Published August 31, 2023 | Version v1
Publication Open

Development of carboxymethyl cellulose-graphene oxide biobased composite for the removal of methylene blue cationic dye model contaminate from wastewater

Creators

  • 1. Alexandria University
  • 2. City of Scientific Research and Technological Applications

Description

Abstract Utilizing Glutaraldehyde crosslinked sodium carboxymethyl cellulose (CMC-GA) hydrogel and its nanographene oxide composite (CMC-GA-GOx), an effective carboxymethyl cellulose-graphene oxide biobased composites adsorbent was developed for the adsorption removal of methylene blue (MB) cationic dye contaminate from industrial wastewater. The CMC-GA-GOx composites developed were characterized using FTIR, RAMAN, TGA, SEM, and EDX analysis instruments. Through batch experiments, several variables affecting the removal of MB dye, including the biocomposites GO:CMC composition, adsorption time, pH and temperature, initial MB concentration, adsorbent dosage, and NaCl concentration, were investigated under different conditions. The maximum dye removal percentages ranged between 93 and 98%. They were obtained using biocomposites CMC-GA-GO 102 with 20% GO weight percent, adsorption time 25 min, adsorption temperature 25 °C, MB concentrations 10–30 ppm, adsorption pH 7.0, and 0.2 g adsorbent dose. The experimental data of the adsorption process suit the Langmuir isotherm more closely with a maximal monolayer adsorption capacity of 76.92 mg/g. The adsorption process followed the kinetic model of pseudo-second order. The removal of MB was exothermic and spontaneous from a thermodynamic standpoint. In addition, thermodynamic results demonstrated that adsorption operates most effectively at low temperatures. Finally, the reusability of the developed CMC-GA-GO 102 has been proved through 10 successive cycles where only 14% of the MB dye removal percentage was lost. These results suggest that the developed CMC-GA-GO 102 composite may be an inexpensive and reusable adsorbent for removing organic cationic dyes from industrial wastewater.

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

Translated Description (Arabic)

الخلاصة باستخدام جلوتارالدهيد هيدروجيل كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم المرتبط تشابكيًا (CMC - GA) ومركب أكسيد النانوغرافين (CMC - GA - GOx)، تم تطوير مركب مركب كربوكسي ميثيل السليلوز- الجرافين الحيوي الفعال لإزالة الامتزاز من صبغة الميثيلين الأزرق (MB) الموجبة الملوثة من مياه الصرف الصناعي. تم تمييز مركبات CMC - GA - GOx التي تم تطويرها باستخدام أدوات تحليل FTIR و RAMAN و TGA و SEM و EDX. من خلال تجارب الدفعات، تم فحص العديد من المتغيرات التي تؤثر على إزالة صبغة MB، بما في ذلك المركبات الحيوية GO: تكوين CMC، ووقت الامتزاز، ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة، وتركيز MB الأولي، والجرعة الممتزة، وتركيز كلوريد الصوديوم، في ظل ظروف مختلفة. تراوح الحد الأقصى لنسب إزالة الصبغة بين 93 و 98 ٪. تم الحصول عليها باستخدام المركبات الحيوية CMC - GA - GO 102 بنسبة 20 ٪ من وزن GO، ووقت الامتزاز 25 دقيقة، ودرجة حرارة الامتزاز 25 درجة مئوية، وتركيزات MB 10–30 جزء في المليون، ودرجة حموضة الامتزاز 7.0، وجرعة الامتزاز 0.2 غرام. تتناسب البيانات التجريبية لعملية الامتزاز مع متساوي حرارة Langmuir بشكل أوثق مع قدرة امتزاز أحادية الطبقة قصوى تبلغ 76.92 مجم/جم. اتبعت عملية الامتزاز النموذج الحركي من الدرجة الثانية الزائفة. كانت إزالة MB طاردة للحرارة وعفوية من وجهة نظر الديناميكا الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت النتائج الديناميكية الحرارية أن الامتزاز يعمل بشكل أكثر فعالية في درجات الحرارة المنخفضة. أخيرًا، تم إثبات قابلية إعادة استخدام CMC - GA - GO 102 المطور من خلال 10 دورات متتالية حيث تم فقدان 14 ٪ فقط من نسبة إزالة صبغة MB. تشير هذه النتائج إلى أن مركب CMC - GA - GO 102 المطور قد يكون مادة ماصة غير مكلفة وقابلة لإعادة الاستخدام لإزالة الأصباغ الكاتيونية العضوية من مياه الصرف الصناعي.

