Published April 27, 2024 | Version v1
Publication Open

Bioremoval of lead ion from the aquatic environment using lignocellulosic (Zea mays), thermodynamics modeling, and MC simulation

Creators

  • 1. Egyptian Petroleum Research Institute
  • 2. University of Laghouat
  • 3. Université de ain Témouchent
  • 4. University of Sciences and Technology Houari Boumediene

Description

Abstract Lead (Pb +2 ) ions considered a crucial neurotoxic heavy metal result in serious troubles in the live biological environment including poisoning, and liver and kidney shortage, in addition to anemia, hepatitis, encephalopathy, and renal syndrome. In the current study, the biomass of Zea mays (ZMS) was prepared as a biosorbent for the elimination of Pb +2 ions from the aquatic environment in batch mode relevant to contact time, pH solution, biosorbent dose, and temperature. The Zea mays biomass was characterized using an SEM microscope coupled with EDX, FTIR, XRD, and BET surface area analysis to investigate the modification of chemical structure for the biosorption system. According to the biosorption experiments, the supreme biosorbent capability of ZMS approaches 16.9 mg/g for 180 min at pH = 5.5. The evaluation of kinetics analysis reveals that the (Pb +2 ) biosorption by ZMS was better described with pseudo-second-order kinetics. In addition, the nonlinear regression of Freundlich, Langmuir, Temkin, and Elovich isothermal models was modeled to the equilibrium data, and it was deduced that the Langmuir isotherm provides a better fit than Langmuir based on the correlation coefficient values. The thermodynamic factors were calculated for this biosorption process in which the lead ions are sequestered by the ZMS. According to these factors, it was elucidated that the (Pb +2 ) ions biosorption onto the Zea mays sponge is exothermic and spontaneous. In addition, Monte Carlo (MC) simulations were conducted to screen the adsorption competence of pigments and ligands in Zea mays for Pb +2 ions adsorption. The outputs of experimental and simulation studies proved the potentiality of Zea mays sponge (ZMS) as a promising biosorbent for eliminating heavy metallic elements from aqueous media.

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

Translated Description (Arabic)

تؤدي أيونات الرصاص المجردة (Pb +2 ) التي تعتبر من المعادن الثقيلة السامة للأعصاب إلى مشاكل خطيرة في البيئة البيولوجية الحية بما في ذلك التسمم ونقص الكبد والكلى، بالإضافة إلى فقر الدم والتهاب الكبد والاعتلال الدماغي والمتلازمة الكلوية. في الدراسة الحالية، تم تحضير الكتلة الحيوية لـ Zea mays (ZMS) كممتص حيوي للقضاء على أيونات Pb +2 من البيئة المائية في وضع الدُفعة ذي الصلة بوقت التلامس ومحلول الأس الهيدروجيني وجرعة الامتصاص الحيوي ودرجة الحرارة. تم تمييز الكتلة الحيوية لـ ZEA mays باستخدام مجهر SEM مقترنًا بتحليل مساحة سطح EDX و FTIR و XRD و BET للتحقيق في تعديل التركيب الكيميائي لنظام الامتصاص الحيوي. وفقًا لتجارب الامتصاص الحيوي، تقترب قدرة الامتصاص الحيوي العليا لـ ZMS من 16.9 مجم/جم لمدة 180 دقيقة عند درجة الحموضة = 5.5. يكشف تقييم تحليل الحركية أن الامتصاص الحيوي (Pb +2 ) بواسطة ZMS تم وصفه بشكل أفضل بحركية من الدرجة الثانية الزائفة. بالإضافة إلى ذلك، تم نمذجة الانحدار غير الخطي لنماذج Freundlich و Langmuir و Temkin و Elovich متساوي الحرارة لبيانات التوازن، وتم استنتاج أن متساوي الحرارة Langmuir يوفر ملاءمة أفضل من Langmuir بناءً على قيم معامل الارتباط. تم حساب العوامل الديناميكية الحرارية لعملية الامتصاص الحيوي هذه التي يتم فيها عزل أيونات الرصاص بواسطة ZMS. وفقًا لهذه العوامل، تم توضيح أن الامتزاز الحيوي للأيونات (Pb +2 ) على إسفنجة Zea mays طارد للحرارة وعفوي. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء عمليات محاكاة مونت كارلو (MC) لفحص كفاءة الامتزاز للأصباغ والروابط في Zea mays لامتصاص أيونات Pb +2. أثبتت مخرجات الدراسات التجريبية والمحاكاة إمكانات إسفنج Zea mays (ZMS) كممتص حيوي واعد للقضاء على العناصر المعدنية الثقيلة من الوسائط المائية.

