Published December 17, 2021 | Version v1
Publication Open

Facile sol-gel synthesis of calcium oxide nanoparticles for effective removal of Ni(II) from aqueous solution

Creators

  • 1. Prince Sattam Bin Abdulaziz University
  • 2. Mansoura University
  • 3. Thi Qar University

Description

In this study, nanoparticles of calcium oxide (CaO-NPs) were prepared via the sol-gel technique and introduced as a highly efficient adsorbent for removing Ni(II) from aqueous media. The prepared adsorbent was characterised via SEM, TEM, FTIR, XRD, and TGA. The pHzpc and surface area were also determined. XRD pattern exposed a polycrystalline nature of the adsorbent. SEM analysis showed that the adsorbent possesses enhanced surface porosity highlighting its potential capacity for adsorption. TEM analysis confirmed the crystallisation of adsorbent with a simple cubic structure. The FTIR spectrum displayed that the adsorbent surface comprises mostly (–OH and C=O) groups which are principally accountable for the adsorption of Ni(II). A series of batch adsorption experiments were done to study the effect of several parameters as pH, adsorbent dose, time of contact, initial concentration of adsorbate, temperature, ionic strength, and presence of interfering ions on the removal of Ni(II) ions from aqueous solutions using CaO-NPs. Maximum removal was obtained with 200 mg of adsorbent after 90 min contact time at pH 7 and 25°C as optimal conditions. The adsorption process was fitted well with Langmuir isotherm model and pseudo-second-order kinetic model, showing that the adsorption of Ni(II) ions on CaO-NPs was monolayer coverage with 166.67 mg/g capacity of adsorption. Thermodynamic studies revealed a spontaneous and endothermic adsorption process. The regeneration study using Na2EDTA indicated that the prepared adsorbent has a high renewal potential without notable loss in its performance. Moreover, the prepared adsorbent proved its good applicability and performance by successful application of the suggested procedure for the recovery of Ni(II) added to some real water samples. Accordingly, the obtained results showed that CaO-NPs can rapidly and efficiently remove Ni(II) from aqueous solutions. Also, CaO-NPs adsorbent is eco-friendly, easy to produce, cost-effective, non-toxic, and with good adsorption-desorption capacity. Therefore, this study will contribute to ecological cleaning and wastewater treatment.

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

Translated Description (Arabic)

في هذه الدراسة، تم تحضير جسيمات نانوية من أكسيد الكالسيوم (CaO - NPs) عبر تقنية sol - gel وتم تقديمها كممتز عالي الكفاءة لإزالة Ni(II) من الوسط المائي. تم تمييز المادة الممتزة المحضرة عبر SEM و TEM و FTIR و XRD و TGA. كما تم تحديد pHzpc ومساحة السطح. كشف نمط XRD عن طبيعة متعددة البلورات للممتز. أظهر تحليل SEM أن المادة الممتزة تمتلك مسامية سطحية محسنة تسلط الضوء على قدرتها المحتملة على الامتزاز. أكد تحليل TEM تبلور المادة الممتزة ببنية مكعبة بسيطة. أظهر طيف FTIR أن السطح الممتز يتكون في الغالب من مجموعات (- OH و C=O) المسؤولة بشكل أساسي عن امتزاز Ni(II). تم إجراء سلسلة من تجارب امتزاز الدفعات لدراسة تأثير العديد من المعلمات مثل الرقم الهيدروجيني، والجرعة الممتزة، ووقت التلامس، والتركيز الأولي للامتزاز، ودرجة الحرارة، والقوة الأيونية، ووجود أيونات متداخلة على إزالة أيونات Ni(II) من المحاليل المائية باستخدام CaO - NPs. تم الحصول على أقصى إزالة مع 200 ملغ من الممتزات بعد 90 دقيقة من وقت التلامس عند درجة الحموضة 7 و 25 درجة مئوية كظروف مثالية. تم تركيب عملية الامتزاز بشكل جيد مع نموذج Langmuir isotherm ونموذج حركي من الدرجة الثانية الزائفة، مما يدل على أن امتزاز أيونات Ni(II) على CaO - NPs كان تغطية أحادية الطبقة بسعة 166.67 مجم/جم من الامتزاز. كشفت دراسات الديناميكا الحرارية عن عملية امتزاز عفوية وماصة للحرارة. أشارت دراسة التجديد باستخدام Na2EDTA إلى أن المادة الممتزة المحضرة لديها إمكانات تجديد عالية دون خسارة ملحوظة في أدائها. علاوة على ذلك، أثبتت المادة الممتزة المعدة قابليتها للتطبيق والأداء الجيدين من خلال التطبيق الناجح للإجراء المقترح لاستعادة النيكل(II) المضاف إلى بعض عينات المياه الحقيقية. وفقًا لذلك، أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن CaO - NPs يمكن أن تزيل Ni(II) بسرعة وكفاءة من المحاليل المائية. كما أن مادة ماصة CaO - NPs صديقة للبيئة وسهلة الإنتاج وفعالة من حيث التكلفة وغير سامة وذات قدرة جيدة على الامتزاز والامتزاز. لذلك، ستساهم هذه الدراسة في التنظيف البيئي ومعالجة مياه الصرف الصحي.