Translated Description (French)

Résumé En utilisant l'hydrogel de carboxyméthylcellulose sodique réticulée au glutaraldéhyde (CMC-GA) et son composite d'oxyde de nanographène (CMC-GA-GOx), un adsorbant composite efficace à base de carboxyméthylcellulose et d'oxyde de graphène a été développé pour l'élimination par adsorption du colorant cationique bleu de méthylène (MB) contaminé par les eaux usées industrielles. Les composites CMC-GA-GOx développés ont été caractérisés à l'aide d'instruments d'analyse FTIR, RAMAN, TGA, SEM et EDX. Grâce à des expériences par lots, plusieurs variables affectant l'élimination du colorant MB, y compris la composition des biocomposites GO :CMC, le temps d'adsorption, le pH et la température, la concentration initiale de MB, la dose d'adsorbant et la concentration de NaCl, ont été étudiées dans différentes conditions. Les pourcentages maximaux d'élimination des colorants se situaient entre 93 et 98 %. Ils ont été obtenus en utilisant des biocomposites CMC-GA-GO 102 avec 20 % en poids de GO, un temps d'adsorption de 25 min, une température d'adsorption de 25 °C, des concentrations de MB de 10 à 30 ppm, un pH d'adsorption de 7,0 et une dose d'adsorbant de 0,2 g. Les données expérimentales du processus d'adsorption conviennent mieux à l'isotherme de Langmuir avec une capacité d'adsorption monocouche maximale de 76,92 mg/g. Le processus d'adsorption a suivi le modèle cinétique d'ordre pseudo-seconde. L'élimination du MB était exothermique et spontanée d'un point de vue thermodynamique. De plus, les résultats thermodynamiques ont démontré que l'adsorption fonctionne plus efficacement à basse température. Enfin, la réutilisabilité du CMC-GA-GO 102 développé a été prouvée par 10 cycles successifs où seulement 14 % du pourcentage d'élimination des colorants MB a été perdu. Ces résultats suggèrent que le composite CMC-GA-GO 102 développé peut être un adsorbant peu coûteux et réutilisable pour éliminer les colorants cationiques organiques des eaux usées industrielles.

Translated Description (Spanish)

Resumen Utilizando hidrogel de carboximetilcelulosa sódica reticulada con glutaraldehído (CMC-GA) y su compuesto de óxido de nanografeno (CMC-GA-GOx), se desarrolló un adsorbente eficaz de compuestos de base biológica de carboximetilcelulosa-óxido de grafeno para la eliminación por adsorción del contaminante de colorante catiónico azul de metileno (MB) de las aguas residuales industriales. Los compuestos CMC-GA-GOx desarrollados se caracterizaron utilizando instrumentos de análisis FTIR, RAMAN, TGA, SEM y edX. A través de experimentos por lotes, se investigaron varias variables que afectan la eliminación del colorante MB, incluidos los biocompuestos GO: composición de CMC, tiempo de adsorción, pH y temperatura, concentración inicial de MB, dosis de adsorbente y concentración de NaCl, en diferentes condiciones. Los porcentajes máximos de eliminación de colorante oscilaron entre el 93 y el 98%. Se obtuvieron utilizando biocompuestos CMC-GA-GO 102 con 20% de GO por ciento en peso, tiempo de adsorción 25 min, temperatura de adsorción 25 °C, concentraciones de MB 10–30 ppm, pH de adsorción 7,0 y 0,2 g de dosis de adsorbente. Los datos experimentales del proceso de adsorción se adaptan más estrechamente a la isoterma de Langmuir con una capacidad máxima de adsorción monocapa de 76,92 mg/g. El proceso de adsorción siguió el modelo cinético de pseudo-segundo orden. La eliminación de MB fue exotérmica y espontánea desde el punto de vista termodinámico. Además, los resultados termodinámicos demostraron que la adsorción funciona de manera más efectiva a bajas temperaturas. Finalmente, la reutilización del CMC-GA-GO 102 desarrollado se ha demostrado a través de 10 ciclos sucesivos donde solo se perdió el 14% del porcentaje de eliminación de colorante MB. Estos resultados sugieren que el compuesto CMC-GA-GO 102 desarrollado puede ser un adsorbente económico y reutilizable para eliminar colorantes catiónicos orgánicos de las aguas residuales industriales.

