Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tối ưu hóa quá trình loại bỏ phẩm nhuộm cation bằng cách sử dụng sản phẩm phụ nông nghiệp đã được biến đổi hóa học thông qua phương pháp bề mặt phản ứng: Đặc tính sinh khối và khả năng hấp phụ
Tóm tắt
Nghiên cứu hiện tại điều tra việc biến đổi kiềm của bột gỗ cây cam thô (ROS) để loại bỏ tối ưu phẩm nhuộm methylene blue (MB), như một mẫu phẩm nhuộm cation, từ các dung dịch tổng hợp. Các ảnh hưởng của các thông số vận hành, cụ thể là nồng độ natri hydroxide (NaOH), liều lượng ROS trong dung dịch NaOH, thời gian khuấy, và nồng độ MB ban đầu lên hiệu suất loại bỏ phẩm nhuộm đã được theo dõi trong chế độ lô. Tối ưu hóa quy trình được thực hiện thông qua phương pháp bề mặt phản ứng (RSM) bằng cách sử dụng phần mềm Minitab17. Kết quả cho thấy thứ tự quan trọng của các thông số là nồng độ xử lý NaOH > thời gian khuấy > nồng độ MB ban đầu > liều lượng ROS trong dung dịch NaOH. Các điều kiện thực nghiệm tối ưu đảm bảo hiệu suất loại bỏ MB tối đa được tìm thấy cho nồng độ xử lý NaOH là 0.14 M, thời gian khuấy 1 giờ, liều lượng ROS trong dung dịch NaOH là 50 g L−1, và nồng độ MB ban đầu là 69.5 mg L−1. Các phân tích cụ thể về sinh khối thô và sinh khối đã xử lý kiềm, như phân tích SEM/EDS và XRD, cho thấy một sự biến đổi quan trọng của cấu trúc tinh thể của vật liệu gỗ và sự gia tăng đáng kể các nhóm chức năng bề mặt cơ bản của nó. Các nghiên cứu động học và isotherm về việc loại bỏ MB từ các dung dịch tổng hợp bằng ROS và vật liệu đã xử lý kiềm (ATOS) cho thấy rằng đối với cả hai chất hấp phụ, mô hình giả bậc hai và Langmuir phù hợp tốt nhất với dữ liệu thực nghiệm, cho thấy việc loại bỏ MB chủ yếu là quá trình hóa học và mô hình một lớp. Hơn nữa, nhờ vào sự biến đổi hóa học của ROS, khả năng tiếp nhận tối đa MB đã tăng từ khoảng 39.7 lên 78.7 mg g−1. Mặt khác, do hiện tượng cạnh tranh, sự đồng tồn tại của ion MB và Zn(II) có thể làm giảm hiệu suất loại bỏ MB một cách đáng kể. Một sự giảm tối đa khoảng 32% được ghi nhận cho nồng độ Zn(II) ban đầu là 140 mg L−1. Các thí nghiệm desorption được tiến hành ở pH tự nhiên (không điều chỉnh: pH = 6) và với các nồng độ NaCl khác nhau nhấn mạnh rằng MB đã được hấp phụ có thể được giải phóng đáng kể từ cả hai vật liệu đã thử nghiệm, cung cấp khả năng tái sử dụng chúng như những chất hấp phụ hiệu quả. Tất cả những kết quả này xác nhận rằng bột gỗ cây cam đã xử lý bằng NaOH có thể được coi là một lựa chọn hiệu quả, tiết kiệm và sinh thái cho việc loại bỏ các phẩm nhuộm cation từ nước thải công nghiệp.
