Karakterizacija poroznega grafenovega oksida, pridobljenega iz praška datljevega semena, in njegova uporaba kot okoljskega funkcionalnega materiala za odstranjevanje barvila iz vodnih raztopin Ⅱ

3.3. Adsorpcijska učinkovitost semen GO-Date

3.3.1. Adsorpcijska učinkovitost semen GO-Date

Raziskana je bila adsorpcijska sposobnost semen GO-date pri odstranjevanju barvila PTZS. Vrednost 0.05 g semen GO-date, porazdeljenih v 25 ml raztopine barvila PTZS (C0=27 ppm) s stresanjem pri 298 K in pH=9, je imela 98-odstotno adsorpcijo zmogljivost. Koncentracijo opomnika raztopine barvila smo določili po 60 minutah.

Kliknite tukaj, če želite izvedeti več o funkciji Cistanche Boost Energy

3.3.2. Vpliv začetnega pH

pH vzorca je ključna komponenta pri nadzoru protonacije površine adsorbenta. Adsorpcijski testi so bili izvedeni z uporabo 0.05 g grafenovega oksida, dispergiranega v 25 ml raztopine barvila PTZS (C0=11 ppm) 30 minut pri 298 K s stresanjem, in odstotek adsorpcije (Ads. odstotki) Slika 7 prikazuje pH raztopine barvila v odvisnosti od časa. Največji (Ads. odstotek) je bil 67,9 odstotka, 89,2 odstotka, 87,5 odstotka, 98,98 odstotka in 72,6 odstotka pri pH območju 2, 4, 7, 9 oziroma 11. Pri pH=9 je bila adsorpcijska zmogljivost skoraj 100-odstotna za odstranitev onesnaževal [45].

Slika 7. Učinki adsorpcije pH PTZS s semeni GO-date (C0:11 mg/L, T: 298 K, odmerek adsorbenta:0.05 g/L, kontaktni čas: 30 min )

3.3.3. Vpliv kontaktnega časa

Časovna odvisnost adsorpcije barvila PTZS na GO-date Seeds je bila ovrednotena, da se določi kontaktni čas za adsorpcijo, kot je prikazano na sliki 8, kot funkcija časa, ko je bilo 0.05 g adsorbenta grafenovega oksida dispergirano v 25 ml Raztopina barvila PTZS (C=11 ppm) pri pH 9 in 298 K do 75 min s stalnim stresanjem. Adsorpcijska zmogljivost je bila dosežena v dveh korakih: relativno hiter korak (strm naklon), ki je trajal do 30 minut, sledil mu je počasnejši korak, ki je trajal dlje, da se je doseglo ravnovesje. Izboljšana začetna adsorpcijska sposobnost je posledica razpoložljivosti večjega števila aktivnih mest za adsorpcijo barvila PTZS na začetku procesa. Poleg tega teksturne značilnosti adsorbenta grafenovega oksida omogočajo, da barvilo PTZS preide v pore (difuzija znotraj delcev) in sproži proces adsorpcije na aktivnih mestih na površini por.

Slika 8. Vpliv kontaktnega časa na adsorpcijo PTZS s semeni GO-date (C0: 11 mg /L, T: 298K, pH: 9, odmerek adsorbenta: 0.05 g /L, Kontaktni čas: 30 min).

3.3.4. Učinek začetne koncentracije

Za boljše razumevanje učinka začetne koncentracije barvila PTZS na adsorpcijsko sposobnost adsorbenta GO-date Seed so bile preiskave izvedene z različnimi začetnimi koncentracijami raztopine barvila PTZS. Za to raziskavo smo 50 mg adsorbenta grafenovega oksida dodali 25 ml raztopini barvila z začetno koncentracijo 1,2, 4,1, 12, 27 ali 28 ppm pri pH=9 pri 298 K za 30 minut med stresanjem. Slika 9 prikazuje pridobljene podatke, ki prikazujejo zmanjševanje odstotka adsorpcije z naraščanjem koncentracije barvila. Poleg tega je bila najvišja adsorpcijska zmogljivost dosežena pri 1,2 mg/L in je padla, ko se je zvišala začetna koncentracija barvila, z največjo adsorpcijo okoli 98 odstotkov. Povečanje koncentracije barvila je povzročilo nasičenje raztopine z molekulami barvila, kar je adsorbentu otežilo adsorpcijo dodatnih molekul adsorbenta [39].