Files

s41598-023-41431-8.pdf.pdf

Files (3.8 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
md5:9e6e037f92a9715391d790997d3b5130
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تطوير مركب كربوكسي ميثيل السليلوز- أكسيد الجرافين الحيوي لإزالة نموذج صبغة الميثيلين الأزرق الموجب الملوث من مياه الصرف الصحي
Translated title (French)
Développement d'un composite biosourcé carboxyméthylcellulose-oxyde de graphène pour l'élimination du modèle de colorant cationique bleu de méthylène contaminé par les eaux usées
Translated title (Spanish)
Desarrollo de un compuesto de base biológica de carboximetilcelulosa-óxido de grafeno para la eliminación del contaminante del colorante catiónico azul de metileno de las aguas residuales

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386328003
DOI
10.1038/s41598-023-41431-8

Is supplement to
https://openalex.org/W4200175250 (Other)
https://openalex.org/W2611487160 (Other)
https://openalex.org/W2597241550 (Other)
https://openalex.org/W2592843537 (Other)
https://openalex.org/W2382972388 (Other)
https://openalex.org/W2349509603 (Other)
https://openalex.org/W2187610301 (Other)
https://openalex.org/W2165231282 (Other)
https://openalex.org/W2122128502 (Other)
https://openalex.org/W1989747352 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1969204084
  • https://openalex.org/W1974220999
  • https://openalex.org/W1975105284
  • https://openalex.org/W1987584088
  • https://openalex.org/W1992231123
  • https://openalex.org/W1997778101
  • https://openalex.org/W2001282475
  • https://openalex.org/W2004345845
  • https://openalex.org/W2031970651
  • https://openalex.org/W2038441540
  • https://openalex.org/W2047840659
  • https://openalex.org/W2056159832
  • https://openalex.org/W2063324651
  • https://openalex.org/W2070708980
  • https://openalex.org/W2082787623
  • https://openalex.org/W2161952755
  • https://openalex.org/W2178316268
  • https://openalex.org/W2399179241
  • https://openalex.org/W2405398441
  • https://openalex.org/W2478722210
  • https://openalex.org/W2508604439
  • https://openalex.org/W2513751598
  • https://openalex.org/W2560807634
  • https://openalex.org/W2585455459
  • https://openalex.org/W2599026141
  • https://openalex.org/W2605982169
  • https://openalex.org/W2614202628
  • https://openalex.org/W2617209457
  • https://openalex.org/W2750245679
  • https://openalex.org/W2753119388
  • https://openalex.org/W2756457768
  • https://openalex.org/W2765190151
  • https://openalex.org/W2769332674
  • https://openalex.org/W2797388264
  • https://openalex.org/W2800831681
  • https://openalex.org/W2805727297
  • https://openalex.org/W2807441849
  • https://openalex.org/W2884189108
  • https://openalex.org/W2889223769
  • https://openalex.org/W2889747264
  • https://openalex.org/W2890747265
  • https://openalex.org/W2890911099
  • https://openalex.org/W2904520401
  • https://openalex.org/W2913657934
  • https://openalex.org/W2913809777
  • https://openalex.org/W2920030221
  • https://openalex.org/W2930523887
  • https://openalex.org/W2948074677
  • https://openalex.org/W2951091869
  • https://openalex.org/W2957446248
  • https://openalex.org/W2982447998
  • https://openalex.org/W2983790075
  • https://openalex.org/W3000521890
  • https://openalex.org/W3000613053
  • https://openalex.org/W3000659638
  • https://openalex.org/W3002366487
  • https://openalex.org/W3010653643
  • https://openalex.org/W3010666543
  • https://openalex.org/W3011528089
  • https://openalex.org/W3036528866
  • https://openalex.org/W3081684445
  • https://openalex.org/W3083867330
  • https://openalex.org/W3087791427
  • https://openalex.org/W3088012641
  • https://openalex.org/W3090170349
  • https://openalex.org/W3093465291
  • https://openalex.org/W3093614748
  • https://openalex.org/W3100965501
  • https://openalex.org/W3102186586
  • https://openalex.org/W3115847854
  • https://openalex.org/W3175756113
  • https://openalex.org/W3189176731
  • https://openalex.org/W3191695126
  • https://openalex.org/W3194567350
  • https://openalex.org/W3206201582
  • https://openalex.org/W4206603043
  • https://openalex.org/W4280522759
  • https://openalex.org/W4302284189
  • https://openalex.org/W4303969012
  • https://openalex.org/W4382140429