Từ khóa
#bột gỗ cây cam #phẩm nhuộm cation #biến đổi hóa học #độ hấp phụ #phương pháp bề mặt phản ứngTài liệu tham khảo
Akrout H, Jellali S, Bousselmi L (2015) Enhancement of methylene blue removal by anodic oxidation using BDD electrode combined with adsorption onto sawdust. Comptes Rendus Chim 18:110–120. doi:10.1016/j.crci.2014.09.006
Al Jibouri AKH, Wu J, Upreti SR (2015) Continuous ozonation of methylene blue in water. J water. Process Eng 8:142–150. doi:10.1016/j.jwpe.2015.10.002
Amirnia S, Ray MB, Margaritis A (2016) Copper ion removal by Acer saccharum leaves in a regenerable continuous-flow column. Chem Eng J 287:755–764. doi:10.1016/j.cej.2015.11.056
Annadurai G, Juang RS, Lee DJ (2002) Use of cellulose-based wastes for adsorption of dyes from aqueous solutions. J Hazard Mater 92:263–274. doi:10.1016/S0304-3894(02)00017-1
Azzaz AA, Jellali S, Assadi AA, Bousselmi L (2015) Chemical treatment of orange tree sawdust for a cationic dye enhancement removal from aqueous solutions: kinetic, equilibrium and thermodynamic studies. Desalin Water Treat 3994:1–13. doi:10.1080/19443994.2015.1103313
Banat F, Al-Asheh S, Al-Makhadmeh L (2003) Evaluation of the use of raw and activated date pits as potential adsorbents for dye containing waters. Process Biochem 39:193–202. doi:10.1016/S0032-9592(03)00065-7
Batzias FA, Sidiras DK (2007) Simulation of methylene blue adsorption by salts-treated beech sawdust in batch and fixed-bed systems. J Hazard Mater 149:8–17. doi:10.1016/j.jhazmat.2007.03.043
Bhattacharya KG, Sharma A (2005) Kinetics and thermodynamics of methylene blue adsorption on neem (Azadirachta indica) leaf powder. Dyes Pigments 65:51–59. doi:10.1016/j.dyepig.2004.06.016
Boehm HP (2002) Surface oxides on carbon and their analysis: a critical assessment. Carbon N Y 40:145–149. doi:10.1016/S0008-6223(01)00165-8
Bouaziz I, Chiron C, Abdelhedi R, Savall A, Serrano KG (2014) Treatment of dilute methylene blue-containing wastewater by coupling sawdust adsorption and electrochemical regeneration. Environ Sci Pollut Res 21:8565–8572. doi:10.1007/s11356-014-2785-z
Calero M, Ronda A, Martín-Lara MA, Pérez A, Blázquez G (2013) Chemical activation of olive tree pruning to remove lead(II) in batch system: factorial design for process optimization. Biomass Bioenergy 58:322–332. doi:10.1016/j.biombioe.2013.08.021
Das P, Banerjee P, Mondal S (2014) Mathematical modelling and optimization of synthetic textile dye removal using soil composites as highly competent liner material. Environ Sci Pollut Res Int:1318–1328. doi:10.1007/s11356-014-3419-1
Ding F, Xie Y, Peng W, Peng Y-K (2016) Measuring the bioactivity and molecular conformation of typically globular proteins with phenothiazine-derived methylene blue in solid and in solution: a comparative study using photochemistry and computational chemistry. J Photochem Photobiol B Biol 158:69–80. doi:10.1016/j.jphotobiol.2016.02.029
Djilali, Y, Elandaloussi, EH, Aziz, A, de Ménorval, LC (2012) Alkaline treatment of timber sawdust: a straightforward route toward effective low-cost adsorbent for the enhanced removal of basic dyes from aqueous solutions. J. Saudi Chem. Soc.
French AD (2014) Idealized powder diffraction patterns for cellulose polymorphs. Cellulose 21:885–896. doi:10.1007/s10570-013-0030-4
Ghaedi M, Mazaheri H, Khodadoust S, Hajati S, Purkait MK (2015) Application of central composite design for simultaneous removal of methylene blue and Pb2+ ions by walnut wood activated carbon. Spectrochim Acta—Part A Mol Biomol Spectrosc 135:479–490. doi:10.1016/j.saa.2014.06.138
Gomes CS, Piccin JS, Gutterres M (2016) Optimizing adsorption parameters in tannery-dye-containing effluent treatment with leather shaving waste. Process Saf Environ Prot 99:98–106. doi:10.1016/j.psep.2015.10.013
Gwon JG, Lee SY, Doh GH, Kim JH (2010) Characterization of chemically modified wood fibers using FTIR spectroscopy for biocomposites. J Appl Polym Sci 116:3212–3219. doi:10.1002/app.31746
Hameed BH, Ahmad AA (2009) Batch adsorption of methylene blue from aqueous solution by garlic peel, an agricultural waste biomass. J Hazard Mater 164:870–875. doi:10.1016/j.jhazmat.2008.08.084
Jellali S, Ali M, Anane M, Riahi K, Jedidi N (2011a) Biosorption characteristics of ammonium from aqueous solutions onto Posidonia oceanica (L.) fibers. DES 270:40–49. doi:10.1016/j.desal.2010.11.018
Jellali S, Ali M, Ben Hassine R, Hamzaoui AH, Bousselmi L (2011b) Adsorption characteristics of phosphorus from aqueous solutions onto phosphate mine wastes. Chem Eng J 169:157–165. doi:10.1016/j.cej.2011.02.076