Slika 9. Učinek začetne koncentracije barvil PTZ na adsorpcijo s semeni GO-date (T: 298 K, pH: 9, odmerek adsorbenta: 0.05 g/L Kontaktni čas: 30 min).

3.4. Kinetika adsorpcije

Z adsorpcijo barvila PTZS so trije znani kinetični modeli, in sicer Elovich mod. els, psevdo-prvega reda in psevdo-drugega reda so bili uporabljeni za identifikacijo kinetičnih parametrov. Linearne izraze teh kinetičnih modelov je mogoče uporabiti na naslednje načine (46)

kjer sta (qe) in=(qt) količini adsorbata (PTZS) barvila, adsorbiranega v ravnotežju oziroma kadar koli t v (mg/g). K1 in K2 označujeta konstante hitrosti psevdo prvega reda (min-in psevdo drugega reda (g/mg. min) in označujeta začetno hitrost absorpcije (mg/g. min) in adsorpcijo. Ker vsi predhodni modeli niso uspeli razjasniti procesa difuzije in faz, ki določajo hitrost, je bila uporabljena difuzija znotraj delcev Model, ki sta ga vzpostavila Weber in Moris (47) je naslednji:

kjer je tudi (qt), kot je predstavljeno prej, in (Kdiff) je konstanta hitrosti difuzije znotraj delcev (mg/g. min 0.5); C je dogodek, ki označuje širino mejne plasti (mg/g).

Slika 10 prikazuje prilagojene podatke, izpeljane iz eksperimentalnih ugotovitev teh modelov (Slika 10a–c), medtem ko so kinetični faktorji vključeni v Tabelo 1. Eksperimentalne podatke je bolje prilagodil model psevdodrugega reda z R2 blizu 1.000. Poleg tega je bila adsorpcijska kapaciteta, izračunana s tem modelom (4,883 mg/g), znatno bližja eksperimentalni vrednosti (4,920 mg/g) kot izračun modela psevdo prvega reda (R 2=0.781). Te ugotovitve kažejo, da je psevdo-drugi red primeren za proces adsorpcije. Elovichev model pogosto ustreza procesu kemisorpcije na energijsko heterogeni trdni snovi. Eksperimentalni podatki za proučevani vzorec niso ustrezali temu modelu (R 2=0.0,496), kar kaže, da je fizisorpcija najverjetnejši adsorpcijski mehanizem. Slika 9 prikazuje, kako se model Weber-Morisove difuzije znotraj delcev ujema z eksperimentalnimi rezultati. Številka ni linearna v raziskanem obdobju in ne prečka vira, kar kaže, da adsorpcija ni enostopenjski proces. Na grafu sta bili vidni dve prekrivajoči se črti, ena je predstavljala hitro površinsko adsorpcijo, druga pa polstabilno fazo difuzije znotraj delcev (druga črta).

Tabela 1. Koeficienti modelov psevdo-prvega reda, psevdo-drugega reda, kinetičnih modelov Elovich in modelov difuzije delcev Weber-Morisntra za adsorpcijo semen GO-date na PTZS.

3.5. Adsorpcija

Izotermne študije Ker temperatura vpliva na proces adsorpcije, je bil vpliv temperature na učinkovitost adsorpcije raziskan z uporabo 0.05 g za 25 ml raztopine barvila PTZS pri začetni koncentraciji 11 ppm in pH 9, kot je prikazano na sliki 11. Glede na ugotovitve je adsorpcijska kapaciteta padla s 53,7 odstotka na 4,43 odstotka, ko se je temperatura povzpela z 298 na 338 K. Adsorpcija barvila PTZS je eksotermni proces in je bil prvi pokazatelj tega obnašanja. Ta odnos je pokazal desorpcija molekul adsorbata s površine adsorbenta in njihova kasnejša migracija v raztopino. Na splošno je adsorpcijska zmogljivost upadla, ko se je temperatura dvignila

Slika 11. Vpliv temperature barvila PTZS na adsorpcijo s semeni GO-date. (Co=11 ppm, pH: 9, Doziranje adsorbenta: 0,05 g /L, Kontaktni čas: 30 min)

Za boljše razumevanje procesa adsorpcije so bili razviti trije različni modeli izoterm, vsak s svojim nizom predpostavk: Freundlich, Langmuir in DubininRadshkevich so bili implementirani in povezani s pridobljenimi podatki. Slika 12a-c prikazuje podatke o prilagojenem ravnotežju, pridobljene iz adsorpcijske izoterme treh predhodnih modelov, tabela 2 pa navaja ocenjene koeficiente.