Translated Description (French)

Résumé Les ions plomb (Pb +2 ) considérés comme un métal lourd neurotoxique crucial entraînent de graves problèmes dans l'environnement biologique vivant, notamment une intoxication et une pénurie hépatique et rénale, en plus de l'anémie, de l'hépatite, de l'encéphalopathie et du syndrome rénal. Dans la présente étude, la biomasse de Zea mays (ZMS) a été préparée comme biosorbant pour l'élimination des ions Pb +2 du milieu aquatique en mode discontinu en fonction du temps de contact, du pH de la solution, de la dose de biosorbant et de la température. La biomasse de Zea mays a été caractérisée à l'aide d'un microscope MEB couplé à une analyse de surface EDX, FTIR, XRD et BET pour étudier la modification de la structure chimique du système de biosorption. Selon les expériences de biosorption, la capacité biosorbante suprême du ZMS s'approche de 16,9 mg/g pendant 180 min à pH = 5,5. L'évaluation de l'analyse cinétique révèle que la biosorption (Pb +2 ) par le ZMS était mieux décrite avec une cinétique de pseudo second ordre. En outre, la régression non linéaire des modèles isothermes de Freundlich, Langmuir, Temkin et Elovich a été modélisée sur les données d'équilibre, et il a été déduit que l'isotherme de Langmuir fournit un meilleur ajustement que Langmuir sur la base des valeurs de coefficient de corrélation. Les facteurs thermodynamiques ont été calculés pour ce processus de biosorption dans lequel les ions plomb sont séquestrés par le ZMS. Selon ces facteurs, il a été élucidé que la biosorption des ions (Pb +2 ) sur l'éponge Zea mays est exothermique et spontanée. En outre, des simulations Monte Carlo (MC) ont été menées pour cribler la compétence d'adsorption des pigments et des ligands dans Zea mays pour l'adsorption des ions Pb +2. Les résultats d'études expérimentales et de simulation ont prouvé le potentiel de l'éponge Zea mays (ZMS) en tant que biosorbant prometteur pour éliminer les éléments métalliques lourds des milieux aqueux.

Translated Description (Spanish)

Resumen Los iones de plomo (Pb +2 ) considerados un metal pesado neurotóxico crucial dan como resultado graves problemas en el entorno biológico vivo, incluyendo intoxicación y escasez hepática y renal, además de anemia, hepatitis, encefalopatía y síndrome renal. En el presente estudio, la biomasa de Zea mays (ZMS) se preparó como un biosorbente para la eliminación de iones Pb +2 del medio acuático en modo discontinuo relevante para el tiempo de contacto, la solución de pH, la dosis del biosorbente y la temperatura. La biomasa de Zea mays se caracterizó utilizando un microscopio SEM junto con edX, FTIR, XRD y análisis de área de superficie BET para investigar la modificación de la estructura química para el sistema de biosorción. De acuerdo con los experimentos de biosorción, la capacidad biosorbente suprema de ZMS se aproxima a 16.9 mg/g durante 180 min a pH = 5.5. La evaluación del análisis cinético revela que la biosorción (Pb +2 ) por ZMS se describió mejor con una cinética de pseudo-segundo orden. Además, la regresión no lineal de los modelos isotérmicos de Freundlich, Langmuir, Temkin y Elovich se modeló con los datos de equilibrio, y se dedujo que la isoterma de Langmuir proporciona un mejor ajuste que Langmuir en función de los valores del coeficiente de correlación. Los factores termodinámicos se calcularon para este proceso de biosorción en el que los iones de plomo son secuestrados por el ZMS. De acuerdo con estos factores, se dilucidó que la biosorción de iones (Pb +2 ) en la esponja de Zea mays es exotérmica y espontánea. Además, se realizaron simulaciones de Monte Carlo (MC) para analizar la competencia de adsorción de pigmentos y ligandos en Zea mays para la adsorción de iones Pb +2. Los resultados de los estudios experimentales y de simulación demostraron la potencialidad de la esponja de Zea mays (ZMS) como un biosorbente prometedor para eliminar elementos metálicos pesados de los medios acuosos.

