Published September 1, 2019 | Version v1
Publication Metadata-only

Adsorption of toxic crystal violet dye using coffee husks: Equilibrium, kinetics and thermodynamics study

Creators

  • 1. University of Kabianga
  • 2. University of Nairobi

Description

Crystal violet (CV) dye is a water-soluble, toxic, recalcitrant organic dye that causes severe health problems and environment pollution. The current study assesses the potential of Waste Coffee Husks (WCH) in adsorption of crystal violet (CV) dye. Batch experiments were designed to determine the effect of pH, dye concentration, adsorbent dose, and contact time in dye removal. Result revealed that removal of CV was highly favored by lower temperatures and acidic medium. Dye removal per unit mass of WCH increased with increase in contact time, dye concentration and surface area. At ambient temperature, the maximum adsorption efficiency of up to 94% was achieved within 10 min at pH 3. Adsorption capacity of Waste Coffee Husks was found to be 12.0360 mg/l for initial dye concentration of 12.2394 mg/l at 25 °C. The experimental data followed pseudo-second-order kinetic models indicating that dye adsorption was controlled by chemical process involving valence forces through sharing or exchange of electrons between CV dye and WCH. Adsorption equilibrium data followed Freundlich and Langmuir isotherm models. Gibbs free energy (∆G°) of the system showed increasing spontaneity with temperatures while positive entropy value (∆S°) implied random disorder of molecules featured at solution/solid interface. Negative enthalpy value (∆H°) confirmed exothermic nature of this adsorption process. These results demonstrate that Waste Coffee Husk are cost-effective, eco-friendly and low-cost bio renewable material for dye removal in industrial effluents.

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

Translated Description (Arabic)

صبغة الكريستال البنفسجي (CV) هي صبغة عضوية قابلة للذوبان في الماء وسامة ومتمردة تسبب مشاكل صحية شديدة وتلوث بيئي. تقيّم الدراسة الحالية إمكانات قشور نفايات القهوة (WCH) في امتصاص صبغة الكريستال البنفسجي (CV). تم تصميم تجارب الدفعات لتحديد تأثير الأس الهيدروجيني وتركيز الصبغة والجرعة الممتزة ووقت التلامس في إزالة الصبغة. كشفت النتيجة أن إزالة CV كانت مفضلة للغاية بسبب انخفاض درجات الحرارة والوسط الحمضي. زادت إزالة الصبغة لكل وحدة كتلة من WCH مع زيادة وقت التلامس وتركيز الصبغة ومساحة السطح. في درجة الحرارة المحيطة، تم تحقيق أقصى كفاءة امتزاز تصل إلى 94 ٪ في غضون 10 دقائق عند درجة الحموضة 3. تم العثور على قدرة امتصاص من قشور القهوة النفايات لتكون 12.0360 ملغ/لتر لتركيز الصبغة الأولي من 12.2394 ملغ/لتر عند 25 درجة مئوية. اتبعت البيانات التجريبية نماذج حركية زائفة من الدرجة الثانية تشير إلى أن امتزاز الصبغة تم التحكم فيه عن طريق عملية كيميائية تنطوي على قوى التكافؤ من خلال مشاركة أو تبادل الإلكترونات بين صبغة CV و WCH. اتبعت بيانات توازن الامتزاز نماذج Freundlich و Langmuir isotherm. أظهرت طاقة جيبس الحرة (G°) للنظام عفوية متزايدة مع درجات الحرارة في حين أن قيمة الإنتروبيا الإيجابية (S°) تنطوي على اضطراب عشوائي للجزيئات الموجودة في المحلول/الواجهة الصلبة. أكدت قيمة المحتوى الحراري السالبة (H°) الطبيعة الطاردة للحرارة لعملية الامتزاز هذه. تُظهر هذه النتائج أن قشر نفايات القهوة فعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة ومنخفض التكلفة لإزالة الصبغة في النفايات السائلة الصناعية.

Translated Description (French)

Le colorant Crystal Violet (CV) est un colorant organique soluble dans l'eau, toxique et récalcitrant qui cause de graves problèmes de santé et de pollution de l'environnement. La présente étude évalue le potentiel de Waste Coffee Husks (WCH) dans l'adsorption du colorant cristal violet (CV). Les expériences par lots ont été conçues pour déterminer l'effet du pH, de la concentration de colorant, de la dose d'adsorbant et du temps de contact dans l'élimination du colorant. Le résultat a révélé que l'élimination du CV était fortement favorisée par les températures plus basses et le milieu acide. L'élimination des colorants par unité de masse de WCH augmente avec l'augmentation du temps de contact, de la concentration des colorants et de la surface. À température ambiante, l'efficacité maximale d'adsorption allant jusqu'à 94 % a été atteinte en 10 min à pH 3. La capacité d'adsorption des résidus de café s'est avérée être de 12,0360 mg/l pour une concentration initiale de colorant de 12,2394 mg/l à 25 °C. Les données expérimentales ont suivi des modèles cinétiques de pseudo-seconde ordre indiquant que l'adsorption du colorant était contrôlée par un processus chimique impliquant des forces de valence par le partage ou l'échange d'électrons entre le colorant CV et le WCH. Les données d'équilibre d'adsorption ont suivi les modèles d'isotherme de Freundlich et de Langmuir. L'énergie libre de Gibbs (∆G°) du système a montré une spontanéité croissante avec les températures tandis que la valeur d'entropie positive (∆S°) impliquait un désordre aléatoire des molécules présentes à l'interface solution/solide. La valeur d'enthalpie négative (∆H°) a confirmé le caractère exothermique de ce processus d'adsorption. Ces résultats démontrent que les déchets de café sont des matériaux bio renouvelables rentables, écologiques et peu coûteux pour l'élimination des colorants dans les effluents industriels.

