водама и имају потенцијал да утичу на живот у води, пољопривреду и здравље људи. Неки OMP
немогу бити елиминисани применом конвенционалних конвекцијских постројења за
пречишћавање отпадних вода, што доводи до тога да загађивачи заврше у животној средини. С
тим у вези, актуелна су истраживања где се неколико напредних процеса оксидације (AOP)
користе као ефикасне додатне технике третмана отпадних вода. Хладна атмосферска плазма је
AOP без хемикалија који је недавно препознат као ефикасна и обећавајућа технологија за
уклањање OMP из отпадних вода.
Хладна атмосферска плазма је извор различитих реактивних врста у амбијенталним условима
који имају потенцијалне примене у комерцијалним и научним истраживањима, као што су
третмани воде, пољопривреда, биомедицинска деконтаминација површина и још много тога. У
случају третмана воде, интеракција плазме и течности може да генерише хемијски богате
реактивне врсте као што су хидроксилни радикал (HO.), атомски кисеоник (O.), водоник пероксид
(H2O2), озон (O3) и тако даље. Ово су најважнији и најјачи оксиданти који могу изазвати
оксидацију и уништавање OMP-а у води.
У овој тези, два одвојена извора хладне атмосферске плазме познати као плазма млаз на
атмосферском притиску (APPJ) са једном шиљастом електродом и 3 шиљасте електроде (такође
назван као мултиелектродни систем) су коришћени за истраживање деградације OMP у води.
APPJ са више електрода са рециркулацијским системом је такође испитиван у тези у циљу
оптимизације контактне површине плазме и течности и деградације OMP-а.
У оба случаја, плазма је реализована уз помоћ високонапонског радиофреквентног (РФ) напајања,
а као радни гас је изабран аргон. Користећи ивор плазме на површини течности која је у контакту
са околним ваздухом настала је аргонска плазма. Плазма систем је карактерисан из помоћ
електричних и оптичких техника. Помоћу напонских и струјних сонди испитани су радни
параметри електричног пражњења (напон и струја). Депоновање снаге у два различита дела кола
(на извору и у контакту са узорком) је добијено коришћењем симљених сигнала напона и струје.
Оптичка емисиона спектроскопија (OES) и камера са интензивираним детектором коришћене су
за оптичку карактеризацију плазме. OES технике су коришћене за различите радне параметре да
би се испитала производња различитих реактивних врста формираних у гасној фази тј. у
пражњењу. Оптички емисиони спектри су потврдили присуство различитих реактивних врста
кисеоника и азота (RONS) у пражњењу. За добијање спектрално и временски разложених слика
плазме коришћена је камера са сочивом транспарентним у делу УВ спектра. Камера је коришћена
у комбинацији са различитим филтерима из УВ и видљивог опсега да би се снимила просторна
дистрибуција емисије различитих RONS и побуђеног аргона у плазми.
У овом истраживању, четири различита OMP су изабрана као циљни загађивачи који су третирани
плазмом: две органске боје (AB25 боја и DR1 боја), фармацеутски производ (диклофенак) и
индустријска хемикалија (пара-хлоробензична киселина). Третмани су спроведени узимајући у
обзир различите експерименталне параметре као што су почетна концентрација загађивача, време
третмана плазмом, запремина третираног раствора, улазна снага плазме и растојање између
извора плазме и узорка. Карактеризација узорака третираних плазмом је обављена коришћењем
спектрофотометра, HPLC и LC-MS технике. Такође је мерен pH и проводљивости раствора
третираних плазмом. Резултати су упоређени са неколико кинетичких модела да би се истражили
различити типови редоследа деградације и израчунала брзина оксидације одабраних OMP. Према
налазима студије, плазма је уклонила све поменуте загађиваче, сваки кроз специфичан образац
разлагања. У поређењу са остала три OMP-а диклофенак је показао највећи степен деградације.
Израчунат је и енергетски принос, што је важна мера за одређивање енергетске ефикасности
плазма система. Израчунат је енергетски принос за уклањање 50 % загађивача, а највећи
енергетски принос био је 6465 mg/kWh за разградњу диклофенака.
Поред тога у овој студији је загађивач AB25 боја третиран индиректно при чему плазма није била
у додиру са раствором боје већ је коришћена вода активиране плазмом (PAW). PAW је произведен
у третману дестиловане воде плазмом, а затим помешан са воденим раствором који садржи боју
и након тога праћен током неколико дана да би се идентификовала улога дугоживећих реактивних
врста у деградацији боје. PAW је мешавина многих стабилних RONS који могу допринети
разградњи боје у води.