kjer je max največja količina adsorbata v ravnovesju (v mg/g); Ce je koncentracija adsorbata (mg/L); konstanta Langmuirjeve izoterme (L/mg), faktor intenzivnosti, Freundlichova konstanta [mg/g (mg/L) 1/n] so KL, n oziroma KF; q(D–R); oziroma in ε sta Polanyi0 potencial (mol2/kJ2), hipotetična adsorpcijska kapaciteta pri nasičenju (mg/g) in adsorpcijska energija za vsak mol adsorbata (mol2/kJ2). R je plinska konstanta (8,314 × 10−3 kJ /K mol) (K) in T je uporabljena temperatura. Tudi ko delec adsorbata potuje od neskončnosti do trdne površine adsorbenta (kJ/mol), je E povprečna energija na molekulo adsorbata.

Znatnejši korelacijski koeficient (R2 ≈ 0.96) je bil dobro prilagojen Freundlichovemu izotermnemu modelu adsorpcije barvila PTZS, kar je izboljšava Langmuirjevega modela. Ti podatki podpirajo fiziosorpcijsko hipotezo, v kateri je adsorpcija adsorbata večplastna na površini adsorbenta. Slika 12c prikazuje model izoterme D–R, ki zazna (q_(D–R)) in ( ) iz odseka in naklona grafa ln qe proti ε 2, čemur sledi izračun proste energije z uporabo enačbe:

3.6. Termodinamična študija

Izrazi za te termodinamične parametre so bili najprej uporabljeni, kot sledi.

Kjer je T temperatura (kelvin). R je običajna plinska konstanta (8,314 × 10−3 KJK−1mol−1); na sliki 11 so bile narisane vrednosti (∆H/R) in (∆S/R), ki so bile izračunane iz odseka in naklona črte, ki je ravna na grafu ln Kd proti 1/T . Eksotermni značaj nizke afinitete in adsorpcije adsorbenta je povezan s pomembnimi negativnimi vrednostmi H in S (tabela 3). Nespontana narava se poveča z naraščajočo temperaturo, stopnja spontanosti pa se z naraščajočo temperaturo zmanjšuje. S primerjavo naših rezultatov s prejšnjimi študijami smo ugotovili, da je adsorpcijska učinkovitost datljevih semen omogočila visoko odstranitev onesnaženosti vode kot drugi materiali (tabela 4).

3.7. Semena GO-Date za večkratno uporabo pri adsorpciji

Grafenov oksid je obnovljiv adsorbent, kar nam omogoča, da ga uporabljamo za ponavljajočo se adsorpcijo onesnaževal po regeneraciji. Adsorbirano PTZ barvilo na površini semen GO-date se je sprostilo. Adsorbent smo sprali z DI vodo in takoj uporabili v naslednjem adsorpcijskem poskusu, potem ko se je posušil. Po štirih adsorpcijskih ciklih (kot je prikazano na sliki 13, je regenerirani GO ohranil 90 odstotkov svoje zmogljivosti, kar kaže, da je GO-date odličen adsorbent za večkratno uporabo.

4. Sklepi

Na koncu tega eseja lahko zaključimo, da so bila semena datljev, pridobljena iz živilskih odpadkov v Savdski Arabiji, uspešno pretvorjena v kemično aktiviran naravni adsorbent GO, kjer je bila adsorpcijska zmogljivost 98,8 odstotka s fizikalnimi lastnostmi in eksotermno naravo proti naraščajoči temperaturi, pa tudi dejavniki, ki vplivajo nasorpcijska učinkovitostsorpcijskega procesa. Kinetika adsorpcije je bila psevdodrugega reda. Vsi podatki o ravnotežju, pridobljeni pri različnih temperaturah, se popolnoma ujemajo z modelom Freundlichove izoterme. Pozitivne vrednosti ∆G in negativne vrednosti ∆H in ∆S kažejo, da je proces adsorpcije barvila nespontan in eksotermičen, na mejni površini trdne snovi ali raztopine pa se pojavi povečanje naključnosti. Avtorji so bili uspešni pri reševanju bistvenega okoljevarstvenega in ekološkega problema v KSA v zvezi zkopičenje prednjaodpadki hrane; in sicer semena datljev, z recikliranjem inponovna uporaba odpadkov za naravno proizvodnjoaktivirani sorbentni material, ki je bil nato uporabljen za razrešitev drugegar resno okoljskotežava, in sicer čiščenje vode.

