Published June 22, 2020 | Version v1
Publication Open

Orange peel as low-cost adsorbent in the elimination of Cd(II) ion: kinetics, isotherm, thermodynamic and optimization evaluations

Creators

  • 1. Federal University of Agriculture
  • 2. Mountain Top University

Description

Abstract The presence of heavy metals in polluted water is known not only to cause severe harm to marine organisms, but also to terrestrial plants and animals including human beings. This research applied low-cost and environmentally benign adsorbent primed from waste orange peel (OP) for the removal of Cd(II) ions from aqueous solution via batch adsorption process. The surface properties of the orange peel powder were studied using scanning electron microscopy (SEM), X-ray spectroscopy (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Operational conditions like temperature, contact time, sorbent dosage, solution pH and initial adsorbate concentration were investigated. The utmost uptake of Cd(II) ion was obtained at a contact time of 120 min, initial metal concentration of 240 mg/L, adsorbent dosage of 0.04 g/L, temperature of 45 °C and solution pH of 5.5. Equilibrium results showed that the orange peel adsorbent has an adsorption capacity of 128.23 mg/g as obtained from the Langmuir isotherm. The adsorption kinetics data followed a pseudo-first-order kinetic model with correlation coefficient (R 2 ) > 0.9 and low standard % error values. The adsorption process was found to be endothermic in nature with enthalpy of 0.0046 kJ mol −1 and entropy of-636.865 Jmol −1 K −1 . Results from the optimization study indicated that higher adsorbent dosage and lower Cd(II) ion concentration increased the percentage of Cd(II) ion removal. Thus, orange peel could be used in the removal of Cd(II) ion from aqueous solutions.

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

Translated Description (Arabic)

من المعروف أن وجود المعادن الثقيلة في المياه الملوثة لا يسبب ضررًا شديدًا للكائنات البحرية فحسب، بل أيضًا للنباتات والحيوانات الأرضية بما في ذلك البشر. طبق هذا البحث مادة ماصة منخفضة التكلفة وحميدة بيئيًا معدة من قشر البرتقال المهدور لإزالة أيونات القرص المضغوط(II) من المحلول المائي عن طريق عملية الامتزاز على دفعات. تمت دراسة الخصائص السطحية لمسحوق قشر البرتقال باستخدام المجهر الإلكتروني للمسح الضوئي (SEM)، والمطيافية بالأشعة السينية (XRD)، والمطيافية بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT - IR). تم فحص الظروف التشغيلية مثل درجة الحرارة ووقت التلامس والجرعة الماصة ودرجة حموضة المحلول وتركيز الامتزاز الأولي. تم الحصول على أقصى امتصاص لأيون CD(II) في وقت تلامس 120 دقيقة، وتركيز معدني أولي 240 مجم/لتر، وجرعة ماصة 0.04 جم/لتر، ودرجة حرارة 45 درجة مئوية ودرجة حموضة محلول 5.5. أظهرت نتائج التوازن أن مادة امتزاز قشر البرتقال لها قدرة امتزاز تبلغ 128.23 مجم/جم كما تم الحصول عليها من متساوي الحرارة لانجموير. اتبعت بيانات حركية الامتزاز نموذجًا حركيًا زائفًا من الدرجة الأولى مع معامل ارتباط (R 2 ) أكبر من 0.9 وقيم خطأ قياسية منخفضة. تم العثور على عملية الامتزاز لتكون ماصة للحرارة في الطبيعة مع المحتوى الحراري من 0.0046 كيلو جول مول -1 والإنتروبيا من 636.865 Jmol -1 K -1 . أشارت نتائج دراسة التحسين إلى أن جرعة ماصة أعلى وتركيز أيون Cd(II) أقل يزيد من نسبة إزالة أيون Cd(II). وبالتالي، يمكن استخدام قشر البرتقال في إزالة أيون القرص المضغوط(الثاني) من المحاليل المائية.

Translated Description (French)

Résumé La présence de métaux lourds dans les eaux polluées est connue pour causer de graves dommages non seulement aux organismes marins, mais aussi aux plantes et aux animaux terrestres, y compris les êtres humains. Cette recherche a appliqué un adsorbant peu coûteux et sans danger pour l'environnement amorcé à partir de déchets de peau d'orange (OP) pour l'élimination des ions Cd(II) de la solution aqueuse via un processus d'adsorption par lots. Les propriétés de surface de la poudre de peau d'orange ont été étudiées à l'aide de la microscopie électronique à balayage (MEB), de la spectroscopie à rayons X (DRX) et de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR). Les conditions opérationnelles telles que la température, le temps de contact, la dose de sorbant, le pH de la solution et la concentration initiale d'adsorbat ont été étudiées. La plus grande absorption d'ions Cd(II) a été obtenue à un temps de contact de 120 min, une concentration initiale en métal de 240 mg/L, une dose d'adsorbant de 0,04 g/L, une température de 45 °C et un pH de solution de 5,5. Les résultats d'équilibre ont montré que l'adsorbant peau d'orange a une capacité d'adsorption de 128,23 mg/g telle qu'obtenue à partir de l'isotherme de Langmuir. Les données de cinétique d'adsorption ont suivi un modèle cinétique de pseudo premier ordre avec un coefficient de corrélation (R 2 ) > 0,9 et de faibles valeurs d'erreur standard en %. Le processus d'adsorption s'est avéré être de nature endothermique avec une enthalpie de 0,0046 kJ mol −1 et une entropie de-636,865 Jmol −1 K −1 . Les résultats de l'étude d'optimisation ont indiqué qu'une dose plus élevée d'adsorbant et une concentration plus faible d'ions Cd(II) augmentaient le pourcentage d'élimination des ions Cd(II). Ainsi, la peau d'orange pourrait être utilisée dans l'élimination de l'ion Cd(II) des solutions aqueuses.

