Published May 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

A Laboratory Investigation of the Adsorption Performance and Mechanism of Organics in Industrial Wastewater on mp-Zr(OH)4

Creators

  • 1. Chongqing Jiaotong University
  • 2. Stockholm University
  • 3. South China University of Technology
  • 4. Chongqing University
  • 5. Southern University of Science and Technology
  • 6. King Saud University
  • 7. Duy Tan University
  • 8. Chandigarh University
  • 9. University of Johannesburg
  • 10. Lovely Professional University
  • 11. University of Petroleum and Energy Studies
  • 12. Lebanese American University

Description

We reported on the development of mesoporous zirconium hydroxide (mp-Zr(OH)4) sorbents with high capacity for adsorptive removal of organic pollutants from industrial wastewater. The sorbent was prepared by a one-step chemical precipitation method at room temperature. The adsorption capacity and removal efficiency for the chemical oxygen demand (COD) of the industrial wastewater were studied using an automatic adsorption measurement apparatus. The effects of different parameters (adsorbent dosage, adsorption time, regeneration times, adsorbate's molecular weight and adsorbate solubility), isotherm, thermodynamics, and kinetics were evaluated. By analyzing scanning electron microscopy (SEM) images and powder X-ray diffractograms (XRD) no obvious differences were observed for the sorbents before and after the adsorption of the organics, which indicated a structural stability of the sorbent. The specific surface area was reduced from 450 m2/g to 189 m2/g on adsorption, and after desorption of the organics the specific surface area was 350 m2/g. The adsorption of COD was analyzed in a Langmuir model that described the data better than the empirical Freundlich model. This finding points towards that the adsorption occurred as a monolayer on the mp-Zr(OH)4. The free energy of adsorption (ΔG) is in the range of −20 kJ/mol < ΔG < 0. Entropy changes are ΔS > 0. The kinetics of the adsorption of COD is better described with a Quasi-second-order dynamic model than with a Quasi-first-order dynamic model, which elucidates its primary reliance on porous adsorption surfaces and incorporation of chemical adsorption.

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

Translated Description (Arabic)

أبلغنا عن تطوير مواد ماصة لهيدروكسيد الزركونيوم متوسط المسام (mp - Zr (OH)4) ذات قدرة عالية على الإزالة الامتزازية للملوثات العضوية من مياه الصرف الصناعي. تم تحضير المادة الماصة بطريقة ترسيب كيميائي من خطوة واحدة في درجة حرارة الغرفة. تمت دراسة قدرة الامتزاز وكفاءة الإزالة للطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) لمياه الصرف الصناعي باستخدام جهاز قياس الامتزاز التلقائي. تم تقييم تأثيرات المعلمات المختلفة (الجرعة الممتزة، ووقت الامتزاز، وأوقات التجديد، والوزن الجزيئي للامتزازات، وقابلية ذوبان الامتزازات)، والحرارة المتساوية، والديناميكا الحرارية، والحركية. من خلال تحليل صور المسح المجهري الإلكتروني (SEM) ومسحوق صور الانحراف بالأشعة السينية (XRD)، لم تلاحظ أي اختلافات واضحة للمواد الماصة قبل وبعد امتزاز المواد العضوية، مما يشير إلى الاستقرار الهيكلي للمادة الماصة. تم تقليل مساحة السطح المحددة من 450 م 2/جم إلى 189 م 2/جم عند الامتزاز، وبعد امتزاز المواد العضوية كانت مساحة السطح المحددة 350 م 2/جم. تم تحليل امتزاز COD في نموذج Langmuir الذي وصف البيانات بشكل أفضل من نموذج Freundlich التجريبي. تشير هذه النتيجة إلى أن الامتزاز حدث كطبقة أحادية على mp - Zr(OH)4. تقع الطاقة الحرة للامتزاز (ΔG) في نطاق −20 كيلو جول/مول < ΔG < 0. تغيرات الإنتروبيا هي ΔS > 0. يتم وصف حركية امتزاز سمك القد بشكل أفضل مع نموذج ديناميكي شبه ثاني من نموذج ديناميكي شبه أول، والذي يوضح اعتماده الأساسي على أسطح الامتزاز المسامية ودمج الامتزاز الكيميائي.

Translated Description (French)

Nous avons rendu compte du développement de sorbants mésoporeux à base d'hydroxyde de zirconium (mp-Zr (OH)4) ayant une grande capacité d'élimination adsorbante des polluants organiques des eaux usées industrielles. Le sorbant a été préparé par une méthode de précipitation chimique en une étape à température ambiante. La capacité d'adsorption et l'efficacité d'élimination de la demande chimique en oxygène (DCO) des eaux usées industrielles ont été étudiées à l'aide d'un appareil de mesure automatique de l'adsorption. Les effets de différents paramètres (dosage de l'adsorbant, temps d'adsorption, temps de régénération, poids moléculaire de l'adsorbat et solubilité de l'adsorbat), isotherme, thermodynamique et cinétique ont été évalués. En analysant les images de microscopie électronique à balayage (MEB) et les diffractogrammes à rayons X sur poudre (DRX), aucune différence évidente n'a été observée pour les sorbants avant et après l'adsorption des matières organiques, ce qui indique une stabilité structurelle du sorbant. La surface spécifique a été réduite de 450 m2/g à 189 m2/g lors de l'adsorption, et après désorption des matières organiques, la surface spécifique était de 350 m2/g. L'adsorption de la MORUE a été analysée dans un modèle de Langmuir qui décrivait mieux les données que le modèle empirique de Freundlich. Ce résultat indique que l'adsorption s'est produite en monocouche sur le mp-Zr(OH)4. L'énergie libre d'adsorption (ΔG) est dans la gamme de −20 kJ/mol < ΔG < 0. Les changements d'entropie sont ΔS > 0. La cinétique de l'adsorption de la DCO est mieux décrite avec un modèle dynamique d'ordre quasi-deuxième qu'avec un modèle dynamique d'ordre quasi-deuxième, qui élucide sa dépendance primaire à l'égard des surfaces d'adsorption poreuses et de l'incorporation de l'adsorption chimique.

