Screening of factors that influence the preparation of Dialium guineense pods active carbon for use in methylene blue adsorption: a full factorial experimental design
- 1. Kaduna Polytechnic
- 2. Federal University Lafia
Description
Abstract Background The use of active carbons derived from waste biomass as adsorbents in the remediation of wastewater remains a valuable and cost-effective technology when compared to the use of commercial active carbon for the same purpose. This research aims at using a 2-level full factorial design (FFD) to efficiently evaluate factors that influence the preparation of active carbon from the waste pods of the Dialium guineense seeds. The influence of three preparation factors (concentration of the activating agent, activation time, and type of activating agent) on the active carbon yield and its adsorption capacity for methylene blue were investigated. Based on the full factorial design, two regression models were developed to correlate the factors to the two responses. From an analysis of variance (ANOVA), the most significant factors influencing each response were identified. The active carbon preparation conditions were then optimized by maximizing both the active carbon yield and its adsorption capacity for Methylene Blue. The functional group and surface morphology of the active carbon prepared under the predicted optimum conditions was analyzed via Fourier Transform Infra-Red (FTIR) spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM) respectively. Results The results of this study revealed that the concentration of the activating agent had the most significant effect on the yield of the active carbon produced as well as on its adsorption capacity for methylene blue. The optimum preparation process conditions were found to be: concentration of activating agent 5M, activation time 30 min and activating agent, NaOH which resulted in an active carbon yield of 21.25%, and an adsorption capacity of 9.33509 mg MB per gram of active carbon. SEM and FTIR showed evidence of successful activation. Conclusion The preparation of Dialium guineense seed pods' active carbon is strongly influenced by concentration and type of activating agent used. Reliable statistical models based on the FFD proved to be useful in identifying factors that significantly influence the preparation of Dialium guineense seed pods' active carbon. The active carbon holds great potential for application in the elimination of hazardous synthetic dyes from wastewater and should be explored further.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
خلفية مجردة يظل استخدام الكربون النشط المشتق من الكتلة الحيوية للنفايات كمواد ممتزة في معالجة مياه الصرف الصحي تقنية قيمة وفعالة من حيث التكلفة عند مقارنتها باستخدام الكربون النشط التجاري لنفس الغرض. يهدف هذا البحث إلى استخدام تصميم عاملي كامل من مستويين (FFD) لتقييم العوامل التي تؤثر على تحضير الكربون النشط من كبسولات نفايات بذور غينيا دياليوم بكفاءة. تم التحقيق في تأثير ثلاثة عوامل تحضير (تركيز العامل المنشط، ووقت التنشيط، ونوع العامل المنشط) على إنتاجية الكربون النشط وقدرته على الامتزاز لأزرق الميثيلين. استنادًا إلى التصميم العاملي الكامل، تم تطوير نموذجين للانحدار لربط العوامل بالاستجابتين. من تحليل التباين (ANOVA)، تم تحديد أهم العوامل التي تؤثر على كل استجابة. ثم تم تحسين ظروف تحضير الكربون النشط من خلال تعظيم كل من إنتاجية الكربون النشط وقدرته على الامتزاز لأزرق الميثيلين. تم تحليل المجموعة الوظيفية والشكل السطحي للكربون النشط الذي تم تحضيره في ظل الظروف المثلى المتوقعة عبر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) والمجهر الإلكتروني للمسح الضوئي (SEM) على التوالي. النتائج كشفت نتائج هذه الدراسة أن تركيز العامل المنشط كان له التأثير الأكثر أهمية على إنتاجية الكربون النشط المنتج وكذلك على قدرة امتزازه لأزرق الميثيلين. تم العثور على ظروف عملية التحضير المثلى على النحو التالي: تركيز عامل التنشيط 5 م، ووقت التنشيط 30 دقيقة وعامل التنشيط، وهيدروكسيد الصوديوم الذي أدى إلى إنتاج كربون نشط بنسبة 21.25 ٪، وقدرة امتزاز تبلغ 9.33509 ملجم لكل جرام من الكربون النشط. أظهر كل من SEM وFTIR دليلاً على التنشيط الناجح. الاستنتاج يتأثر تحضير الكربون النشط لبذور غينيس الدياليوم بشدة بتركيز ونوع العامل المنشط المستخدم. أثبتت النماذج الإحصائية الموثوقة القائمة على FFD أنها مفيدة في تحديد العوامل التي تؤثر بشكل كبير على تحضير الكربون النشط لبذور غينيس الدياليوم. يحمل الكربون النشط إمكانات كبيرة للتطبيق في التخلص من الأصباغ الاصطناعية الخطرة من مياه الصرف الصحي ويجب استكشافه بشكل أكبر.Translated Description (French)
Résumé Contexte L'utilisation de charbons actifs dérivés de la biomasse résiduaire comme adsorbants dans la dépollution des eaux usées reste une technologie précieuse et rentable par rapport à l'utilisation de charbon actif commercial dans le même but. Cette recherche vise à utiliser une conception factorielle complète (FFD) à 2 niveaux pour évaluer efficacement les facteurs qui influencent la préparation du charbon actif à partir des gousses de déchets des graines de Dialium guineense. L'influence de trois facteurs de préparation (concentration de l'agent activateur, temps d'activation et type d'agent activateur) sur le rendement en charbon actif et sa capacité d'adsorption du bleu de méthylène ont été étudiés. Sur la base du plan factoriel complet, deux modèles de régression ont été développés pour corréler les facteurs aux deux réponses. À partir d'une analyse de variance (ANOVA), les facteurs les plus significatifs influençant chaque réponse ont été identifiés. Les conditions de préparation du charbon actif ont ensuite été optimisées en maximisant à la fois le rendement en charbon actif et sa capacité d'adsorption pour le bleu de méthylène. Le