Published July 31, 2020 | Version v1
Publication Open

Response surface modelling of the biosorption of Zn(II) and Pb(II) onto Micropogonias undulatus scales: Box–Behnken experimental approach

Creators

  • 1. University of Ilorin

Description

Abstract In this study, the scales of Micropogonias undulatus fish were investigated as precursors for the development of low-cost biosorbent for the removal of Pb(II) and Zn(II) from aqueous media. The biosorbent was characterised using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffractometry (XRD). Adsorption parameters (temperature, biosorbent dosage and contact time) were optimised using response surface methodology Box–Behnken experimental design. The optimal factors for Zn(II) removal by croaker fish scale were 145.5 min, 7.01 g/L biosorbent dosage, 30 °C and pH 5.4. The optimal factors for the removal of Pb(II) were 179.3 min, 6.61 g/L biosorbent dosage, 20 °C and pH 3.4. The numerical optimisation revealed that the optimal removal efficiency for Zn(II) and Pb(II) sorption is 96.45% and 98.76%, respectively. The biosorption of both heavy metals was best fit to Freundlich isotherm and pseudo-second-order kinetic models. Thermodynamics studies revealed that the biosorption process was exothermic and spontaneous.

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

Translated Description (Arabic)

الخلاصة في هذه الدراسة، تم التحقيق في قشور الأسماك المجهرية المتموجة كسلائف لتطوير مادة بيولوجية منخفضة التكلفة لإزالة Pb(II) و Zn(II) من الوسائط المائية. تم تمييز المادة الماصة الحيوية باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وقياس حيود الأشعة السينية (XRD). تم تحسين معلمات الامتصاص (درجة الحرارة والجرعة الماصة الحيوية ووقت التلامس) باستخدام منهجية سطح الاستجابة Box - Behnken التجريبية. كانت العوامل المثلى لإزالة الزنك(2) بواسطة قشور سمك النعناع 145.5 دقيقة، 7.01 جم/لتر جرعة الماصة الحيوية، 30 درجة مئوية ودرجة الحموضة 5.4. كانت العوامل المثلى لإزالة الرصاص(2) هي 179.3 دقيقة و 6.61 جم/لتر من جرعة الماصة الحيوية و 20 درجة مئوية ودرجة الحموضة 3.4. كشف التحسين العددي أن كفاءة الإزالة المثلى لامتصاص الزنك(2) و الرصاص(2) هي 96.45 ٪ و 98.76 ٪ على التوالي. كان الامتصاص الحيوي لكلا المعدنين الثقيلين مناسبًا بشكل أفضل لنماذج فرويندليتش متساوية الحرارة والنماذج الحركية من الدرجة الثانية الزائفة. كشفت دراسات الديناميكا الحرارية أن عملية الامتصاص الحيوي كانت طاردة للحرارة وعفوية.

Translated Description (French)

Résumé Dans cette étude, les écailles des poissons Micropogonias undulatus ont été étudiées comme précurseurs pour le développement d'un biosorbant à faible coût pour l'élimination du Pb(II) et du Zn(II) des milieux aqueux. Le biosorbant a été caractérisé en utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF), le microscope électronique à balayage (MEB) et la diffractométrie des rayons X (DRX). Les paramètres d'adsorption (température, dosage du biosorbant et temps de contact) ont été optimisés à l'aide de la méthodologie de surface de réponse Box–Behnken. Les facteurs optimaux pour l'élimination du Zn(II) par l'échelle du poisson croaker étaient de 145,5 min, 7,01 g/L de dosage de biosorbant, 30 °C et pH 5,4. Les facteurs optimaux pour l'élimination du Pb(II) étaient 179,3 min, une dose de biosorbant de 6,61 g/L, 20 °C et un pH de 3,4. L'optimisation numérique a révélé que l'efficacité d'élimination optimale pour la sorption du Zn(II) et du Pb(II) est de 96,45 % et 98,76 %, respectivement. La biosorption des deux métaux lourds était la mieux adaptée à l'isotherme de Freundlich et aux modèles cinétiques de pseudo-seconde-ordre. Les études thermodynamiques ont révélé que le processus de biosorption était exothermique et spontané.

