Published January 6, 2023 | Version v1
Publication Open

Computational study of the interaction between azo dye (RR141) and Hematite α-Fe2 O3 (111) Surface: A DFT and MDs Study

Creators

  • 1. University of Hassan II Casablanca
  • 2. Université Ibn-Tofail
  • 3. Chouaib Doukkali University
  • 4. Université Sultan Moulay Slimane
  • 5. Université Gustave Eiffel

Description

Abstract The adsorptive removal of azo dye molecules from textile effluents by the powdered mineral hematite has been largely studied in the literature, but this mechanism of interaction with the mineral hematite surface is still to date not revealed, hence the need for a theoretical study. The crystal structure model of Hematite adopted is α − Fe 2 O 3 (111). The DFT method and MDs(Molecular Dynamics simulations) have been employed to elucidate the mechanism of interaction. The azo-dye molecule chosen for this study is the reactive red RR141. Geometry minimization of RR141 was performed at the DFT / B3LYP / 6 −31+ +g(d,p) level of theory. The reactivity and performance of RR141-vacuum and RR141-aqueous media in isolated state were evaluated on basis of their planarity, global and local electronic properties as well as deformation ability to adhesion to the mineral surface. The Azo (> N− −N <) and hydroxyl (-O--H) groups are the main active centers for the adsorption of RR141 in a vacuum and aqueous media. Azo and hydroxyl groups of RR141 dye are electron donors, while the sulphonic acid (-SO 3 --Na + ) group is an electron acceptor. The RR141 is found more reactive in the vacuum than in an aqueous medium. The interfacial interaction is the combined effect of the hydrogen bond and the interactions between Fe & −O−, C, −S−,= N− atoms. The whole system is interacting on the first layer through (π-π)-bonds in the nearly parallel adsorption geometries and through the single pair electrons of the heteroatoms.

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

Translated Description (Arabic)

تمت دراسة الإزالة الامتزازية لجزيئات صبغة الآزو من نفايات المنسوجات السائلة بواسطة الهيماتيت المعدني المسحوق إلى حد كبير في الأدبيات، لكن آلية التفاعل هذه مع سطح الهيماتيت المعدني لم يتم الكشف عنها حتى الآن، وبالتالي الحاجة إلى دراسة نظرية. نموذج البنية البلورية للهيماتيت المعتمد هو α − Fe 2 O 3 (111). تم استخدام طريقة DFT و MDs(محاكاة الديناميكيات الجزيئية) لتوضيح آلية التفاعل. جزيء الآزو الصبغي المختار لهذه الدراسة هو RR141 الأحمر التفاعلي. تم إجراء التقليل الهندسي لـ RR141 على مستوى نظرية DFT / B3LYP/ 6 −31++g(d,p). تم تقييم تفاعل وأداء الفراغ RR141 والوسائط المائية RR141 في حالة معزولة على أساس استواءها وخصائصها الإلكترونية العالمية والمحلية بالإضافة إلى قدرة التشوه على الالتصاق بالسطح المعدني. مجموعات Azo (> N− −N <) والهيدروكسيل (- O - H) هي المراكز النشطة الرئيسية لامتزاز RR141 في وسط مائي وفراغي. مجموعات الآزو والهيدروكسيل من صبغة RR141 هي مانحة للإلكترون، في حين أن مجموعة حمض السلفونيك (- SO 3 - Na +) هي متقبل للإلكترون. تم العثور على RR141 أكثر تفاعلاً في الفراغ منه في الوسط المائي. التفاعل البيني هو التأثير المشترك للرابطة الهيدروجينية والتفاعلات بين Fe & −O −، C، − S−،= N− ذرات. يتفاعل النظام بأكمله على الطبقة الأولى من خلال الروابط (π - π) في أشكال الامتزاز المتوازية تقريبًا ومن خلال الإلكترونات أحادية الزوج للذرات غير المتجانسة.

Translated Description (French)

Résumé L'élimination adsorbante des molécules de colorants azoïques des effluents textiles par l'hématite minérale en poudre a été largement étudiée dans la littérature, mais ce mécanisme d'interaction avec la surface de l'hématite minérale n'est toujours pas révélé à ce jour, d'où la nécessité d'une étude théorique. Le modèle de structure cristalline de l'hématite adopté est α − Fe 2 O 3 (111). La méthode DFT et les MD(Molecular Dynamics simulations) ont été utilisées pour élucider le mécanisme d'interaction. La molécule de colorant azoïque choisie pour cette étude est le rouge réactif RR141. La minimisation de la géométrie de RR141 a été réalisée au niveau théorique DFT / B3LYP / 6 −31+ +g(d,p). La réactivité et la performance des milieux sous vide RR141 et aqueux RR141 à l'état isolé ont été évaluées sur la base de leur planéité, de leurs propriétés électroniques globales et locales ainsi que de leur capacité de déformation à adhérer à la surface minérale. Les groupes Azo (> N− −N <) et hydroxyle (-O--H) sont les principaux centres actifs pour l'adsorption de RR141 dans un milieu sous vide et aqueux. Les groupes azo et hydroxyle du colorant RR141 sont des donneurs d'électrons, tandis que le groupe acide sulfonique (-SO 3 --Na + ) est un accepteur d'électrons. Le RR141 se trouve plus réactif dans le vide que dans un milieu aqueux. L'interaction interfaciale est l'effet combiné de la liaison hydrogène et des interactions entre les atomes Fe & −O −, C, − S −,= N. L'ensemble du système interagit sur la première couche à travers des liaisons (π-π) dans les géométries d'adsorption presque parallèles et à travers les électrons d'une seule paire des hétéroatomes.