Dodatni materiali: Naslednje podporne informacije lahko prenesete na:https://www.mdpi.com/article/10.3390/ma15228136/s1. 

Avtorski prispevki: Konceptualizacija, FAMA-Z., BMA-S. in NSA; metodologija, FAMA- Z. in RME-S.; programska oprema, RME-S.; validacija, BMA-S. in uradna analiza NSA, FAMA-Z., RME-S. in SMS; preiskava, FAMA-Z., BMA-S., RME-S., in SMS; virov, FAMA- Z. in BMA-S.; skrbništvo nad podatki, BMA-S., RME-S., MAS in SMS; pisanje—priprava izvirnega osnutka, FAMA-Z., BMA-S., MAS in SMS; pisanje—recenzija in redakcija, FAMA-Z., BMA-S., NSA in KAK; nadzor, FAMA-Z. in BMA-S.; vodenje projekta, FAMA-Z. in BMA-S., NSA in KAK; pridobivanje sredstev, BMA-S. Vsi avtorji so prebrali in se strinjali z objavljeno različico rokopisa.

Financiranje:Avtorji cenijo podporo Raziskovalnega centra za napredne znanosti o materialih (RCAMS) na univerzi King Khalid Abha v Savdski Arabiji prek številke projekta RCAMS/KKU/009-22.

Izjava institucionalnega nadzornega odbora: Ni primerno.

Izjava o informiranem soglasju: Ni primerno.

Izjava o razpoložljivosti podatkov: Ni uporabno

Reference

1. Allen, S.; Koumanova, B. Razbarvanje vode/odpadne vode z adsorpcijo. J. Univ. Chem. Technol. Metall. 2005, 40, 175–192.

2. Klimiuk, E.; Filipkowska, U.; Libecki, B. Koagulacija odpadne vode, ki vsebuje reaktivna barvila, z uporabo polialuminijevega klorida (PAC). Pol. J. Okolje. Žrebec 1999, 8, 81–88.

3. Hema, M.; Arivoli, S. Primerjalna študija kinetike adsorpcije in termodinamike barvil na poceni oglje, aktivirano s kislino. Int. J. Phys. Sci. 2007, 2, 10–17.

4. Essawy, AA; Ali, AE-H.; Abdel-Mottaleb, M. Uporaba novih membran kopolimer-TiO2 za adsorpcijsko odstranjevanje nekaterih tekstilnih barvil iz vodne raztopine in fotokatalitsko razbarvanje. J. Hazard. Mater. 2008, 157, 547–552. [CrossRef]

5. Sulak, M.; Demirbas, E.; Kobya, M. Odstranjevanje Astrazon Yellow 7GL iz vodnih raztopin z adsorpcijo na pšenične otrobe. Bioresour. Technol. 2007, 98, 2590–2598. [CrossRef] [PubMed]

6. Demirbas, A. Aktivno oglje iz kmetijstva za odstranjevanje barvil iz vodnih raztopin: pregled. J. Hazard. Mater. 2009, 167, 1–9. [CrossRef]

7. Hashem, AMA; El-Shishtawy, RM Priprava in karakterizacija kationizirane celuloze za odstranjevanje anionskih barvil. Adsorpcija. Sci. Technol. 2001, 19, 197–210. [CrossRef]

8. El-Shishtawy, RM; Melegy, A. Geokemija in uporaba tal montmorilonita za odstranjevanje kationskega barvila. Adsorpcija. Sci. Technol. 2001, 19, 609–620. [CrossRef]

9. El-Zahhar, AA; Awwad, NS Odstranjevanje malahitno zelenega barvila iz vodnih raztopin z uporabo organsko modificiranega hidroksiapatita. J. Okolje. Chem. inž. 2016, 4, 633–638. [CrossRef]

10. Al-Zahrani, FA; El-Shishtawy, RM; Ahmed, NS; Awwad, NS; Hamdy, MS; Asiri, AM Fotokatalitsko razbarvanje novega v vodi netopnega organskega barvila na osnovi fenotiazina z nanodelci ZnO in TiO2. Arabec. J. Chem. 2019, 13, 3633–3638. [CrossRef]