Translated Description (French)

Dans cette étude, des nanoparticules d'oxyde de calcium (CaO-NPs) ont été préparées par la technique sol-gel et introduites comme adsorbant très efficace pour éliminer le Ni(II) des milieux aqueux. L'adsorbant préparé a été caractérisé par SEM, TEM, FTIR, XRD et TGA. Le pHzpc et la surface ont également été déterminés. Le motif DRX a exposé une nature polycristalline de l'adsorbant. L'analyse MEB a montré que l'adsorbant possède une porosité de surface améliorée mettant en évidence sa capacité potentielle d'adsorption. L'analyse met a confirmé la cristallisation de l'adsorbant avec une structure cubique simple. Le spectre IRTF a montré que la surface de l'adsorbant comprend principalement (–OH et C=O) des groupes qui sont principalement responsables de l'adsorption de Ni(II). Une série d'expériences d'adsorption par lots a été réalisée pour étudier l'effet de plusieurs paramètres tels que le pH, la dose d'adsorbant, le temps de contact, la concentration initiale d'adsorbat, la température, la force ionique et la présence d'ions interférents sur l'élimination des ions Ni(II) des solutions aqueuses à l'aide de CaO-NPs. L'élimination maximale a été obtenue avec 200 mg d'adsorbant après 90 min de temps de contact à pH 7 et 25°C comme conditions optimales. Le processus d'adsorption a été bien adapté avec le modèle isotherme de Langmuir et le modèle cinétique d'ordre pseudo-seconde, montrant que l'adsorption des ions Ni(II) sur les CaO-NPs était une couverture monocouche avec une capacité d'adsorption de 166,67 mg/g. Les études thermodynamiques ont révélé un processus d'adsorption spontané et endothermique. L'étude de régénération utilisant Na2EDTA a indiqué que l'adsorbant préparé a un potentiel de renouvellement élevé sans perte notable de ses performances. De plus, l'adsorbant préparé a prouvé sa bonne applicabilité et ses performances par l'application réussie de la procédure suggérée pour la récupération du Ni(II) ajouté à certains échantillons d'eau réelle. En conséquence, les résultats obtenus ont montré que CaO-NPs peut éliminer rapidement et efficacement le Ni(II) des solutions aqueuses. En outre, l'adsorbant CaO-NPs est écologique, facile à produire, rentable, non toxique et doté d'une bonne capacité d'adsorption-désorption. Par conséquent, cette étude contribuera au nettoyage écologique et au traitement des eaux usées.

Translated Description (Spanish)

En este estudio, las nanopartículas de óxido de calcio (CaO-NP) se prepararon mediante la técnica sol-gel y se introdujeron como un adsorbente altamente eficiente para eliminar el Ni(II) de los medios acuosos. El adsorbente preparado se caracterizó mediante SEM, TEM, FTIR, XRD y TGA. También se determinó el pHzpc y el área de superficie. El patrón de XRD expuso una naturaleza policristalina del adsorbente. El análisis SEM mostró que el adsorbente posee una porosidad superficial mejorada, lo que destaca su capacidad potencial de adsorción. El análisis TEM confirmó la cristalización del adsorbente con una estructura cúbica simple. El espectro FTIR mostró que la superficie adsorbente comprende principalmente grupos (–OH y C=O) que son los principales responsables de la adsorción de Ni(II). Se realizó una serie de experimentos de adsorción por lotes para estudiar el efecto de varios parámetros como el pH, la dosis de adsorbente, el tiempo de contacto, la concentración inicial de adsorbato, la temperatura, la fuerza iónica y la presencia de iones interferentes en la eliminación de iones Ni(II) de soluciones acuosas utilizando CaO-NPs. La eliminación máxima se obtuvo con 200 mg de adsorbente después de 90 minutos de tiempo de contacto a pH 7 y 25 °C como condiciones óptimas. El proceso de adsorción se ajustó bien con el modelo de isoterma de Langmuir y el modelo cinético de pseudo-segundo orden, mostrando que la adsorción de iones Ni(II) en CaO-NP fue una cobertura monocapa con 166.67 mg/g de capacidad de adsorción. Los estudios termodinámicos revelaron un proceso de adsorción espontáneo y endotérmico. El estudio de regeneración con Na2EDTA indicó que el adsorbente preparado tiene un alto potencial de renovación sin una pérdida notable en su rendimiento. Además, el adsorbente preparado demostró su buena aplicabilidad y rendimiento mediante la aplicación exitosa del procedimiento sugerido para la recuperación de Ni(II) añadido a algunas muestras de agua real. Por consiguiente, los resultados obtenidos mostraron que los CaO-NP pueden eliminar rápida y eficientemente el Ni(II) de las soluciones acuosas. Además, el adsorbente CaO-NPs es ecológico, fácil de producir, rentable, no tóxico y con una buena capacidad de adsorción-desorción. Por lo tanto, este estudio contribuirá a la limpieza ecológica y al tratamiento de aguas residuales.