Jellali S, Diamantopoulos E, Haddad K, Anane M, Durner W, Mlayah A (2016) Lead removal from aqueous solutions by raw sawdust and magnesium pretreated biochar: experimental investigations and numerical modelling. J Environ Manag 180:439–449. doi:10.1016/j.jenvman.2016.05.055
Jiang L, Hu S, Sun LS, Su S, Xu K, He L, Xiang J (2013) Influence of different demineralization treatments on physicochemical structure and thermal degradation of biomass. Bioresour Technol 146:254–260. doi:10.1016/j.biortech.2013.07.063
Johar N, Ahmad I, Dufresne A (2012) Extraction, preparation and characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk. Ind Crop Prod 37:93–99. doi:10.1016/j.indcrop.2011.12.016
Kalavathy MH, Regupathi I, Pillai MG, Miranda LR (2009) Modelling, analysis and optimization of adsorption parameters for H3PO4 activated rubber wood sawdust using response surface methodology (RSM). Colloids Surfaces B Biointerfaces 70:35–45. doi:10.1016/j.colsurfb.2008.12.007
Kyzas GZ, Siafaka PI, Pavlidou EG, Chrissafis KJ, Bikiaris DN (2015) Synthesis and adsorption application of succinyl-grafted chitosan for the simultaneous removal of zinc and cationic dye from binary hazardous mixtures. Chem Eng J 259:438–448. doi:10.1016/j.cej.2014.08.019
Malarvizhi R, Ho Y-S (2010) The influence of pH and the structure of the dye molecules on adsorption isotherm modeling using activated carbon. Desalination 264:97–101. doi:10.1016/j.desal.2010.07.010
Malekbala MR, Khan MA, Hosseini S, Abdullah LC, Choong TSY (2015) Adsorption/desorption of cationic dye on surfactant modified mesoporous carbon coated monolith: equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. J Ind Eng Chem 21:369–377. doi:10.1016/j.jiec.2014.02.047
Nazari G, Abolghasemi H, Esmaieli M, Pouya ES (2016) Aqueous phase adsorption of cephalexin by walnut shell-based activated carbon: a fixed-bed column study. Appl Surf Sci. doi:10.1016/j.apsusc.2016.03.096
Pavlović MD, Buntić AV, Mihajlovski KR, Šiler-Marinković SS, Antonović DG, Radovanović Ž, Dimitrijević-Branković SI (2014) Rapid cationic dye adsorption on polyphenol-extracted coffee grounds—a response surface methodology approach. J Taiwan Inst Chem Eng 45:1691–1699. doi:10.1016/j.jtice.2013.12.018
Pezoti Junior O, Cazetta AL, Gomes RC et al (2014) Synthesis of ZnCl2-activated carbon from macadamia nut endocarp (Macadamia integrifolia) by microwave-assisted pyrolysis: optimization using RSM and methylene blue adsorption. J Anal Appl Pyrolysis 105:166–176. doi:10.1016/j.jaap.2013.10.015
Rafatullah M, Sulaiman O, Hashim R, Ahmad A (2010) Adsorption of methylene blue on low-cost adsorbents: a review. J Hazard Mater 177:70–80
Rahman HU, Shakirullah M, Ahmad I, Shah S, Shah AA (2005) Removal of copper(II) ions from aqueous medium by sawdust of wood. J Chem Soc Pakistan 27:233–238
Sen TK, Afroze S, Ang HM (2011) Equilibrium, kinetics and mechanism of removal of methylene blue from aqueous solution by adsorption onto pine cone biomass of Pinus radiata. Water Air Soil Pollut 218:499–515. doi:10.1007/s11270-010-0663-y
Sharma YC, Upadhyay SN (2009) Removal of a cationic dye from wastewaters by adsorption on activated carbon developed from coconut coir. Energy and Fuels 23:2983–2988. doi:10.1021/ef9001132
Shi Z, Yang Q, Cai J (2014) Effects of lignin and hemicellulose contents on dissolution of wood pulp in aqueous NaOH/urea solution. Cellulose 21:1205–1215. doi:10.1007/s10570-014-0226-2
Soniya M, Muthuraman G (2013) Recovery of methylene blue from aqueous solution by liquid–liquid extraction. Desalin Water Treat:1–9. doi:10.1080/19443994.2013.866055
Tehrani MS, Zare-Dorabei R (2016) Competitive removal of hazardous dyes from aqueous solution by MIL-68(Al): derivative spectrophotometric method and response surface methodology approach. Spectrochim Acta - Part A Mol Biomol Spectrosc 160:8–18. doi:10.1016/j.saa.2016.02.002
Vadivelan V, Vasanth Kumar K (2005) Equilibrium, kinetics, mechanism, and process design for the sorption of methylene blue onto rice husk. J Colloid Interface Sci 286:90–100. doi:10.1016/j.jcis.2005.01.007
Wan Ngah WS, Hanafiah MAKM (2008) Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: a review. Bioresour Technol 99:3935–3948. doi:10.1016/j.biortech.2007.06.011
Wang L (2013) Removal of disperse red dye by bamboo-based activated carbon: optimisation, kinetics and equilibrium. Environ Sci Pollut Res 20:4635–4646. doi:10.1007/s11356-012-1421-z
Yagub MT, Sen TK, Afroze S, Ang HM (2014) Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: a review. Adv Colloid Interf Sci 209:172–184. doi:10.1016/j.cis.2014.04.002
Yagub MT, Sen TK, Ang HM (2012) Equilibrium, kinetics, and thermodynamics of methylene blue adsorption by pine tree leaves. Water Air Soil Pollut 223:5267–5282. doi:10.1007/s11270-012-1277-3