Translated Description (Spanish)

Informamos sobre el desarrollo de sorbentes de hidróxido de circonio mesoporoso (mp-Zr (OH)4) con alta capacidad para la eliminación adsortiva de contaminantes orgánicos de aguas residuales industriales. El sorbente se preparó mediante un método de precipitación química de una etapa a temperatura ambiente. La capacidad de adsorción y la eficiencia de eliminación para la demanda química de oxígeno (DQO) de las aguas residuales industriales se estudiaron utilizando un aparato de medición de adsorción automática. Se evaluaron los efectos de diferentes parámetros (dosificación del adsorbente, tiempo de adsorción, tiempos de regeneración, peso molecular del adsorbato y solubilidad del adsorbato), isoterma, termodinámica y cinética. Mediante el análisis de imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) y difractogramas de rayos X en polvo (XRD) no se observaron diferencias obvias para los sorbentes antes y después de la adsorción de los orgánicos, lo que indicó una estabilidad estructural del sorbente. El área de superficie específica se redujo de 450 m2/g a 189 m2/g en la adsorción, y después de la desorción de los orgánicos, el área de superficie específica fue de 350 m2/g. La adsorción de DQO se analizó en un modelo de Langmuir que describió los datos mejor que el modelo empírico de Freundlich. Este hallazgo apunta a que la adsorción se produjo como una monocapa en el mp-Zr(OH)4. La energía libre de adsorción (ΔG) está en el rango de -20 kJ/mol < ΔG < 0. Los cambios de entropía son ΔS > 0. La cinética de la adsorción de DQO se describe mejor con un modelo dinámico de cuasi segundo orden que con un modelo dinámico de cuasi primer orden, que aclara su dependencia principal de las superficies de adsorción porosas y la incorporación de adsorción química.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحقيق مختبري لأداء الامتزاز وآلية المواد العضوية في مياه الصرف الصناعي على mp - Zr(OH)4
Translated title (French)
A Laboratory Investigation of the Adsorption Performance and Mechanism of Organics in Industrial Wastewater on mp-Zr(OH)4
Translated title (Spanish)
A Laboratory Investigation of the Adsorption Performance and Mechanism of Organics in Industrial Wastewater on mp-Zr(OH)4

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394946265
DOI
10.1016/j.jwpe.2024.105327

Is supplement to
https://openalex.org/W964160901 (Other)
https://openalex.org/W4214546768 (Other)
https://openalex.org/W2914048236 (Other)
https://openalex.org/W2386200368 (Other)
https://openalex.org/W2386142135 (Other)
https://openalex.org/W2376459288 (Other)
https://openalex.org/W2368954702 (Other)
https://openalex.org/W2060899203 (Other)
https://openalex.org/W2059353795 (Other)
https://openalex.org/W2011684781 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1578926369
  • https://openalex.org/W1901487361
  • https://openalex.org/W1922730584
  • https://openalex.org/W1969425948
  • https://openalex.org/W1975348788
  • https://openalex.org/W1990165944
  • https://openalex.org/W1994959496
  • https://openalex.org/W1997441463
  • https://openalex.org/W2000953302
  • https://openalex.org/W2001642177
  • https://openalex.org/W2016283292
  • https://openalex.org/W2019234026
  • https://openalex.org/W2021948648
  • https://openalex.org/W2026021399
  • https://openalex.org/W2036358285
  • https://openalex.org/W2044825783
  • https://openalex.org/W2046554201
  • https://openalex.org/W2046655197
  • https://openalex.org/W2053368932
  • https://openalex.org/W2061845397
  • https://openalex.org/W2072889733
  • https://openalex.org/W2078283250
  • https://openalex.org/W2078462178
  • https://openalex.org/W2080689943
  • https://openalex.org/W2084368816
  • https://openalex.org/W2084652654
  • https://openalex.org/W2085130632
  • https://openalex.org/W2087154552
  • https://openalex.org/W2089524755
  • https://openalex.org/W2093656896
  • https://openalex.org/W2114866941
  • https://openalex.org/W2132290545
  • https://openalex.org/W2156653906
  • https://openalex.org/W2158732854
  • https://openalex.org/W2170577656
  • https://openalex.org/W2206991044
  • https://openalex.org/W2225197200
  • https://openalex.org/W2246140705
  • https://openalex.org/W2546915340
  • https://openalex.org/W2742358949
  • https://openalex.org/W2757402437
  • https://openalex.org/W2889820747
  • https://openalex.org/W2914534013
  • https://openalex.org/W2946083620
  • https://openalex.org/W2969270524
  • https://openalex.org/W2980084862
  • https://openalex.org/W2982964838
  • https://openalex.org/W2991541099
  • https://openalex.org/W2997725403
  • https://openalex.org/W3106858689
  • https://openalex.org/W3110456038
  • https://openalex.org/W3123447960
  • https://openalex.org/W3169011386
  • https://openalex.org/W4292677630
  • https://openalex.org/W4299532927
  • https://openalex.org/W4372354569
  • https://openalex.org/W843007777
  • https://openalex.org/W88958079
  • https://openalex.org/W988831934