groupe fonctionnel et la morphologie de surface du charbon actif préparés dans les conditions optimales prédites ont été analysés respectivement par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et par microscopie électronique à balayage (MEB). Résultats Les résultats de cette étude ont révélé que la concentration de l'agent activant avait l'effet le plus significatif sur le rendement du charbon actif produit ainsi que sur sa capacité d'adsorption du bleu de méthylène. Les conditions optimales du processus de préparation ont été les suivantes : concentration de l'agent activant 5M, temps d'activation 30 min et agent activant, NaOH, ce qui a donné un rendement en charbon actif de 21,25 % et une capacité d'adsorption de 9,33509 mg MB par gramme de charbon actif. SEM et FTIR ont montré des preuves d'activation réussie. Conclusion La préparation du charbon actif des gousses de Dialium guineense est fortement influencée par la concentration et le type d'agent activateur utilisé. Des modèles statistiques fiables basés sur le FFD se sont révélés utiles pour identifier les facteurs qui influencent de manière significative la préparation du charbon actif des gousses de Dialium guineense. Le charbon actif présente un grand potentiel d'application dans l'élimination des colorants synthétiques dangereux des eaux usées et devrait être exploré plus avant.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes El uso de carbonos activos derivados de la biomasa residual como adsorbentes en la remediación de aguas residuales sigue siendo una tecnología valiosa y rentable en comparación con el uso de carbono activo comercial para el mismo propósito. Esta investigación tiene como objetivo utilizar un diseño factorial completo (FFD) de 2 niveles para evaluar de manera eficiente los factores que influyen en la preparación del carbón activo de las vainas de desechos de las semillas de Dialium guineense. Se investigó la influencia de tres factores de preparación (concentración del agente activador, tiempo de activación y tipo de agente activador) en el rendimiento de carbón activo y su capacidad de adsorción para el azul de metileno. Con base en el diseño factorial completo, se desarrollaron dos modelos de regresión para correlacionar los factores con las dos respuestas. A partir de un análisis de varianza (ANOVA), se identificaron los factores más significativos que influyen en cada respuesta. A continuación, se optimizaron las condiciones de preparación del carbón activo maximizando tanto el rendimiento del carbón activo como su capacidad de adsorción para el azul de metileno. El grupo funcional y la morfología de la superficie del carbón activo preparado en las condiciones óptimas predichas se analizaron mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y microscopía electrónica de barrido (SEM), respectivamente. Resultados Los resultados de este estudio revelaron que la concentración del agente activador tuvo el efecto más significativo en el rendimiento del carbón activo producido, así como en su capacidad de adsorción para el azul de metileno. Se encontró que las condiciones óptimas del proceso de preparación eran: concentración de agente activador 5M, tiempo de activación 30 min y agente activador, NaOH que resultó en un rendimiento de carbón activo de 21.25% y una capacidad de adsorción de 9.33509 mg MB por gramo de carbón activo. SEM y FTIR mostraron evidencia de activación exitosa. Conclusión La preparación del carbón activo de las vainas de semillas de Dialium guineense está fuertemente influenciada por la concentración y el tipo de agente activador utilizado. Los modelos estadísticos confiables basados en el FFD demostraron ser útiles para identificar factores que influyen significativamente en la preparación del carbón activo de las vainas de semillas de Dialium guineense. El carbón activo tiene un gran potencial de aplicación en la eliminación de colorantes sintéticos peligrosos de las aguas residuales y debe explorarse más a fondo.Files
s42269-021-00629-4.pdf
Files
(2.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6cfa1e6e82ecf5d44c96f15138933625
|
2.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- فحص العوامل التي تؤثر على تحضير كبسولات الدياليوم الغينية للكربون النشط للاستخدام في امتزاز الميثيلين الأزرق: تصميم تجريبي عاملي كامل
- Translated title (French)
- Criblage des facteurs qui influencent la préparation du charbon actif des gousses de Dialium guineense pour une utilisation dans l'adsorption du bleu de méthylène : un plan expérimental factoriel complet
- Translated title (Spanish)
- Detección de factores que influyen en la preparación del carbón activo de las vainas de Dialium guineense para su uso en la adsorción de azul de metileno: un diseño experimental factorial completo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3204995267
- DOI
- 10.1186/s42269-021-00629-4
References
- https://openalex.org/W1968098666
- https://openalex.org/W1976803067
- https://openalex.org/W1981044404
- https://openalex.org/W1987149520
- https://openalex.org/W2005522919
- https://openalex.org/W2010398816
- https://openalex.org/W2018351605
- https://openalex.org/W2026296311
- https://openalex.org/W2030768374
- https://openalex.org/W2031970651
- https://openalex.org/W2073505862
- https://openalex.org/W2097623841
- https://openalex.org/W2170622299
- https://openalex.org/W2486444208
- https://openalex.org/W2563821279
- https://openalex.org/W2980089347
- https://openalex.org/W3020996575
- https://openalex.org/W3039159624
- https://openalex.org/W3086485901
- https://openalex.org/W3106849969