Files

31905451.pdf.pdf

Files (440.3 kB)

⚠️ 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
md5:16a17640e086b5fd0e2d2a3d1c2cc3a0
440.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تخليق سهل لجزيئات أكسيد الكالسيوم النانوية لإزالة فعالة للنيكل(II) من المحلول المائي
Translated title (French)
Synthèse sol-gel facile de nanoparticules d'oxyde de calcium pour une élimination efficace du Ni(II) de la solution aqueuse
Translated title (Spanish)
Fácil síntesis sol-gel de nanopartículas de óxido de calcio para la eliminación efectiva de Ni(II) de la solución acuosa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4200169591
DOI
10.1080/03067319.2021.1998475

Is supplement to
https://openalex.org/W2904078521 (Other)
https://openalex.org/W2377434931 (Other)
https://openalex.org/W2358279294 (Other)
https://openalex.org/W2154188049 (Other)
https://openalex.org/W2078123520 (Other)
https://openalex.org/W2068329122 (Other)
https://openalex.org/W2028980199 (Other)
https://openalex.org/W1979377829 (Other)
https://openalex.org/W1971126924 (Other)
https://openalex.org/W1964821354 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1774662588
  • https://openalex.org/W1964948920
  • https://openalex.org/W1965528386
  • https://openalex.org/W1972938635
  • https://openalex.org/W1981370864
  • https://openalex.org/W1982247508
  • https://openalex.org/W1984953206
  • https://openalex.org/W1988772337
  • https://openalex.org/W1988974988
  • https://openalex.org/W1991878788
  • https://openalex.org/W1993743868
  • https://openalex.org/W1996550817
  • https://openalex.org/W2003174443
  • https://openalex.org/W2004146263
  • https://openalex.org/W2008185081
  • https://openalex.org/W2011731021
  • https://openalex.org/W2012499756
  • https://openalex.org/W2012524610
  • https://openalex.org/W2013591070
  • https://openalex.org/W2014020525
  • https://openalex.org/W2018279199
  • https://openalex.org/W2019334162
  • https://openalex.org/W2020256473
  • https://openalex.org/W2023742807
  • https://openalex.org/W2023935971
  • https://openalex.org/W2024460084
  • https://openalex.org/W2024704116
  • https://openalex.org/W2029732793
  • https://openalex.org/W2030634316
  • https://openalex.org/W2032270306
  • https://openalex.org/W2037128919
  • https://openalex.org/W2037707627
  • https://openalex.org/W2041291101
  • https://openalex.org/W2044114614
  • https://openalex.org/W2047686821
  • https://openalex.org/W2048941710
  • https://openalex.org/W2052568210
  • https://openalex.org/W2061401872
  • https://openalex.org/W2063433277
  • https://openalex.org/W2064886970
  • https://openalex.org/W2068548439
  • https://openalex.org/W2068632715
  • https://openalex.org/W2073306447
  • https://openalex.org/W2074051174
  • https://openalex.org/W2075664631
  • https://openalex.org/W2076719014
  • https://openalex.org/W2077344341
  • https://openalex.org/W2079457707
  • https://openalex.org/W2080849505
  • https://openalex.org/W2084360151
  • https://openalex.org/W2084755264
  • https://openalex.org/W2090654861
  • https://openalex.org/W2091914173
  • https://openalex.org/W2098012383
  • https://openalex.org/W2116352578
  • https://openalex.org/W2121420033
  • https://openalex.org/W2132669897
  • https://openalex.org/W2137130341
  • https://openalex.org/W2138092864
  • https://openalex.org/W2158489067
  • https://openalex.org/W2161541127
  • https://openalex.org/W2216539040
  • https://openalex.org/W2300474821
  • https://openalex.org/W2314104404
  • https://openalex.org/W2316378378
  • https://openalex.org/W2320050833
  • https://openalex.org/W2329595516
  • https://openalex.org/W236345165
  • https://openalex.org/W2528765527
  • https://openalex.org/W2625044282
  • https://openalex.org/W2735357005
  • https://openalex.org/W2736329451
  • https://openalex.org/W2743240844
  • https://openalex.org/W2767027547
  • https://openalex.org/W2790654086
  • https://openalex.org/W2805115156
  • https://openalex.org/W2890185552
  • https://openalex.org/W2898922707
  • https://openalex.org/W2902860856
  • https://openalex.org/W2920265263
  • https://openalex.org/W2948803519
  • https://openalex.org/W2954181948
  • https://openalex.org/W2971480728
  • https://openalex.org/W3111643308
  • https://openalex.org/W3146679608
  • https://openalex.org/W3150564821
  • https://openalex.org/W3173510614
  • https://openalex.org/W3183013281
  • https://openalex.org/W746721378