Све у свему, експериментални резултати показују да се AOP-и засновани на хладној атмосферској
плазми могу користити за ефикасно уклањање различитих OMP-а из воде. Третман заснован на
хладној атмосферској плазми има значајан потенцијал као јединствен приступ пречишћавању
воде без хемикалија који се може сматрати алтернативом традиционалним процедурама. Налази
ове студије могли би се користити за даље истраживање развоја система за третман плазма воде
за третман многих врста загађених вода.
Abstract ()
La contaminació de l'aigua es considera actualment una de les preocupacions mediambientals més
importants a escala mundial. Els microcontaminants orgànics (OMP) són un tipus de contaminants
emergents que s'identifiquen en una varietat de cossos d'aigua i tenen el potencial d'impactar en la vida
aquàtica, l'agricultura i la salut humana. Alguns OMPs són sovint insuficientment eliminats a les plantes
de tractament d'aigües residuals convencionals, resultant en OMPs que acaben en el medi ambient. En
aquest sentit, diversos processos d'oxidació avançats (AOPs) han estat investigats com a tècniques de
tractament d'aigües residuals suplementàries eficients. El plasma atmosfèric fred és un AOP lliure de
productes químics que recentment ha estat reconegut com una tecnologia eficient i prometedora per a
l'eliminació d'OMPs de les aigües residuals.
El plasma atmosfèric fred és una font abundant d'espècies reactives en condicions ambientals que atrau
l'atenció a causa del seu potencial en l'exploració comercial i científica en el tractament de l'aigua,
l'agricultura, la descontaminació de les superfície biomèdiques, i molt més. En el cas del tractament de
l'aigua, el plasma i la seva interacció amb la superfície líquida poden generar espècies reactives com ara
el radical hidroxil (HO.), l'oxigen atòmic (O.), el peròxid d'hidrogen (H2O2), l'ozó (O3), i d´altres. Aquests
són els oxidants més importants i forts que poden causar que els OMP s'oxiden i destrueixin en aigua.
En aquesta tesi, es van utilitzar dues fonts de plasma atmosfèric fred conegudes com a elèctrode de 1 pin
i elèctrode de 3 pins (també conegut com a sistema multipin) per explorar la degradació dels OMPs en
aigua. També es va investigar un multipin-APPJ amb un sistema de recirculació per optimitzar l'àrea de
contacte plasma-líquid i la degradació dels OMPs.
En ambdós casos, el plasma es va encendre utilitzant una font d'alimentació de radiofreqüència (RF)
d'alta tensió, i l'argó va ser triat com a gas de treball. Durant el tractament, es va produir plasma d'argó a
la superfície líquida en contacte amb l'aire circumdant. El sistema de plasma es va provar elèctricament
i òpticament. Utilitzant sonda de voltatge i corrent, es van investigar els paràmetres de descàrrega
elèctrica en funcionament (voltatge i corrent). La deposició de potència en dos circuits diferents (a la font
i en contacte amb la mostra) es va estimar utilitzant voltatge capturat i la forma de les ones de corrent.
L'espectroscòpia d'emissió òptica (OES) i una càmera de dispositiu d'acoblament de càrrega intensificada
(ICCD) es van utilitzar per caracteritzar el plasma òpticament. Les tècniques d'OES es van utilitzar en
diversos paràmetres per trobar evidència de nombroses espècies reactives de curta durada formades en
la fase gasosa del sistema de plasma. Els espectres OES van confirmar la presència de diferents espècies
reactives d'oxigen i nitrogen (RONS). La càmera ICCD amb una lent UV es va utilitzar per obtenir
imatges resoltes espectralment i temporalment de la descàrrega de plasma. L'ICCD es va utilitzar en
combinació amb diferents filtres de pas de banda per capturar la distribució d'emissió de diferents RONS
i argó excitat en el plasma.
