Published April 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Intercalation of metal–aluminum layered double hydroxides with anionic surfactants: Experimental and density functional theory studies

  • 1. University of Johannesburg
  • 2. University of Calabar

Description

Metal–aluminum layered double hydroxides (LDHs) intercalated with bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate (EHS) and dodecyl sulfate (SDS) anions, formulated as EHS-MgAl-LDH 1, SDS-MgAl-LDH 2, EHS-CaAl-LDH 3, and SDS-CaAl-LDH 4, were synthesized using the co-precipitation method. The compounds were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy, x-ray diffraction, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, and thermogravimetric analysis. The textural properties were studied using the Brunauer–Emmett–Teller method. The density functional theory method was used to perform computational calculations of the surfactants (EHS and SDS) and the Pb(II)-surfactant bonds (EHS-Pb and SDS-Pb) in the layered double hydroxides. Natural bond orbital (NBO) calculation for the investigation of the stabilization energy and charge transfer performed on the compounds showed significant donor–acceptor NBO interactions between π^*C7–O8 → σ^*C7–O8, LP(3)O13 → π^*C12–O14, LP(3)O3 → σ^*S1–O5, and π^*S1–O3→ σ^*S1–O2 natural bond orbitals, having second-order stabilization energies of 285.84, 92.84, 30.78, and 447.27 kcal/mol, respectively. The observed highest and least perturbation energies within the compounds are observed to occur between LP(3)O13 → π^*C12–O14 and π^*S1–O3 → σ^*S1–O2 interacting orbitals with stabilization energies of 92.84 and 447.27 kcal/mol, respectively. The HOMO–LUMO energy gap results showed an increase in the energy values as the surfactant interacts with the Pb(II) ions. This increase in the energy gap is responsible for the stability of the surfactant–metal complexes and demonstrates the potential of the surfactant for the removal of the heavy metal ions in solution. The compounds were used as adsorbents for the removal of lead(II) ions from wastewater.

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

Translated Description (Arabic)

تم تصنيع الهيدروكسيدات المزدوجة ذات الطبقات المعدنية والألومنيوم (LDHs) المقحمة مع BIS(2 - ethylhexyl)sulfosuccinate (EHS) وأنيونات دوديسيل سلفات (SDS)، التي تمت صياغتها في صورة EHS - MgAl - LDH 1 و SDS - MgAl - LDH 2 و EHS - CaAl - LDH 3 و SDS - CaAl - LDH 4، باستخدام طريقة الترسيب المشترك. تم تمييز المركبات باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه، وانحراف الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني للإرسال، والمجهر الإلكتروني للمسح الضوئي، والتحليل الحراري. تمت دراسة الخصائص النسيجية باستخدام طريقة بروناور- إيميت- تيلر. تم استخدام طريقة النظرية الوظيفية للكثافة لإجراء الحسابات الحسابية للمواد الخافضة للتوتر السطحي (EHS و SDS) وروابط المادة الخافضة للتوتر السطحي Pb(II) (EHS - Pb و SDS - Pb) في الهيدروكسيدات المزدوجة الطبقات. أظهر حساب الرابطة المدارية الطبيعية (NBO) لفحص طاقة الاستقرار ونقل الشحنة الذي تم إجراؤه على المركبات تفاعلات كبيرة بين المتبرع والمستقبل NBO بين π^* C7 - O8 → σ^* C7 - O8، LP(3) O13 → π^* C12 - O14، LP(3) O3 → σ^* S1 - O5، و π ^* S1 - O3→ σ^* S1 - O2 مدارات الرابطة الطبيعية، التي تحتوي على طاقات استقرار من الدرجة الثانية تبلغ 285.84 و 92.84 و 30.78 و 447.27 كيلو كالوري/مول على التوالي. لوحظ أن طاقات الاضطراب الأعلى والأقل المرصودة داخل المركبات تحدث بين LP(3) O13 π ^* C12 - O14 و → π^* S1-O3 → σ^* S1 - O2 المتفاعلة مع طاقات استقرار 92.84 و 447.27 كيلو كالوري/مول، على التوالي. أظهرت نتائج فجوة الطاقة HOMO - LUMO زيادة في قيم الطاقة حيث يتفاعل الخافض للتوتر السطحي مع أيونات Pb(II). هذه الزيادة في فجوة الطاقة مسؤولة عن استقرار المجمعات المعدنية الخافضة للتوتر السطحي وتوضح إمكانات المادة الخافضة للتوتر السطحي لإزالة أيونات المعادن الثقيلة في المحلول. تم استخدام المركبات كممتزات لإزالة أيونات الرصاص(2) من مياه الصرف الصحي.

Translated Description (French)