Translated Description (Spanish)

Resumen Se sabe que la presencia de metales pesados en el agua contaminada no solo causa daños graves a los organismos marinos, sino también a las plantas y animales terrestres, incluidos los seres humanos. Esta investigación aplicó adsorbente de bajo costo y ambientalmente benigno preparado a partir de cáscara de naranja residual (OP) para la eliminación de iones Cd(II) de la solución acuosa a través de un proceso de adsorción por lotes. Las propiedades superficiales del polvo de cáscara de naranja se estudiaron utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de rayos X (XRD) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR). Se investigaron las condiciones operativas como la temperatura, el tiempo de contacto, la dosis de sorbente, el pH de la solución y la concentración inicial de adsorbato. La máxima absorción de ion Cd(II) se obtuvo en un tiempo de contacto de 120 min, concentración inicial de metal de 240 mg/L, dosis de adsorbente de 0.04 g/L, temperatura de 45 °C y pH de la solución de 5.5. Los resultados del equilibrio mostraron que el adsorbente de cáscara de naranja tiene una capacidad de adsorción de 128,23 mg/g obtenida de la isoterma de Langmuir. Los datos de la cinética de adsorción siguieron un modelo cinético de pseudo-primer orden con coeficiente de correlación (R 2 ) > 0,9 y valores de % de error estándar bajos. Se encontró que el proceso de adsorción era de naturaleza endotérmica con entalpía de 0.0046 kJ mol −1 y entropía de-636.865 Jmol −1 K −1 . Los resultados del estudio de optimización indicaron que una mayor dosis de adsorbente y una menor concentración de iones Cd(II) aumentaron el porcentaje de eliminación de iones Cd(II). Por lo tanto, la cáscara de naranja podría usarse en la eliminación del ion Cd(II) de las soluciones acuosas.

Files

s40643-020-00320-y.pdf

Files (2.8 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:e02032f25f603fc97895080ae7b56ac9
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
قشر البرتقال كمادة مازة منخفضة التكلفة في القضاء على أيونات CD(II): الحركية، متساوي الحرارة، الديناميكا الحرارية وتقييمات التحسين
Translated title (French)
La peau d'orange comme adsorbant à faible coût dans l'élimination de l'ion Cd(II) : cinétique, isotherme, thermodynamique et évaluations d'optimisation
Translated title (Spanish)
Cáscara de naranja como adsorbente de bajo coste en la eliminación de iones Cd(II): cinética, isoterma, termodinámica y evaluaciones de optimización

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3036275635
DOI
10.1186/s40643-020-00320-y

Is supplement to
https://openalex.org/W4205254389 (Other)
https://openalex.org/W3175558292 (Other)
https://openalex.org/W2892756317 (Other)
https://openalex.org/W2793809098 (Other)
https://openalex.org/W2612011445 (Other)
https://openalex.org/W2049015218 (Other)
https://openalex.org/W2032614544 (Other)
https://openalex.org/W2021945321 (Other)
https://openalex.org/W1992993622 (Other)
https://openalex.org/W1973632039 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1968215980
  • https://openalex.org/W1969106417
  • https://openalex.org/W1980133958
  • https://openalex.org/W1986113254
  • https://openalex.org/W1991126788
  • https://openalex.org/W1999317698
  • https://openalex.org/W2017826734
  • https://openalex.org/W2050737306
  • https://openalex.org/W2061435229
  • https://openalex.org/W2072990351
  • https://openalex.org/W2087384002
  • https://openalex.org/W2092621549
  • https://openalex.org/W2093627053
  • https://openalex.org/W2095766005
  • https://openalex.org/W2104654005
  • https://openalex.org/W2198003692
  • https://openalex.org/W2300474821
  • https://openalex.org/W2300772194
  • https://openalex.org/W2595176504
  • https://openalex.org/W2766660440
  • https://openalex.org/W2804974644
  • https://openalex.org/W2887326409
  • https://openalex.org/W2893192690
  • https://openalex.org/W2901661990
  • https://openalex.org/W2974973885
  • https://openalex.org/W2978898928
  • https://openalex.org/W2990582494
  • https://openalex.org/W2998907195
  • https://openalex.org/W3010355947
  • https://openalex.org/W3031611241
  • https://openalex.org/W924321037