En aquesta investigació, quatre OMPs diferents van ser escollits com a contaminants objectiu i vam ser
tractats amb plasma, incloent-hi dos tints orgànics (blau àcid 25 i dispersa color vermell 1 tint) i dos
fàrmacs (diclofenac i àcid paraclorobenzoic). Els tractaments es van dur a terme tenint en compte molts
paràmetres experimentals com la concentració de contaminants, el temps de tractament del plasma, el
volum de la solució, l'energia del plasma d'entrada i el buit de descàrrega. La caracterització de mostres
tractades amb plasma es va realitzar utilitzant un espectrofotòmetre UV/Vis, HPLC, i un UPLC-Orbitrap.
El pH i la conductivitat de la solució tractada amb plasma també es va analitzar. Es van avaluar diversos
models cinètics per investigar els diferents tipus d'ordre de degradació i calcular la taxa d'oxidació dels
OMPs escollits. D'acord amb les troballes de l'estudi, el plasma va eliminar tots els contaminants
esmentats mitjançant un patró de descomposició diferent. En comparació amb els altres tres OMPs, el
diclofenac va mostrar el grau de degradació més alta. També es va calcular el rendiment energètic, que
és una mesura important per determinar l'eficiència energètica del sistema de plasma. En comparació, es
va calcular un rendiment energètic per a l'eliminació de contaminants del 50 %; el rendiment energètic
més alt va ser de 6465 mg/kWh per a la degradació de diclofenac.
En l'estudi actual, un contaminant, com el blau àcid 25 tint, va ser tractat indirectament (el plasma no
estava en contacte amb la solució del tint) mitjançant l'ús d'aigua (PAW) activada pel plasma. La PAW
es va produir utilitzant pin-APPJ, després es va barrejar amb una solució que contenia tint i va estudiar
durant una llarga exposició per identificar el paper de les espècies reactives de llarga vida en la
degradació del tint. La PAW és una barreja de molts RONS estables que poden contribuir a la degradació
dels tints en l'aigua.
En general, els resultats experimentals indiquen que els AOPs basats en plasma atmosfèric fred es poden
utilitzar per eliminar de manera eficient diversos OMPs a l'aigua. El tractament basat en el plasma
atmosfèric fred té un potencial significatiu com un enfocament únic i lliure de productes químics per a
la purificació de l'aigua que podria considerar-se una alternativa als procediments tradicionals. Els
resultats d'aquest estudi podrien ser utilitzats per a investigar més el desenvolupament de sistemes de
tractament d'aigua amb plasma per tractar diferents tipus d'aigua contaminada, La contaminació de l'aigua es considera actualment una de les preocupacions mediambientals més
importants a escala mundial. Els microcontaminants orgànics (OMP) són un tipus de contaminants
emergents que s'identifiquen en una varietat de cossos d'aigua i tenen el potencial d'impactar en la vida
aquàtica, l'agricultura i la salut humana. Alguns OMPs són sovint insuficientment eliminats a les plantes
de tractament d'aigües residuals convencionals, resultant en OMPs que acaben en el medi ambient. En
aquest sentit, diversos processos d'oxidació avançats (AOPs) han estat investigats com a tècniques de
tractament d'aigües residuals suplementàries eficients. El plasma atmosfèric fred és un AOP lliure de
productes químics que recentment ha estat reconegut com una tecnologia eficient i prometedora per a
l'eliminació d'OMPs de les aigües residuals.
El plasma atmosfèric fred és una font abundant d'espècies reactives en condicions ambientals que atrau
l'atenció a causa del seu potencial en l'exploració comercial i científica en el tractament de l'aigua,
l'agricultura, la descontaminació de les superfície biomèdiques, i molt més. En el cas del tractament de
l'aigua, el plasma i la seva interacció amb la superfície líquida poden generar espècies reactives com ara
el radical hidroxil (HO.), l'oxigen atòmic (O.), el peròxid d'hidrogen (H2O2), l'ozó (O3), i d´altres. Aquests
són els oxidants més importants i forts que poden causar que els OMP s'oxiden i destrueixin en aigua.
En aquesta tesi, es van utilitzar dues fonts de plasma atmosfèric fred conegudes com a elèctrode de 1 pin
i elèctrode de 3 pins (també conegut com a sistema multipin) per explorar la degradació dels OMPs en
aigua. També es va investigar un multipin-APPJ amb un sistema de recirculació per optimitzar l'àrea de
contacte plasma-líquid i la degradació dels OMPs.
