Published May 30, 2023 | Version v1
Publication Open

Application of Periwinkle Shell for the Synthesis of Calcium Oxide Nanoparticles and in the Remediation of Pb2+ Contaminated Water

Creators

  • 1. University of Nigeria
  • 2. Galgotias University
  • 3. Federal University Otuoke
  • 4. Nigerian Defence Academy
  • 5. National Open University of Nigeria
  • 6. King Saud University
  • 7. Sejong University
  • 8. University of Iowa

Description

Abstract The recovery of CaCO 3 from periwinkle shells as a precursor for the synthesis of CaO nanoparticles is validated in this work. The sol-gel synthesized CaO nanoparticles were characterized by XRD, FT-IR, UV visible spectrophotometer, SEM, BET and ICP instrumentation. Information obtained from the characterization showed that the material has a band gap of 4.12 eV, porosity in the mesoporous range (average pore size of 3.02 nm), crystalline size of 18 nm, BET surface area and pore volume of 220.11 m 2 /g and 8.43 cc/g respectively. The application of the nanoparticles for the separation of lead (II) from aqueous solution yielded results that indicated a strong dependency of the adsorption efficiency on decreasing temperature but increasing pH (up to 6.5), initial concentration of Pb 2+ , adsorbent dosage and period of contact. The interaction of concentration, time, temperature and adsorbent dosage indicated that optimum efficiency greater than 80% can be obtained at a temperature of 318 K, concentration of 250 ppm, an adsorbent dosage of 0.5 g and contact period of 75 minutes. Enhanced removal capacities (reaching almost 100% efficiency) were obtained under UV-activated adsorption experiments. The adsorbent showed an excellent ability to favourably adjust the pH, dissolved oxygen, alkalinity and conductivity of the contaminated water. It also displayed an appreciable tendency towards reusability and the total recovery of the adsorbed heavy metal ions from its surface. The pseudo-first-order kinetic, liquid film diffusion, Freundlich, Halsey and Elovich adsorption isotherms best fitted the adsorption process and confirmed the multimolecular adsorption layer with physical adsorption profile. Also, the adsorption of the heavy metal ions is limited by liquid film diffusion and supported surface heterogeneity and physical adsorption mechanism.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نبذة مختصرة يتم التحقق من صحة استرداد CaCO 3 من أصداف حول التجاعيد كمقدمة لتوليف جسيمات CaO النانوية في هذا العمل. تميزت جسيمات CaO النانوية المصنعة من سول- جل بأجهزة XRD و FT - IR ومقياس الطيف الضوئي المرئي للأشعة فوق البنفسجية و SEM و BET وأجهزة ICP. أظهرت المعلومات التي تم الحصول عليها من التوصيف أن المادة بها فجوة نطاقية تبلغ 4.12 إلكترون فولت، والمسامية في نطاق المسام المتوسطة (متوسط حجم المسام 3.02 نانومتر)، والحجم البلوري 18 نانومتر، ومساحة سطح الرهان وحجم المسام 220.11 م 2 /جم و 8.43 سم مكعب/جم على التوالي. أدى تطبيق الجسيمات النانوية لفصل الرصاص (2) عن المحلول المائي إلى نتائج تشير إلى اعتماد قوي لكفاءة الامتزاز على خفض درجة الحرارة ولكن مع زيادة درجة الحموضة (حتى 6.5)، والتركيز الأولي لـ Pb 2+ ، وجرعة الامتزاز وفترة التلامس. أشار تفاعل التركيز والوقت ودرجة الحرارة وجرعة الامتصاص إلى أنه يمكن الحصول على الكفاءة المثلى التي تزيد عن 80 ٪ عند درجة حرارة 318 كلفن، وتركيز 250 جزء في المليون، وجرعة ماصة 0.5 جم وفترة تلامس 75 دقيقة. تم الحصول على قدرات إزالة معززة (تصل إلى كفاءة 100 ٪) في إطار تجارب الامتزاز المنشط بالأشعة فوق البنفسجية. أظهرت المادة الممتزة قدرة ممتازة على ضبط درجة الحموضة والأكسجين المذاب والقلوية وموصلية المياه الملوثة بشكل إيجابي. كما أظهر ميلًا ملحوظًا نحو إعادة الاستخدام والاستعادة الكاملة لأيونات المعادن الثقيلة الممتزة من سطحه. كانت متساويات الامتزاز الحركية الزائفة من الدرجة الأولى، وانتشار الأغشية السائلة، و Freundlich، و Halsey، و Elovich هي الأنسب لعملية الامتزاز وأكدت طبقة الامتزاز متعددة الجزيئات مع ملف الامتزاز المادي. كما أن امتزاز أيونات المعادن الثقيلة مقيد بانتشار الأغشية السائلة وعدم تجانس السطح المدعوم وآلية الامتزاز الفيزيائي.