Translated Description (Spanish)

Resumen La eliminación adsortiva de moléculas de colorante azoico de efluentes textiles por la hematita mineral en polvo ha sido ampliamente estudiada en la literatura, pero este mecanismo de interacción con la superficie de la hematita mineral aún no se ha revelado hasta la fecha, de ahí la necesidad de un estudio teórico. El modelo de estructura cristalina de hematita adoptado es α − Fe 2 O 3 (111). El método DFT y MDS(simulaciones de dinámica molecular) se han empleado para dilucidar el mecanismo de interacción. La molécula de colorante azoico elegida para este estudio es el rojo reactivo RR141. La minimización de la geometría de RR141 se realizó en el nivel teórico DFT / B3LYP /6-31+ +g(d,p). La reactividad y el rendimiento de los medios RR141-vacío y RR141-acuoso en estado aislado se evaluaron en función de su planaridad, propiedades electrónicas globales y locales, así como la capacidad de deformación para adherirse a la superficie mineral. Los grupos azo (> N−N <) e hidroxilo (-O--H) son los principales centros activos para la adsorción de RR141 en vacío y medios acuosos. Los grupos azo e hidroxilo del colorante RR141 son donantes de electrones, mientras que el grupo ácido sulfónico (-SO 3 --Na + ) es un aceptor de electrones. El RR141 se encuentra más reactivo en el vacío que en un medio acuoso. La interacción interfacial es el efecto combinado del enlace de hidrógeno y las interacciones entre los átomos de Fe & −O−, C, −S−,= N−. Todo el sistema interactúa en la primera capa a través de enlaces (π-π) en las geometrías de adsorción casi paralelas y a través de los electrones de un solo par de los heteroátomos.

Files

latest.pdf.pdf

Files (691.5 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:bbc0889c9b507b08047bda05756ee1ad
691.5 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة حسابية للتفاعل بين صبغة الآزو (RR141) والهيماتيت α - Fe2 O3 (111) السطح: دراسة DFT و MDs
Translated title (French)
Étude informatique de l'interaction entre le colorant azoïque (RR141) et la surface de l'hématite α-Fe2 O3 (111) : une étude DFT et MDs
Translated title (Spanish)
Estudio computacional de la interacción entre el colorante azoico (RR141) y la superficie de hematita α-Fe2 O3 (111): un estudio DFT y MDS

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4313639231
DOI
10.21203/rs.3.rs-2428353/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W4239805027 (Other)
https://openalex.org/W4221072630 (Other)
https://openalex.org/W2760007047 (Other)
https://openalex.org/W2558594771 (Other)
https://openalex.org/W2403817173 (Other)
https://openalex.org/W2368193818 (Other)
https://openalex.org/W2315386127 (Other)
https://openalex.org/W2091350383 (Other)
https://openalex.org/W2040764634 (Other)
https://openalex.org/W1250677873 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1974199743
  • https://openalex.org/W1988207343
  • https://openalex.org/W1988973898
  • https://openalex.org/W1993409437
  • https://openalex.org/W1999906506
  • https://openalex.org/W2006441761
  • https://openalex.org/W2010936721
  • https://openalex.org/W2018389059
  • https://openalex.org/W2045304149
  • https://openalex.org/W2059519577
  • https://openalex.org/W2072557007
  • https://openalex.org/W2085960555
  • https://openalex.org/W2153023344
  • https://openalex.org/W2338206432
  • https://openalex.org/W2594066514
  • https://openalex.org/W2781833802
  • https://openalex.org/W2800580149
  • https://openalex.org/W2914888758
  • https://openalex.org/W2964477011
  • https://openalex.org/W2977888317
  • https://openalex.org/W2982250928
  • https://openalex.org/W2985485055
  • https://openalex.org/W2991885525
  • https://openalex.org/W3004719370
  • https://openalex.org/W3004874473
  • https://openalex.org/W3008838524
  • https://openalex.org/W3182579606
  • https://openalex.org/W3210491081
  • https://openalex.org/W4214861330
  • https://openalex.org/W4224046988