Published July 13, 2023 | Version v1
Publication Open

Tea grounds inspiration for a renewable biomass-based carbon aerogel with CMC and PVA reinforcements: Dye adsorption and supercapacitor prospects

Creators

  • 1. Ho Chi Minh City University of Technology
  • 2. Vietnam National University Ho Chi Minh City
  • 3. Ho Chi Minh City University of Science

Description

Abstract In this study, tea grounds-carbon aerogel (TG-CA) was successfully synthesized and applied effectively in organic dye adsorption and supercapacitor applications. Interestingly, the prepared material has unique properties due to the synthesis process with the combination of carboxymethyl cellulose and poly(vinyl alcohol), which can improve the mechanical properties, strengthen the three-dimensional structure, and increase the specific surface area. Besides, the fabricated carbon aerogel also demonstrated excellent adsorption capacity for rhodamine B (RhB), crystal violet (CV), and methyl orange (MO) of 158.4, 143.2, and 132.9 mg/g for 2 h, respectively. Wherein, the adsorption efficiency of RhB dye was evaluated according to the pseudo-second-order kinetic (PSO) and the Langmuir isotherm model with R 2 = 0.9947. Besides, the thermodynamic investigation of RhB adsorption using TG-CA800 reveals that the process is endothermic and the negative values of Gibb's free energy (ΔG°) demonstrate that the process was spontaneous. Regarding the electrochemical properties, the tea grounds-carbon prepared at 800 o C (TG-CA800) indicated the highest specific capacitance of 291 F/g at the current density of 10 A/g with the potential window of −1.0 to 0 V in phosphate buffer (pH 7). Additionally, the great stability of the material was also confirmed with high capacitance retention of 97.53% after 500 cycles. These results suggest that the carbon aerogel materials prepared from green precursor sources, particularly tea grounds, could be considered a potential and promising approach to tackle organic dye elimination and supercapacitor applications.

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

Translated Description (Arabic)

الخلاصة في هذه الدراسة، تم تصنيع الشاي المطحون- الكربون الهوائي (TG - CA) بنجاح وتطبيقه بشكل فعال في امتزاز الصبغة العضوية وتطبيقات المكثفات الفائقة. ومن المثير للاهتمام أن المادة المحضرة لها خصائص فريدة بسبب عملية التخليق مع مزيج من كربوكسي ميثيل السليلوز والبولي(كحول الفينيل)، والتي يمكن أن تحسن الخواص الميكانيكية، وتقوي البنية ثلاثية الأبعاد، وتزيد من مساحة السطح المحددة. إلى جانب ذلك، أظهر الهلام الهوائي الكربوني المصنّع أيضًا قدرة امتزاز ممتازة للرودامين B (RhB)، والبنفسجي البلوري (CV)، وبرتقال الميثيل (MO) بمقدار 158.4 و 143.2 و 132.9 مجم/جم لمدة ساعتين، على التوالي. حيث تم تقييم كفاءة الامتزاز لصبغة RhB وفقًا للحركة الزائفة من الدرجة الثانية (PSO) ونموذج Langmuir المتساوي الحرارة مع R 2 = 0.9947. إلى جانب ذلك، يكشف الفحص الديناميكي الحراري لامتزاز RhB باستخدام TG - CA800 أن العملية ماصة للحرارة وأن القيم السلبية للطاقة الحرة لجيب (ΔG°) تثبت أن العملية كانت تلقائية. فيما يتعلق بالخصائص الكهروكيميائية، أشارت مطحونات الشاي - الكربون المحضرة عند 800 درجة مئوية (TG - CA800) إلى أعلى سعة محددة تبلغ 291 فهرنهايت/غرام عند الكثافة الحالية البالغة 10 أمبير/غرام مع النافذة المحتملة من -1.0 إلى 0 فولت في عازل الفوسفات (الرقم الهيدروجيني 7). بالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد الاستقرار الكبير للمادة أيضًا مع الاحتفاظ بالسعة العالية بنسبة 97.53 ٪ بعد 500 دورة. تشير هذه النتائج إلى أن مواد الهلام الهوائي الكربوني المحضرة من مصادر السلائف الخضراء، وخاصة الشاي، يمكن اعتبارها نهجًا محتملًا وواعدًا لمعالجة التخلص من الصبغة العضوية وتطبيقات المكثفات الفائقة.

Translated Description (French)

Résumé Dans cette étude, l'aérogel de carbone de marc de thé (TG-CA) a été synthétisé avec succès et appliqué efficacement dans des applications d'adsorption de colorant organique et de supercondensateur. Fait intéressant, le matériau préparé a des propriétés uniques en raison du processus de synthèse avec la combinaison de carboxyméthylcellulose et de poly(alcool vinylique), qui peut améliorer les propriétés mécaniques, renforcer la structure tridimensionnelle et augmenter la surface spécifique. En outre, l'aérogel de carbone fabriqué a également démontré une excellente capacité d'adsorption de la rhodamine B (RhB), du cristal violet (CV) et de l'orange de méthyle (MO) de 158,4, 143,2 et 132,9 mg/g pendant 2 h, respectivement. Dans lequel, l'efficacité d'adsorption du colorant RhB a été évaluée selon le modèle cinétique d'ordre pseudo second (PSO) et le modèle isotherme de Langmuir avec R 2 = 0,9947. Par ailleurs, l'étude thermodynamique de l'adsorption de RhB à l'aide de TG-CA800 révèle que le processus est endothermique et les valeurs négatives de l'énergie libre de Gibb (ΔG°) démontrent que le processus était spontané. En ce qui concerne les propriétés électrochimiques, le thé moulu-carbone préparé à 800 o C (TG-CA800) indiquait la capacité spécifique la plus élevée de 291 F/g à la densité de courant de 10 A/g avec la fenêtre de potentiel de −1,0 à 0 V en tampon phosphate (pH 7). De plus, la grande stabilité du matériau a également été confirmée avec une rétention de capacité élevée de 97,53 % après 500 cycles. Ces résultats suggèrent que les matériaux aérogels de carbone préparés à partir de sources de précurseurs verts, en particulier le marc de thé, pourraient être considérés comme une approche potentielle et prometteuse pour s'attaquer à l'élimination des colorants organiques et aux applications de supercondensateurs.

Translated Description (Spanish)

Resumen En este estudio, el aerogel de carbono molido de té (TG-CA) se sintetizó con éxito y se aplicó eficazmente en aplicaciones de adsorción de colorantes orgánicos y supercondensadores. Curiosamente, el material preparado tiene propiedades únicas debido al proceso de síntesis con la combinación de carboximetilcelulosa y poli(alcohol vinílico), que puede mejorar las propiedades mecánicas, fortalecer la estructura tridimensional y aumentar el área de superficie específica. Además, el aerogel de carbono fabricado también demostró una excelente capacidad de adsorción para rodamina B (RhB), violeta cristal (CV) y naranja de metilo (MO) de 158,4, 143,2 y 132,9 mg/g durante 2 h, respectivamente. En donde, la eficiencia de adsorción del colorante RhB se evaluó de acuerdo con la cinética de pseudo-segundo orden (PSO) y el modelo de isoterma de Langmuir con R 2 = 0.9947. Además, la investigación termodinámica de la adsorción de RhB utilizando TG-CA800 revela que el proceso es endotérmico y los valores negativos de la energía libre de Gibb (ΔG°) demuestran que el proceso fue espontáneo. Con respecto a las propiedades electroquímicas, el carbón molido de TEA preparado a 800 o C (TG-CA800) indicó la capacitancia específica más alta de 291 F/g a la densidad de corriente de 10 A/g con la ventana de potencial de -1.0 a 0 V en amortiguador de fosfato (pH 7). Además, también se confirmó la gran estabilidad del material con una alta retención de capacitancia del 97.53% después de 500 ciclos. Estos resultados sugieren que los materiales de aerogel de carbono preparados a partir de fuentes de precursores verdes, particularmente los posos de té, podrían considerarse un enfoque potencial y prometedor para abordar la eliminación de colorantes orgánicos y las aplicaciones de supercondensadores.

Files

latest.pdf.pdf

Files (1.7 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
md5:3773d3c9b9dd5e4cf041e9bfde7eae04
1.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مصدر إلهام الشاي لهلام هوائي كربوني متجدد قائم على الكتلة الحيوية مع تعزيزات CMC و PVA: امتصاص الصبغة وآفاق المكثفات الفائقة
Translated title (French)
Le thé est une source d'inspiration pour un aérogel de carbone à base de biomasse renouvelable avec des renforts CMC et PVA : Adsorption de colorant et perspectives de supercondensateur
Translated title (Spanish)
Inspiración de los posos de té para un aerogel de carbono a base de biomasa renovable con refuerzos de CMC y PVA: perspectivas de adsorción de colorantes y supercondensadores

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4384130546
DOI
10.21203/rs.3.rs-3151346/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W4312202120 (Other)
https://openalex.org/W4310722123 (Other)
https://openalex.org/W4306180139 (Other)
https://openalex.org/W4284975784 (Other)
https://openalex.org/W4212939617 (Other)
https://openalex.org/W4200610880 (Other)
https://openalex.org/W3134956480 (Other)
https://openalex.org/W3088934958 (Other)
https://openalex.org/W2930523887 (Other)
https://openalex.org/W2771908021 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1963751347
  • https://openalex.org/W1968827772
  • https://openalex.org/W1969543324
  • https://openalex.org/W2033675191
  • https://openalex.org/W2036699509
  • https://openalex.org/W2054867776
  • https://openalex.org/W2076480106
  • https://openalex.org/W2077520447
  • https://openalex.org/W2123001562
  • https://openalex.org/W2235679284
  • https://openalex.org/W2317971530
  • https://openalex.org/W2342048986
  • https://openalex.org/W2606829546
  • https://openalex.org/W2614300596
  • https://openalex.org/W2622602822
  • https://openalex.org/W2774406618
  • https://openalex.org/W2782532251
  • https://openalex.org/W2793295510
  • https://openalex.org/W2794229928
  • https://openalex.org/W2903032799
  • https://openalex.org/W2980259924
  • https://openalex.org/W3044015674
  • https://openalex.org/W3095663680
  • https://openalex.org/W3168033261
  • https://openalex.org/W4206458698
  • https://openalex.org/W4214760474
  • https://openalex.org/W4221084150
  • https://openalex.org/W4254383754
  • https://openalex.org/W4281643361
  • https://openalex.org/W4281894407
  • https://openalex.org/W4295204242
  • https://openalex.org/W4309263358