En ambdós casos, el plasma es va encendre utilitzant una font d'alimentació de radiofreqüència (RF)
d'alta tensió, i l'argó va ser triat com a gas de treball. Durant el tractament, es va produir plasma d'argó a
la superfície líquida en contacte amb l'aire circumdant. El sistema de plasma es va provar elèctricament
i òpticament. Utilitzant sonda de voltatge i corrent, es van investigar els paràmetres de descàrrega
elèctrica en funcionament (voltatge i corrent). La deposició de potència en dos circuits diferents (a la font
i en contacte amb la mostra) es va estimar utilitzant voltatge capturat i la forma de les ones de corrent.
L'espectroscòpia d'emissió òptica (OES) i una càmera de dispositiu d'acoblament de càrrega intensificada
(ICCD) es van utilitzar per caracteritzar el plasma òpticament. Les tècniques d'OES es van utilitzar en
diversos paràmetres per trobar evidència de nombroses espècies reactives de curta durada formades en
la fase gasosa del sistema de plasma. Els espectres OES van confirmar la presència de diferents espècies
reactives d'oxigen i nitrogen (RONS). La càmera ICCD amb una lent UV es va utilitzar per obtenir
imatges resoltes espectralment i temporalment de la descàrrega de plasma. L'ICCD es va utilitzar en
combinació amb diferents filtres de pas de banda per capturar la distribució d'emissió de diferents RONS
i argó excitat en el plasma.
En aquesta investigació, quatre OMPs diferents van ser escollits com a contaminants objectiu i vam ser
tractats amb plasma, incloent-hi dos tints orgànics (blau àcid 25 i dispersa color vermell 1 tint) i dos
fàrmacs (diclofenac i àcid paraclorobenzoic). Els tractaments es van dur a terme tenint en compte molts
paràmetres experimentals com la concentració de contaminants, el temps de tractament del plasma, el
volum de la solució, l'energia del plasma d'entrada i el buit de descàrrega. La caracterització de mostres
tractades amb plasma es va realitzar utilitzant un espectrofotòmetre UV/Vis, HPLC, i un UPLC-Orbitrap.
El pH i la conductivitat de la solució tractada amb plasma també es va analitzar. Es van avaluar diversos
models cinètics per investigar els diferents tipus d'ordre de degradació i calcular la taxa d'oxidació dels
OMPs escollits. D'acord amb les troballes de l'estudi, el plasma va eliminar tots els contaminants
esmentats mitjançant un patró de descomposició diferent. En comparació amb els altres tres OMPs, el
diclofenac va mostrar el grau de degradació més alta. També es va calcular el rendiment energètic, que
és una mesura important per determinar l'eficiència energètica del sistema de plasma. En comparació, es
va calcular un rendiment energètic per a l'eliminació de contaminants del 50 %; el rendiment energètic
més alt va ser de 6465 mg/kWh per a la degradació de diclofenac.
En l'estudi actual, un contaminant, com el blau àcid 25 tint, va ser tractat indirectament (el plasma no
estava en contacte amb la solució del tint) mitjançant l'ús d'aigua (PAW) activada pel plasma. La PAW
es va produir utilitzant pin-APPJ, després es va barrejar amb una solució que contenia tint i va estudiar
durant una llarga exposició per identificar el paper de les espècies reactives de llarga vida en la
degradació del tint. La PAW és una barreja de molts RONS estables que poden contribuir a la degradació
dels tints en l'aigua.
En general, els resultats experimentals indiquen que els AOPs basats en plasma atmosfèric fred es poden
utilitzar per eliminar de manera eficient diversos OMPs a l'aigua. El tractament basat en el plasma
atmosfèric fred té un potencial significatiu com un enfocament únic i lliure de productes químics per a
la purificació de l'aigua que podria considerar-se una alternativa als procediments tradicionals. Els
resultats d'aquest estudi podrien ser utilitzats per a investigar més el desenvolupament de sistemes de
tractament d'aigua amb plasma per tractar diferents tipus d'aigua contaminada
Authors Key words
Cold atmospheric plasma, electrical and optical characterization of plasma, treatment of
organic micropollutants (OMPs)
Authors Key words
хладна плазма на атмосферском притиску, електрична и оптичка карактеризација
плазме, третман органских микрозагађивача (OMP)
Classification
66.088:628.3(043.3)
Subject
plasma atmosfèric fred, caracterització elèctrica i òptica del plasma, tractament de
microcontaminants orgànics (OMP)
Type
Tekst
Abstract (en)
Water pollution is currently considered one of the most important environmental concerns on a global
scale. Organic micropollutants (OMPs) are a type of emerging pollutant that is identified in a variety of
water bodies and has the potential to impact aquatic life, agriculture, and human health. Some OMPs are
frequently insufficiently eliminated by conventional convectional wastewater treatment plants, resulting
in OMPs ending up in the environment. In this regard, several advanced oxidation processes (AOPs)
have been investigated as efficient supplemental wastewater treatment techniques. Cold atmospheric
plasma is a chemical-free AOP that has recently been recognized as an efficient and promising
technology for the removal of OMPs from wastewater.
