Degradation of Anthraquinone Dye AG-25 Using CNF400 Nanoferrite via a Dark Heterogeneous Fenton Process

Abstract

يتناول هذا البحث إزالة صبغة "الأخضر الحمضي 25" من نوع الأنثراكينون، باستخدام نانوفيريتات من فيريت النحاس عبر عملية فنتون غير متجانسة تُنفذ في الظلام. يهدف هذا العمل إلى تقييم فعالية هذه المحفزات النانوية في معالجة مياه الصرف الصناعي، مع تحسين ظروف التشغيل باستخدام تصميم مركب مركزي ضمن منهجية الاستجابة السطحية. تمت دراسة تأثير المتغيرات الأساسية مثل كمية المحفز، وتركيز بيروكسيد الهيدروجين، وزمن التفاعل. أظهرت النتائج أن الشروط المثلى (0.5 غرام لكل لتر من فيريت النحاس، 3 مليمول لكل لتر من بيروكسيد الهيدروجين، لمدة 60 دقيقة) قد حققت نسبة إزالة للون بلغت حوالي 98.6 بالمئة. النموذج الإحصائي المستخدم (التصميم المركب المركزي – Central Composite Design) أظهر دقة تنبؤية عالية، مما يؤكد موثوقيته. كما أظهرت الدراسة قابلية المحفز لإعادة الاستخدام مع ثبات كفاءته، مما يجعله خياراً فعالاً ومستداماً لمعالجة المياه الملوثة بالأصباغ. الكلمات المفتاحية: الأخضر الحمضي 25، نانوفيريتات، فنتون غير متجانس، معالجة المياه، التصميم التجريبي. Abstract This research focuses on the degradation of the anthraquinone dye Acid Green 25 (AG25) using CNF400 nanoferrites through a heterogeneous Fenton-like process conducted in the dark. The objective is to evaluate the effectiveness of these nanocatalysts in wastewater treatment and to optimize the process parameters using Central Composite Design (CCD) under the Response Surface Methodology (RSM). The influence of key variables such as catalyst dose, hydrogen peroxide concentration, and reaction time was studied. The optimal operating conditions (0.5 g/L catalyst, 3 mM H₂O₂, and 60 minutes reaction time) led to a decolorization efficiency of 98.6%. The CCD model demonstrated strong predictive performance (R² = 0.9973), confirming its reliability. The reusability and stability of the catalyst across multiple cycles highlight its potential as an effective and sustainable solution for dye-contaminated wastewater treatment. Keywords: Acid Green 25, nanoferrites, heterogeneous Fenton process, wastewater treatment, Central Composite Design, dye degradation. Résumé Ce travail porte sur la dégradation du colorant anthraquinonique Vert Acide 25 (AG25) à l’aide de nanoferrites de ferrite (CNF400) via un procédé Fenton hétérogène réalisé dans l’obscurité. L’objectif est d’évaluer l’efficacité de ces nanocatalyseurs dans le traitement des eaux usées et d’optimiser les paramètres du processus en utilisant le plan d’expérience Central Composite Design (CCD) dans le cadre de la méthodologie des surfaces de réponse (RSM). L’influence de variables clés telles que la dose de catalyseur, la concentration de peroxyde d’hydrogène et le temps de réaction a été étudiée. Les résultats ont montré que les conditions optimales (0,5 g/L de catalyseur, 3 mM H₂O₂, 60 minutes temps de reaction) permettent d’atteindre un taux de décoloration allant jusqu’à 98,6 %. Le modèle CCD a montré une performance prédictive remarquable (R² = 0,9973), confirmant sa fiabilité. La réutilisabilité et la stabilité du catalyseur sur plusieurs cycles démontrent son potentiel comme solution efficace et durable pour le traitement des eaux colorées. Mots-clés : Vert Acide 25, nanoferrites CNF400, procédé Fenton hétérogène, traitement des eaux usées, plan d’expérience CCD, dégradation des colorants.