Translated Description (Spanish)

Resumen En este estudio, se investigaron las escamas de peces Micropogonias undulatus como precursores para el desarrollo de biosorbentes de bajo coste para la eliminación de Pb(II) y Zn(II) de medios acuosos. El biosorbente se caracterizó utilizando espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), microscopio electrónico de barrido (SEM) y difractometría de rayos X (XRD). Los parámetros de adsorción (temperatura, dosis de biosorbente y tiempo de contacto) se optimizaron utilizando el diseño experimental Box–Behnken de la metodología de superficie de respuesta. Los factores óptimos para la eliminación de Zn(II) por escama de pez corvina fueron 145.5 min, 7.01 g/L de dosificación de biosorbente, 30 °C y pH 5.4. Los factores óptimos para la eliminación de Pb(II) fueron 179,3 min, dosis de biosorbente de 6,61 g/L, 20 °C y pH 3,4. La optimización numérica reveló que la eficiencia de eliminación óptima para la sorción de Zn(II) y Pb(II) es 96.45% y 98.76%, respectivamente. La biosorción de ambos metales pesados se ajustó mejor a la isoterma de Freundlich y a los modelos cinéticos de pseudo-segundo orden. Los estudios de termodinámica revelaron que el proceso de biosorción era exotérmico y espontáneo.

Files

s13201-020-01283-3.pdf.pdf

Files (1.8 MB)

⚠️ 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
md5:30c8977a6e4331c4e9c74e714cb71549
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نمذجة سطح الاستجابة للامتصاص الحيوي للزنك(2) و Pb(2) على مقاييس الميكروبوغونيا المتموجة: نهج Box - Behnken التجريبي
Translated title (French)
Modélisation de la surface de réponse de la biosorption du Zn(II) et du Pb(II) sur des échelles de Micropogonias undulatus : approche expérimentale de Box–Behnken
Translated title (Spanish)
Modelado de la superficie de respuesta de la biosorción de Zn(II) y Pb(II) en escalas de Micropogonias undulatus: enfoque experimental de Box–Behnken

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3046493271
DOI
10.1007/s13201-020-01283-3

Is supplement to
https://openalex.org/W4243740030 (Other)
https://openalex.org/W4200184925 (Other)
https://openalex.org/W2901823287 (Other)
https://openalex.org/W2570086286 (Other)
https://openalex.org/W2403801044 (Other)
https://openalex.org/W2111480379 (Other)
https://openalex.org/W2093341206 (Other)
https://openalex.org/W2013917593 (Other)
https://openalex.org/W1987321824 (Other)
https://openalex.org/W164303708 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1474757669
  • https://openalex.org/W1966257519
  • https://openalex.org/W2012869604
  • https://openalex.org/W2016043013
  • https://openalex.org/W2016334396
  • https://openalex.org/W2016985213
  • https://openalex.org/W2021751318
  • https://openalex.org/W2032964775
  • https://openalex.org/W2039833358
  • https://openalex.org/W2062642348
  • https://openalex.org/W2069272927
  • https://openalex.org/W2073301760
  • https://openalex.org/W2074247514
  • https://openalex.org/W2090134344
  • https://openalex.org/W2107168599
  • https://openalex.org/W2114051417
  • https://openalex.org/W2144959546
  • https://openalex.org/W2162295149
  • https://openalex.org/W2243894031
  • https://openalex.org/W2339618176
  • https://openalex.org/W2340031667
  • https://openalex.org/W2480773821
  • https://openalex.org/W2563692908
  • https://openalex.org/W2588251516
  • https://openalex.org/W2738006714
  • https://openalex.org/W2744447916
  • https://openalex.org/W2788151757
  • https://openalex.org/W2789718875
  • https://openalex.org/W2912696777
  • https://openalex.org/W2940314372
  • https://openalex.org/W3001556390
  • https://openalex.org/W3007136496
  • https://openalex.org/W3008717077
  • https://openalex.org/W3012029801
  • https://openalex.org/W3012162900
  • https://openalex.org/W3014602579
  • https://openalex.org/W3034719569
  • https://openalex.org/W4234133587