Files

s13762-024-05616-6.pdf.pdf

Files (3.2 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:f9e5a494eca065979ea666ea758404f8
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إزالة حيوية لأيون الرصاص من البيئة المائية باستخدام lignocellulosic (Zea mays)، ونمذجة الديناميكا الحرارية، ومحاكاة MC
Translated title (French)
Bioremoval of lead ion from the aquatic environment using lignocellulosic (Zea mays), thermodynamics modeling, and MC simulation
Translated title (Spanish)
Biorremovimiento de iones de plomo del medio acuático utilizando lignocelulósico (Zea mays), modelado termodinámico y simulación MC

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4395690795
DOI
10.1007/s13762-024-05616-6

Is supplement to
https://openalex.org/W4306842392 (Other)
https://openalex.org/W4242556699 (Other)
https://openalex.org/W4238783460 (Other)
https://openalex.org/W3144297947 (Other)
https://openalex.org/W3022502617 (Other)
https://openalex.org/W2531429598 (Other)
https://openalex.org/W2384643596 (Other)
https://openalex.org/W2264386711 (Other)
https://openalex.org/W2259029423 (Other)
https://openalex.org/W1607865594 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1249266568
  • https://openalex.org/W1874028497
  • https://openalex.org/W1972339329
  • https://openalex.org/W1974971399
  • https://openalex.org/W1979155557
  • https://openalex.org/W1980556275
  • https://openalex.org/W1985092468
  • https://openalex.org/W1992240614
  • https://openalex.org/W2000885046
  • https://openalex.org/W2009090557
  • https://openalex.org/W2014096918
  • https://openalex.org/W2014995554
  • https://openalex.org/W2028150718
  • https://openalex.org/W2050506094
  • https://openalex.org/W2067919414
  • https://openalex.org/W2068118419
  • https://openalex.org/W2070047148
  • https://openalex.org/W2071864681
  • https://openalex.org/W2077013728
  • https://openalex.org/W2077206904
  • https://openalex.org/W2089043605
  • https://openalex.org/W2093669002
  • https://openalex.org/W2094457598
  • https://openalex.org/W2095475401
  • https://openalex.org/W2101605491
  • https://openalex.org/W2121644163
  • https://openalex.org/W2122603122
  • https://openalex.org/W2156716051
  • https://openalex.org/W2200051983
  • https://openalex.org/W2523460150
  • https://openalex.org/W2617559183
  • https://openalex.org/W2739254607
  • https://openalex.org/W2802639830
  • https://openalex.org/W2889459898
  • https://openalex.org/W2900489794
  • https://openalex.org/W2910754798
  • https://openalex.org/W2936753589
  • https://openalex.org/W2946034026
  • https://openalex.org/W2999744086
  • https://openalex.org/W3008092789
  • https://openalex.org/W3014407249
  • https://openalex.org/W3016706380
  • https://openalex.org/W3032664590
  • https://openalex.org/W3081932592
  • https://openalex.org/W3208851186
  • https://openalex.org/W4311746742
  • https://openalex.org/W4366989014
  • https://openalex.org/W582102440