Translated Description (French)

Résumé La récupération de CaCO 3 à partir de coquilles de pervenches comme précurseur pour la synthèse de nanoparticules de CaO est validée dans ce travail. Les nanoparticules de CaO synthétisées sol-gel ont été caractérisées par des instruments DRX, FT-IR, spectrophotomètre UV visible, SEM, BET et ICP. Les informations obtenues à partir de la caractérisation ont montré que le matériau a une bande interdite de 4,12 eV, une porosité dans la gamme mésoporeuse (taille moyenne des pores de 3,02 nm), une taille cristalline de 18 nm, une surface BET et un volume poreux de 220,11 m 2 /g et 8,43 cc/g respectivement. L'application des nanoparticules pour la séparation du plomb (II) de la solution aqueuse a donné des résultats indiquant une forte dépendance de l'efficacité d'adsorption à la diminution de la température mais à l'augmentation du pH (jusqu'à 6,5), à la concentration initiale de Pb 2+ , au dosage de l'adsorbant et à la période de contact. L'interaction de la concentration, du temps, de la température et du dosage de l'adsorbant a indiqué qu'une efficacité optimale supérieure à 80% peut être obtenue à une température de 318 K, une concentration de 250 ppm, un dosage de l'adsorbant de 0,5 g et une période de contact de 75 minutes. Des capacités d'élimination améliorées (atteignant près de 100 % d'efficacité) ont été obtenues dans le cadre d'expériences d'adsorption activée par les UV. L'adsorbant a montré une excellente capacité à ajuster favorablement le pH, l'oxygène dissous, l'alcalinité et la conductivité de l'eau contaminée. Il a également montré une tendance appréciable à la réutilisation et à la récupération totale des ions de métaux lourds adsorbés de sa surface. Les isothermes d'adsorption cinétique de pseudo premier ordre, de diffusion de film liquide, de Freundlich, de Halsey et d'Elovich correspondaient le mieux au processus d'adsorption et confirmaient la couche d'adsorption multimoléculaire avec un profil d'adsorption physique. En outre, l'adsorption des ions de métaux lourds est limitée par la diffusion de film liquide et l'hétérogénéité de surface supportée et le mécanisme d'adsorption physique.

Translated Description (Spanish)

Resumen En este trabajo se valida la recuperación de CaCO 3 de cáscaras de bígaro como precursor para la síntesis de nanopartículas de CaO. Las nanopartículas de CaO sintetizadas sol-gel se caracterizaron por XRD, FT-IR, espectrofotómetro visible UV, SEM, BET e instrumentación ICP. La información obtenida de la caracterización mostró que el material tiene una brecha de banda de 4.12 eV, porosidad en el rango mesoporoso (tamaño de poro promedio de 3.02 nm), tamaño cristalino de 18 nm, área superficial BET y volumen de poro de 220.11 m 2 /g y 8.43 cc/g respectivamente. La aplicación de las nanopartículas para la separación del plomo (II) de la solución acuosa arrojó resultados que indicaron una fuerte dependencia de la eficiencia de adsorción en la disminución de la temperatura pero el aumento del pH (hasta 6.5), la concentración inicial de Pb 2+ , la dosis de adsorbente y el período de contacto. La interacción de concentración, tiempo, temperatura y dosis de adsorbente indicó que se puede obtener una eficiencia óptima superior al 80% a una temperatura de 318 K, concentración de 250 ppm, una dosis de adsorbente de 0.5 g y un período de contacto de 75 minutos. Se obtuvieron capacidades de eliminación mejoradas (que alcanzaron casi el 100% de eficiencia) en experimentos de adsorción activados por UV. El adsorbente mostró una excelente capacidad para ajustar favorablemente el pH, el oxígeno disuelto, la alcalinidad y la conductividad del agua contaminada. También mostró una tendencia apreciable hacia la reutilización y la recuperación total de los iones de metales pesados adsorbidos de su superficie. La pseudo cinética de primer orden, la difusión de película líquida, las isotermas de adsorción de Freundlich, Halsey y Elovich se ajustaron mejor al proceso de adsorción y confirmaron la capa de adsorción multimolecular con perfil de adsorción físico. Además, la adsorción de los iones de metales pesados está limitada por la difusión de la película líquida y la heterogeneidad de la superficie soportada y el mecanismo de adsorción física.

