Journal of Environmental Health Engineering

en بهینه سازی فناوری اکسیداسیون پیشرفته پلاسمای سرد اتمسفری در تخریب میکروپلاستیک‌ پلی‌پروپیلن با مدل آماری رویه پاسخ Optimizing Atmospheric Cold Plasma-Based Advanced Oxidation for the Degradation of Polypropylene Microplastics Using Response Surface Methodology تخصصي Special پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">زمینه و هدف: حضور میکروپلاستیک‌ها در محیط زیست می‌تواند تهدیدی جدی برای سلامت انسان‌ها به شمار آید. این پژوهش به بررسی عملکرد فرایند پلاسمای سرد اتمسفری در تجزیه میکروپلاستیک‌های پلی‌پروپیلن در محلول‌های آبی اختصاص یافته است. مواد و روش ها: در این مطالعه، متغیرهای زمان واکنش (۶۰-۳۰ دقیقه)، ولتاژ ورودی (۴۰-۲۰ کیلوولت)، دبی هوا (۲۰-۱۰ لیتر در دقیقه)، pH  (۸-۴) و غلظت اولیه میکروپلاستیک (۱۰۰۰-۵۰۰ عدد در لیتر) با استفاده از طراحی ترکیبی مرکزی بهینه‌سازی شدند. شناسایی مقدار میکروپلاستیک ها بر اساس شمارش میکروسکوپی انجام شد. مطالعات تکمیلی شامل تعیین سینتیک واکنش، تاثیر عوامل ماخله گر یونی، تاثیر رباینده های رادیکال، انرژی مصرفی و کاهش COD و TOC در شرایط بهینه بودند. یافته ها: مدل آماری درجه دوم (Quadratic) حاصل از طراحی ترکیبی مرکزی از دقت بالایی برخوردار بود و تحلیل آماری (۰/۰۰۰۱p<) نشان داد که افزایش زمان و ولتاژ تأثیر مثبت قابل توجهی بر راندمان حذف داشت، درحالی که افزایش بیش از حد غلظت اولیه، نرخ جریان هوا و تغییرات شدید pH باعث کاهش کارایی می‌شدند. بیشترین بازدهی در شرایط بهینه به ۷۳/۲ درصد رسید. ولتاژ بهینه ۲۵ کیلوولت و نرخ جریان بهینه ۱۴ لیتر بر دقیقه تعیین شد. pH خنثی بیشترین پایداری گونه‌های رادیکال فعال را فراهم می‌کرد. سینتیک واکنش از نوع درجه اول بود و آزمایش‌های مهارکننده رادیکال نشان داد که رادیکال‌های هیدروکسیل بیشترین نقش در تخریب را دارند. حضور یون‌های می‌تواند فرآیند را به نوعی تضعیف یا تقویت کند. شاخص‌های مصرف انرژی ویژه نشان‌دهنده بهره‌وری بالای این فناوری برای تصفیه آب‌های آلوده به میکروپلاستیک‌ها است. نتیجه گیری: در مجموع، پلاسمای سرد اتمسفری با راندمان حذف 2/73 درصد در شرایط بهینه، به‌عنوان روشی مؤثر و دارای بهره‌وری انرژی قابل قبول برای حذف میکروپلاستیک‌های پلی‌پروپیلن از آب معرفی می‌شود.</div> <div style="text-align: justify;">Background: The presence of microplastics in the environment poses a significant threat to human health. This study aimed to evaluate the performance of an atmospheric cold plasma (ACP) process for the degradation of polypropylene microplastics in aqueous solutions. Materials and Methods: In this laboratory-scale experimental study, key operational parameters including reaction time (30–60 min), applied voltage (20–40 kV), airflow rate (10–20 L/min), pH (4–8), and initial microplastic concentration (500–1000 particles/L) were optimized using a Central Composite Design. Microplastic quantification was performed via microscopic counting. Additional analyses included kinetic modeling, assessment of interfering ions, radical scavenger experiments, energy consumption evaluation, and measurement of COD and TOC removal under optimal conditions. Results: The quadratic model derived from CCD was highly significant (p < 0.0001) and demonstrated that increasing reaction time and applied voltage significantly enhanced removal efficiency. In contrast, higher initial concentrations, excessive airflow rates, and extreme pH conditions negatively affected process performance. The maximum removal efficiency was achieved under optimal conditions, with an applied voltage of 25 kV and an airflow rate of 14 L/min. Neutral pH provided greater stability of reactive species. Kinetic analysis indicated that degradation followed a first-order kinetic model. Radical scavenging experiments confirmed that hydroxyl radicals were the dominant reactive species responsible for degradation. The presence of inorganic ions exhibited both inhibitory and promoting effects depending on their type and concentration. Specific energy consumption analysis demonstrated acceptable energy efficiency of the process. Conclusion: The atmospheric cold plasma process achieved a removal efficiency of 73.2% under optimized conditions and can be considered a promising and energy-efficient approach for the removal of polypropylene microplastics from aqueous environments.</div> فرایند پلاسمای سرد اتمسفری, میکروپلاستیک, پلی پروپیلن, بهینه سازی, طراحی ترکیبی مرکزی, محیط های آبی Atmospheric cold plasma process, Microplastics, Polypropylene, Optimization, Central Composite Design, Aqueous Environments 367 392 http://jehe.abzums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-946-1&slc_lang=en&sid=1 Ali Seyedi علی سیدی 100319475328460010818 0009-0000-6612-5701 No Department of Environmental Science and Engineering, Wt.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه علوم و مهندسی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران غرب، تهران، ایران Roya Mafigholami رویا مافی غلامی r.mafigholami@wtiau.ac.ir 100319475328460010819 100319475328460010819 Yes Department of Environment, Wt.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران غرب، تهران، ایران Shahroz Saviz شهروز ساویز 100319475328460010820 100319475328460010820 No Department of Physics, Faculty of Science and Converging Technologies, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری های همگرا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران Amir Hossein Sari امیرحسین ساری 100319475328460010821 100319475328460010821 No Department of Physics, Faculty of Science and Converging Technologies, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری های همگرا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران