Published May 26, 2023 | Version v1
Publication Open

Isotherm and kinetic studies for the adsorption of methylene blue onto a novel Mn3O4-Bi2O3 composite and their antifungal performance

Creators

  • 1. Princess Nourah bint Abdulrahman University
  • 2. Forman Christian College
  • 3. Taibah University
  • 4. National University of Sciences and Technology
  • 5. Taif University
  • 6. King Abdulaziz University
  • 7. University of Education
  • 8. University of Okara
  • 9. Wenzhou-Kean University
  • 10. King Khalid University
  • 11. Alfaisal University

Description

Metal oxide-based adsorbents are quite in for wastewater treatment because of their selectivity, stable structure and very low solubility in aqueous systems. To explore the adsorption of methylene blue (MB), Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 adsorbents were made using a wet-impregnation technique with various concentrations of Mn 3 O 4 . The presence of Mn 3 O 4 contents on the surface of monoclinic Bi 2 O 3 was confirmed through representative scanning electron micrographs. The diffractions pertaining to cubic Mn 3 O 4 and monoclinic Bi 2 O 3 were noticed in the XRD pattern of 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 which confirm the composite nature of the adsorbent. XPS analysis revealed the existance of Bi 4f, Bi 4d, Bi 4p, Bi4s, and Mn 2p core levels in Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 . The adsorption study divulged highest efficiency (∼95% and qe = ∼1.4 mgg -1 ) of 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 composite among other contestants in removing 30 ppm MB at 28 ° C, pH 7 and 250 rpm. In addition to the determination of adsorption ability, the effect of preliminary dye concentration (5, 10, 20, and 30 ppm) and contact time (0.5–6 h) on the removal efficiency of prepared adsorbents were also monitored. The adsorption data from the batch experiments were evaluated using the Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich-Kaganer (DRK) adsorption isotherms and pseudo 1 st and 2 nd -order kinetic models. The fitting of adsorption isotherms and kinetic models revealed the formation of adsorbate's monolayer on the surface of adsorbents through the process of chemisorption. Through FTIR measurement, the MB adsorption onto the effective adsorbent (5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 ) was also confirmed. Moreover, TGA analysis showed ∼1.5% weight loss by 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 before MB adsorption whereas ∼2.6% weight loss was noticed after dye adsorption onto the adsorbent. The antifungal activity was evaluated against the fungi A. solani and M. fructicola using the agar well diffusion technique. The 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 composites have exceptional antifungal characteristics compared to Bi 2 O 3 and Mn 3 O 4 , with zone inhibition values of 58.6 and 53.9 mm, respectively.

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

Translated Description (Arabic)

المواد الممتزة القائمة على أكسيد المعادن مناسبة تمامًا لمعالجة مياه الصرف الصحي بسبب انتقائيتها وهيكلها المستقر وقابليتها للذوبان المنخفضة جدًا في الأنظمة المائية. لاستكشاف امتزاز أزرق الميثيلين (MB)، تم تصنيع المواد الماصة Mn 3 O 4 - Bi 2 O 3 باستخدام تقنية التشريب الرطب بتركيزات مختلفة من Mn 3 O 4 . تم تأكيد وجود محتويات Mn 3 O 4 على سطح أحادي الميل Bi 2 O 3 من خلال الصور المجهرية الإلكترونية للمسح التمثيلي. لوحظت الانحرافات المتعلقة بالمكعب Mn 3 O 4 و monoclinic Bi 2 O 3 في نمط XRD بنسبة 5 ٪ Mn 3 O 4 - Bi 2 O 3 والتي تؤكد الطبيعة المركبة للممتز. كشف تحليل XPS عن وجود مستويات Bi 4f و Bi 4d و Bi 4p و Bi4s و Mn 2p الأساسية في Mn 3 O 4 - Bi 2 O 3 . كشفت دراسة الامتزاز عن أعلى كفاءة (95 ٪ و qe = 1.4 mgg -1 ) من 5 ٪ Mn 3 O 4 - Bi 2 O 3 مركب بين المتسابقين الآخرين في إزالة 30 جزء في المليون MB عند 28 درجة مئوية، ودرجة الحموضة 7 و 250 دورة في الدقيقة. بالإضافة إلى تحديد قدرة الامتزاز، تمت أيضًا مراقبة تأثير تركيز الصبغة الأولي (5 و 10 و 20 و 30 جزء في المليون) ووقت التلامس (0.5–6 ساعة) على كفاءة إزالة المواد الممتزة المحضرة. تم تقييم بيانات الامتزاز من تجارب الدفعات باستخدام Langmuir و Freundlich و Temkin و Dubinin - Radushkevich - Kaganer (DRK) الامتزاز متساوي الحرارة والنماذج الحركية الزائفة من المرتبة الأولى والثانية. كشف تركيب متساويات الحرارة الامتزازية والنماذج الحركية عن تكوين طبقة أحادية الامتزاز على سطح المواد الممتزة من خلال عملية الامتزاز الكيميائي. من خلال قياس FTIR، تم أيضًا تأكيد امتزاز MB على المادة الممتزة الفعالة (5 ٪ Mn 3 O 4 - Bi 2 O 3 ). علاوة على ذلك، أظهر تحليل TGA فقدان الوزن بنسبة 1.5 ٪ بنسبة 5 ٪ Mn 3 O 4 - Bi 2 O 3 قبل امتزاز MB في حين لوحظ فقدان الوزن بنسبة 2.6 ٪ بعد امتزاز الصبغة على المادة الممتزة. تم تقييم النشاط المضاد للفطريات مقابل الفطريات A. solani و M. fructicola باستخدام تقنية نشر بئر الآجار. تتميز المركبات المكونة من 5 ٪ Mn 3 O 4 - Bi 2 O 3 بخصائص مضادة للفطريات استثنائية مقارنة بـ Bi 2 O 3 و Mn 3 O 4 ، مع قيم تثبيط المنطقة 58.6 و 53.9 مم، على التوالي.

Translated Description (French)

Les adsorbants à base d'oxydes métalliques sont tout à fait utiles pour le traitement des eaux usées en raison de leur sélectivité, de leur structure stable et de leur très faible solubilité dans les systèmes aqueux. Pour explorer l'adsorption du bleu de méthylène (MB), des adsorbants Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 ont été fabriqués en utilisant une technique d'imprégnation par voie humide avec diverses concentrations de Mn 3 O 4 . La présence de Mn 3 O 4 à la surface du Bi 2 O 3 monoclinique a été confirmée par des micrographies électroniques à balayage représentatives. Les diffractions relatives au Mn 3 O 4 cubique et au Bi 2 O 3 monoclinique ont été remarquées dans le motif DRX de 5% de Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 qui confirment la nature composite de l'adsorbant. L'analyse XPS a révélé l'existence de niveaux de base de Bi 4f, Bi 4d, Bi 4p, Bi4s et Mn 2p dans Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 . L'étude d'adsorption a révélé la plus grande efficacité (∼95% et qe = ∼1,4 mgg -1 ) du composite Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 à 5% parmi les autres candidats à l'élimination de 30 ppm MB à 28 ° C, pH 7 et 250 tr/min. En plus de la détermination de la capacité d'adsorption, l'effet de la concentration préliminaire de colorant (5, 10, 20 et 30 ppm) et du temps de contact (0,5-6 h) sur l'efficacité d'élimination des adsorbants préparés a également été surveillé. Les données d'adsorption des expériences par lots ont été évaluées à l'aide des isothermes d'adsorption de Langmuir, Freundlich, Temkin et Dubinin-Radushkevich-Kaganer (DRK) et des modèles cinétiques de pseudo 1 er et 2 ème ordre. L'ajustement des isothermes d'adsorption et des modèles cinétiques a révélé la formation de la monocouche d'adsorbat à la surface des adsorbants par le processus de chimisorption. Par mesure IRTF, l'adsorption de MB sur l'adsorbant efficace (5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 ) a également été confirmée. De plus, l'analyse TGA a montré une perte de poids d'environ1,5% par 5% de Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 avant l'adsorption MB alors qu'une perte de poids d'environ2,6% a été observée après l'adsorption du colorant sur l'adsorbant. L'activité antifongique a été évaluée contre les champignons A. solani et M. fructicola en utilisant la technique de diffusion en puits d'agar. Les composites 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 ont des caractéristiques antifongiques exceptionnelles par rapport à Bi 2 O 3 et Mn 3 O 4 , avec des valeurs d'inhibition de zone de 58,6 et 53,9 mm, respectivement.

Translated Description (Spanish)

Los adsorbentes a base de óxidos metálicos son bastante adecuados para el tratamiento de aguas residuales debido a su selectividad, estructura estable y muy baja solubilidad en sistemas acuosos. Para explorar la adsorción de azul de metileno (MB), se prepararon adsorbentes de Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 utilizando una técnica de impregnación húmeda con diversas concentraciones de Mn 3 O 4 . La presencia de contenidos de Mn 3 O 4 en la superficie de Bi 2 O 3 monoclínico se confirmó a través de micrografías electrónicas de barrido representativas. Las difracciones pertenecientes a Mn 3 O 4 cúbico y Bi 2 O 3 monoclínico se observaron en el patrón de XRD de 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 que confirman la naturaleza compuesta del adsorbente. El análisis XPS reveló la existencia de niveles centrales de Bi 4f, Bi 4d, Bi 4p, Bi4s y Mn 2p en Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 . El estudio de adsorción divulgó la mayor eficiencia (~95% y qe = ~1.4 mgg -1 ) del compuesto 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 entre otros concursantes en la eliminación de 30 ppm MB a 28 ° C, pH 7 y 250 rpm. Además de la determinación de la capacidad de adsorción, también se monitoreó el efecto de la concentración preliminar de colorante (5, 10, 20 y 30 ppm) y el tiempo de contacto (0.5–6 h) en la eficiencia de eliminación de los adsorbentes preparados. Los datos de adsorción de los experimentos por lotes se evaluaron utilizando las isotermas de adsorción de Langmuir, Freundlich, Temkin y Dubininin-Radushkevich-Kaganer (DRK) y los modelos cinéticos de pseudo primer y segundo orden. El ajuste de las isotermas de adsorción y los modelos cinéticos reveló la formación de la monocapa de adsorbato en la superficie de los adsorbentes a través del proceso de quimisorción. A través de la medición de FTIR, también se confirmó la adsorción de MB en el adsorbente efectivo (5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 ). Además, el análisis de TGA mostró una pérdida de peso de ~1.5% en 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 antes de la adsorción de MB, mientras que se notó una pérdida de peso de ~2.6% después de la adsorción del colorante en el adsorbente. La actividad antifúngica se evaluó frente a los hongos A. solani y M. fructicola mediante la técnica de difusión en pozo de agar. Los compuestos 5% Mn 3 O 4 -Bi 2 O 3 tienen características antifúngicas excepcionales en comparación con Bi 2 O 3 y Mn 3 O 4 , con valores de inhibición de zona de 58.6 y 53.9 mm, respectivamente.

Files

pdf.pdf

Files (4.5 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:b9abdc70ebab6edd18c9c7a4c473359e
4.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسات متساوية الحرارة والحركية لامتصاص أزرق الميثيلين على مركب Mn3O4 - Bi2O3 جديد وأدائها المضاد للفطريات
Translated title (French)
Études isothermes et cinétiques pour l'adsorption du bleu de méthylène sur un nouveau composite Mn3O4-Bi2O3 et leurs performances antifongiques
Translated title (Spanish)
Estudios isotérmicos y cinéticos para la adsorción de azul de metileno en un nuevo compuesto de Mn3O4-Bi2O3 y su rendimiento antifúngico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4378472543
DOI
10.3389/fenvs.2023.1156475

Is supplement to
https://openalex.org/W3098378679 (Other)
https://openalex.org/W2951072655 (Other)
https://openalex.org/W2376566455 (Other)
https://openalex.org/W2320118746 (Other)
https://openalex.org/W2107898007 (Other)
https://openalex.org/W2086299624 (Other)
https://openalex.org/W2078454166 (Other)
https://openalex.org/W1981634121 (Other)
https://openalex.org/W1964369749 (Other)
https://openalex.org/W1964159414 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1529742444
  • https://openalex.org/W1540569464
  • https://openalex.org/W1991680730
  • https://openalex.org/W1999486993
  • https://openalex.org/W2003669259
  • https://openalex.org/W2031970651
  • https://openalex.org/W2033807278
  • https://openalex.org/W2053590736
  • https://openalex.org/W2058127009
  • https://openalex.org/W2092272411
  • https://openalex.org/W2117010704
  • https://openalex.org/W2126346850
  • https://openalex.org/W2167482985
  • https://openalex.org/W2190142137
  • https://openalex.org/W2323747801
  • https://openalex.org/W2490775055
  • https://openalex.org/W2507838020
  • https://openalex.org/W2514186877
  • https://openalex.org/W2532125375
  • https://openalex.org/W2740322115
  • https://openalex.org/W2752698709
  • https://openalex.org/W2799568104
  • https://openalex.org/W2885553275
  • https://openalex.org/W2895595850
  • https://openalex.org/W2906579888
  • https://openalex.org/W2916328058
  • https://openalex.org/W2945934850
  • https://openalex.org/W2946997338
  • https://openalex.org/W2955445301
  • https://openalex.org/W2974865080
  • https://openalex.org/W2985702910
  • https://openalex.org/W2995217709
  • https://openalex.org/W3010789800
  • https://openalex.org/W3013814071
  • https://openalex.org/W3016168674
  • https://openalex.org/W3025824555
  • https://openalex.org/W3040044835
  • https://openalex.org/W3116617256
  • https://openalex.org/W3157486405
  • https://openalex.org/W3161192096
  • https://openalex.org/W3162805273
  • https://openalex.org/W3193679013
  • https://openalex.org/W3195902367
  • https://openalex.org/W3198505366
  • https://openalex.org/W3205696165
  • https://openalex.org/W4200213976
  • https://openalex.org/W4206017215
  • https://openalex.org/W4210713439
  • https://openalex.org/W4212804614
  • https://openalex.org/W4229335701
  • https://openalex.org/W4281610971
  • https://openalex.org/W4282564890
  • https://openalex.org/W4284992922
  • https://openalex.org/W4293064994
  • https://openalex.org/W4293831724
  • https://openalex.org/W4313559109
  • https://openalex.org/W931554456