Files

latest.pdf.pdf

Files (757.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:05c0d3919f299d10fba85d78d93ba195
757.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تطبيق قشرة بيريوينكل لتخليق الجسيمات النانوية لأكسيد الكالسيوم وفي معالجة المياه الملوثة بـ Pb2 +
Translated title (French)
Application de la coquille de pervenche pour la synthèse de nanoparticules d'oxyde de calcium et dans l'assainissement de l'eau contaminée par le Pb2+
Translated title (Spanish)
Aplicación de Periwinkle Shell para la Síntesis de Nanopartículas de Óxido de Calcio y en la Remediación de Agua Contaminada con Pb2+

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4381279852
DOI
10.21203/rs.3.rs-2895593/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W3194452962 (Other)
https://openalex.org/W2995333281 (Other)
https://openalex.org/W2789399667 (Other)
https://openalex.org/W2381580717 (Other)
https://openalex.org/W2093736458 (Other)
https://openalex.org/W2068749441 (Other)
https://openalex.org/W2055455060 (Other)
https://openalex.org/W2015735375 (Other)
https://openalex.org/W1973200276 (Other)
https://openalex.org/W1923941909 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1986210236
  • https://openalex.org/W2050553824
  • https://openalex.org/W2058364669
  • https://openalex.org/W2059870689
  • https://openalex.org/W2141180648
  • https://openalex.org/W2145039995
  • https://openalex.org/W2325429999
  • https://openalex.org/W2507405931
  • https://openalex.org/W2522138202
  • https://openalex.org/W2696164464
  • https://openalex.org/W2767822283
  • https://openalex.org/W2800935008
  • https://openalex.org/W2810015141
  • https://openalex.org/W2894072132
  • https://openalex.org/W2918007687
  • https://openalex.org/W2921291027
  • https://openalex.org/W2923022414
  • https://openalex.org/W2927725839
  • https://openalex.org/W2943182972
  • https://openalex.org/W2946107206
  • https://openalex.org/W2948803519
  • https://openalex.org/W2952316804
  • https://openalex.org/W2955284460
  • https://openalex.org/W2959743433
  • https://openalex.org/W2966722893
  • https://openalex.org/W2967166694
  • https://openalex.org/W3000646254
  • https://openalex.org/W3013013218
  • https://openalex.org/W3013161978
  • https://openalex.org/W3013476253
  • https://openalex.org/W3033190376
  • https://openalex.org/W3080318031
  • https://openalex.org/W3085825566
  • https://openalex.org/W3087461622
  • https://openalex.org/W3088747648
  • https://openalex.org/W3112726656
  • https://openalex.org/W3115200203
  • https://openalex.org/W3118472161
  • https://openalex.org/W3152719213
  • https://openalex.org/W3164555022
  • https://openalex.org/W3180677679
  • https://openalex.org/W3186216411
  • https://openalex.org/W3198763302
  • https://openalex.org/W3214766418
  • https://openalex.org/W4210618014
  • https://openalex.org/W4220681272
  • https://openalex.org/W4220803991
  • https://openalex.org/W4220954641
  • https://openalex.org/W4221030843
  • https://openalex.org/W4282984069
  • https://openalex.org/W4283377812
  • https://openalex.org/W4283382150
  • https://openalex.org/W4283777604
  • https://openalex.org/W4285310940
  • https://openalex.org/W4285600300
  • https://openalex.org/W4285719527
  • https://openalex.org/W4285733432
  • https://openalex.org/W4288042684
  • https://openalex.org/W4292567011
  • https://openalex.org/W4292573241
  • https://openalex.org/W4294405844
  • https://openalex.org/W4296251859
  • https://openalex.org/W4303438694
  • https://openalex.org/W4303685558
  • https://openalex.org/W4304191864
  • https://openalex.org/W4304806817
  • https://openalex.org/W4304942979
  • https://openalex.org/W4307646659
  • https://openalex.org/W4308286742
  • https://openalex.org/W65399489