Translated Description (Spanish)

El colorante violeta cristal (CV) es un colorante orgánico soluble en agua, tóxico y recalcitrante que causa graves problemas de salud y contaminación ambiental. El estudio actual evalúa el potencial de las cáscaras de café de desecho (WCH) en la adsorción del colorante violeta cristal (CV). Los experimentos por lotes se diseñaron para determinar el efecto del pH, la concentración de colorante, la dosis de adsorbente y el tiempo de contacto en la eliminación del colorante. El resultado reveló que la eliminación de CV se vio muy favorecida por las temperaturas más bajas y el medio ácido. La eliminación de colorante por unidad de masa de WCH aumentó con el aumento del tiempo de contacto, la concentración de colorante y el área de superficie. A temperatura ambiente, la eficacia de adsorción máxima de hasta el 94% se logró en 10 min a pH 3. Se encontró que la capacidad de adsorción de las cáscaras de café de desecho era de 12,0360 mg/l para una concentración inicial de colorante de 12,2394 mg/l a 25 °C. Los datos experimentales siguieron modelos cinéticos de pseudo-segundo orden que indicaban que la adsorción del colorante estaba controlada por un proceso químico que involucraba fuerzas de valencia a través del intercambio o intercambio de electrones entre el colorante CV y el WCH. Los datos de equilibrio de adsorción siguieron los modelos de isoterma de Freundlich y Langmuir. La energía libre de Gibbs (∆G°) del sistema mostró un aumento de la espontaneidad con las temperaturas, mientras que el valor de entropía positivo (∆S°) implicó un desorden aleatorio de las moléculas que aparecen en la interfaz solución/sólido. El valor de entalpía negativo (∆H°) confirmó la naturaleza exotérmica de este proceso de adsorción. Estos resultados demuestran que la cáscara de café residual es un material bio-renovable rentable, ecológico y de bajo coste para la eliminación de colorantes en efluentes industriales.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
امتزاز الصبغة البنفسجية البلورية السامة باستخدام قشور القهوة: دراسة التوازن والحركية والديناميكا الحرارية
Translated title (French)
Adsorption de colorant violet cristallin toxique à l'aide d'enveloppes de café : étude de l'équilibre, de la cinétique et de la thermodynamique
Translated title (Spanish)
Adsorción de colorante cristal violeta tóxico utilizando cáscaras de café: estudio de equilibrio, cinética y termodinámica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2963227157
DOI
10.1016/j.sciaf.2019.e00116

Is supplement to
https://openalex.org/W4297920613 (Other)
https://openalex.org/W4283171763 (Other)
https://openalex.org/W4210860375 (Other)
https://openalex.org/W2955761943 (Other)
https://openalex.org/W2198757001 (Other)
https://openalex.org/W2186388796 (Other)
https://openalex.org/W2012414072 (Other)
https://openalex.org/W1986262083 (Other)
https://openalex.org/W1966719800 (Other)
https://openalex.org/W114869605 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1966852774
  • https://openalex.org/W1969475273
  • https://openalex.org/W1977844233
  • https://openalex.org/W1982143373
  • https://openalex.org/W1986113254
  • https://openalex.org/W1997043662
  • https://openalex.org/W1998839926
  • https://openalex.org/W1999540828
  • https://openalex.org/W2000979228
  • https://openalex.org/W2008557281
  • https://openalex.org/W2011991938
  • https://openalex.org/W2033714061
  • https://openalex.org/W2037614699
  • https://openalex.org/W2063625135
  • https://openalex.org/W2078546417
  • https://openalex.org/W2080475496
  • https://openalex.org/W2103947103
  • https://openalex.org/W2109882735
  • https://openalex.org/W2110743976
  • https://openalex.org/W2184250286
  • https://openalex.org/W2254151055
  • https://openalex.org/W2531859223
  • https://openalex.org/W2726911129
  • https://openalex.org/W2781931545
  • https://openalex.org/W2789871711
  • https://openalex.org/W2807069438
  • https://openalex.org/W2891555481
  • https://openalex.org/W2891852674
  • https://openalex.org/W2894032678
  • https://openalex.org/W2901604795
  • https://openalex.org/W2901900532
  • https://openalex.org/W2905330017
  • https://openalex.org/W2912174737
  • https://openalex.org/W2944207114
  • https://openalex.org/W330643516
  • https://openalex.org/W4229685635