Cold atmospheric plasma is an abundant source of diverse reactive species at ambient conditions that are
attracting attention due to its potential applications in commercial and scientific exploration, such as
water treatment, agriculture, biomedical surface decontamination, and much more. In the case of water
treatment, plasma and liquid interaction can generate chemically rich reactive species such as hydroxyl
radical (HO.), atomic oxygen (O.), hydrogen peroxide (H2O2), ozone (O3), and so on. These are the most
important and strong oxidants that can cause OMPs to be oxidized and destroyed in water.
In this thesis, two separate cold atmospheric plasma sources known as 1-pin electrode and 3-pin electrode
(also known as multi-electrode system) atmospheric pressure plasma jet (APPJ) were utilized to explore
the degradation of OMPs in water. A multi-electrode-APPJ with a recirculation system was also
investigated in order to optimize the plasma-liquid contact area and the degradation of OMPs.
In both cases, plasma was ignited using a high voltage RF power supply, and argon was chosen as a
working gas. During the treatment, argon plasma was produced at the liquid surface in contact with the
surrounding air. The plasma system was tested electrically and optically. Using voltage and current
probes, the operating electrical discharge parameters (voltage and current) were investigated. The power
deposition in two different circuits (at the source and in contact with the sample) was estimated using
captured voltage and current waveforms. Optical emission spectroscopy (OES) and an intensified charge-
coupled device (ICCD) camera were used to characterize plasma optically. OES techniques were used at
various parameters to find evidence of numerous short-lived reactive species formed in the gas phase of
a plasma system. OES spectra confirmed the presence of different reactive oxygen and nitrogen species
(RONS) in a plasma discharge. The ICCD camera with a UV lens was utilized to obtain spectrally and
temporally resolved images of the plasma discharge. The ICCD was utilized in combination with
different band pass filters to capture the emission distribution of distinct RONS and excited argon in the
plasma.
In this investigation, four different OMPs were chosen as target pollutants and treated with plasma,
including two organic dyes (acid blue 25 dye and disperse red 1 dye) and one pharmaceutical (diclofenac)
and one industrial chemical (para-chlorobenzoic acid). The treatments were carried out while taking into
account many experimental parameters such as pollutant concentration, plasma treatment time, solution
volume, input plasma power, and discharge gap. Characterization of plasma-treated samples was
accomplished using a UV/Vis spectrophotometer, HPLC, and an Orbitrap-LC-MS. A pH and
conductivity analyzer was used to evaluate the pH and conductivity of the plasma-treated solution.
Several kinetic models were assessed in order to investigate the various types of order of degradation
and compute the oxidation rate of chosen OMPs. According to the study findings, plasma removed all of
the mentioned pollutants through a distinct decomposition pattern. When compared to the other three
OMPs, diclofenac showed the highest degradation. The energy yield was also calculated, which is an
important measure for determining the energy efficiency of the plasma system. For comparison, the
energy yield for 50 % pollutant removal was calculated; the highest energy yield was 6465 mg/kWh for
diclofenac degradation.
In the present study, a pollutant, such as acid blue 25 dye, was treated indirectly (plasma was not in touch
with dye solution) by using plasma-activated water (PAW). PAW was produced using pin-APPJ, then
mixed with a dye-containing solution and studied for many days to identify the role of long-lived reactive
species in dye degradation. PAW is a mixture of many stable RONS that can contribute to dye
degradation in water.
Overall, the experimental results indicate that cold atmospheric plasma-based AOPs can be used to
efficiently remove various OMPs from water. Cold atmospheric plasma-based treatment has significant
potential as a unique, chemical-free approach to water purification that might be regarded as an
alternative to traditional procedures. The findings of this study could be used to further research the
development of plasma water treatment systems for the treatment of different types of polluted waters
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.