Des hydroxydes doubles stratifiés métal-aluminium (LDH) intercalés avec des anions bis(2-éthylhexyl)sulfosuccinate (EHS) et dodécyl sulfate (SDS), formulés comme EHS-MgAl-LDH 1, SDS-MgAl-LDH 2, EHS-CaAl-LDH 3 et SDS-CaAl-LDH 4, ont été synthétisés en utilisant la méthode de coprécipitation. Les composés ont été caractérisés en utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à transmission, la microscopie électronique à balayage et l'analyse thermogravimétrique. Les propriétés texturales ont été étudiées en utilisant la méthode Brunauer–Emmett–Teller. La méthode de la théorie fonctionnelle de la densité a été utilisée pour effectuer des calculs informatiques des tensioactifs (EHS et SDS) et des liaisons Pb(II) -surfactant (EHS-Pb et SDS-Pb) dans les hydroxydes doubles stratifiés. Le calcul de l'orbitale de liaison naturelle (NBO) pour l'étude de l'énergie de stabilisation et du transfert de charge effectué sur les composés a montré des interactions NBO donneur-accepteur significatives entre les orbitales de liaison naturelle → π ^* C7-O8 → σ ^* C7-O8, LP(3)O13 π ^* C12-O14, LP(3)O3 → σ ^* S1-O5 et π ^* S1-O3→ σ^* S1-O2, ayant des énergies de stabilisation de deuxième ordre de 285,84, 92,84, 30,78 et 447,27 kcal/mol, respectivement. On observe que les énergies de perturbation les plus élevées et les moins élevées observées dans les composés se produisent entre les orbitales en interaction LP(3)O13 → π^* C12-O14 et π ^* S1-O3 → σ^* S1-O2 avec des énergies de stabilisation de 92,84 et 447,27 kcal/mol, respectivement. Les résultats de l'écart d'énergie HOMO–LUMO ont montré une augmentation des valeurs d'énergie lorsque le tensioactif interagit avec les ions Pb(II). Cette augmentation du gap énergétique est responsable de la stabilité des complexes tensioactif-métal et démontre le potentiel du tensioactif pour l'élimination des ions métaux lourds en solution. Les composés ont été utilisés comme adsorbants pour l'élimination des ions plomb(II) des eaux usées.

Translated Description (Spanish)

Los hidróxidos dobles en capas de metal-aluminio (LDH) intercalados con aniones de bis (2-etilhexil)sulfosuccinato (EHS) y dodecil sulfato (SDS), formulados como EHS-MgAl-LDH 1, SDS-MgAl-LDH 2, EHS-CaAl-LDH 3 y SDS-CaAl-LDH 4, se sintetizaron utilizando el método de coprecipitación. Los compuestos se caracterizaron utilizando espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión, microscopía electrónica de barrido y análisis termogravimétrico. Las propiedades texturales se estudiaron mediante el método de Brunauer–Emmett–Teller. Se utilizó el método de la teoría funcional de la densidad para realizar cálculos computacionales de los tensioactivos (EHS y SDS) y los enlaces Pb(II) -tensioactivo (EHS-Pb y SDS-Pb) en los hidróxidos dobles en capas. El cálculo del orbital de enlace natural (NBO) para la investigación de la energía de estabilización y la transferencia de carga realizada en los compuestos mostró interacciones significativas de NBO donante-aceptor entre π^* C7-O8 → σ^* C7-O8, LP(3)O13 → π^* C12-O14, LP(3)O3 → σ^* S1-O5 y π^* S1-O3→ σ^* S1-O2 orbitales de enlace natural, que tienen energías de estabilización de segundo orden de 285.84, 92.84, 30.78 y 447.27 kcal/mol, respectivamente. Se observa que las energías de mayor y menor perturbación observadas dentro de los compuestos ocurren entre los orbitales de interacción LP(3)O13 → π^* C12-O14 y π ^* S1-O3 → σ^* S1-O2 con energías de estabilización de 92.84 y 447.27 kcal/mol, respectivamente. Los resultados de la brecha de energía HOMO–LUMO mostraron un aumento en los valores de energía a medida que el tensioactivo interactúa con los iones de Pb(II). Este aumento en la brecha de energía es responsable de la estabilidad de los complejos tensioactivo-metal y demuestra el potencial del tensioactivo para la eliminación de los iones de metales pesados en solución. Los compuestos se utilizaron como adsorbentes para la eliminación de iones de plomo(II) de las aguas residuales.

Files

5.0081639.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ 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:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تداخل الهيدروكسيدات المزدوجة ذات الطبقات المعدنية والألومنيوم مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية: دراسات نظرية وظيفية تجريبية وكثافة
Translated title (French)
Intercalation d'hydroxydes doubles stratifiés métal-aluminium avec des tensioactifs anioniques : études théoriques expérimentales et fonctionnelles de densité
Translated title (Spanish)
Intercalación de hidróxidos dobles en capas de metal-aluminio con tensioactivos aniónicos: estudios experimentales y de teoría funcional de densidad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4224124654
DOI
10.1063/5.0081639

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1553180143
  • https://openalex.org/W1920901248
  • https://openalex.org/W1965173894
  • https://openalex.org/W1967048037
  • https://openalex.org/W1968893175
  • https://openalex.org/W1978416367
  • https://openalex.org/W1981506080
  • https://openalex.org/W1982736663
  • https://openalex.org/W1990790314
  • https://openalex.org/W1991527330
  • https://openalex.org/W2002882345
  • https://openalex.org/W2006344284
  • https://openalex.org/W2006478991
  • https://openalex.org/W2014547291
  • https://openalex.org/W2025560726
  • https://openalex.org/W2027354201
  • https://openalex.org/W2030385652
  • https://openalex.org/W2036741078
  • https://openalex.org/W2059602920
  • https://openalex.org/W2068862715
  • https://openalex.org/W2071286147
  • https://openalex.org/W2074304908
  • https://openalex.org/W2075237690
  • https://openalex.org/W2083595698
  • https://openalex.org/W2086980855
  • https://openalex.org/W2113536011
  • https://openalex.org/W2125413667
  • https://openalex.org/W2131602139
  • https://openalex.org/W2132525235
  • https://openalex.org/W2136451159
  • https://openalex.org/W2171972570
  • https://openalex.org/W2283272636
  • https://openalex.org/W2314104404
  • https://openalex.org/W2589016571
  • https://openalex.org/W2617943423
  • https://openalex.org/W2801534941
  • https://openalex.org/W2949767454
  • https://openalex.org/W3014367259
  • https://openalex.org/W3209966866