Published September 22, 2020
| Version v1
Publication
Open
Removal of anionic dye Congo red from aqueous environment using polyvinyl alcohol/sodium alginate/ZSM-5 zeolite membrane
- 1. King Mongkut's University of Technology North Bangkok
Description
Abstract In this study, a novel PVA/SA/ZSM-5 zeolite membrane with good regeneration capacity was successfully prepared by solvent casting technique. The properties of the membranes were assessed by employing different characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscope (SEM), optical microscopy (OP), thermogravimetric analysis (TGA), contact angle and universal testing machine (UTM). XRD, TGA and UTM results revealed that the crystallinity and thermo-mechanical performance of the membrane could be tuned with zeolite content. The successful incorporation of zeolite into the polymer matrix was confirmed by FT-IR, SEM and OP analysis. The adsorption ability of the as-prepared membrane was evaluated with a model anionic dye, Congo red. Adsorption studies show that the removal efficiency of the membrane could be tuned by varying zeolite content, initial concentration of dye, contact time, pH and temperature. Maximum dye adsorption (5.33 mg/g) was observed for 2.5 wt% zeolite loaded membrane, at an initial dye concentration of 10 ppm, pH 3 and temperature 30 °C. The antibacterial efficiency of the membrane against gram-positive ( Staphylococcus aureus ) and gram-negative bacteria ( Escherichia coli ) was also reported. The results show that membrane inhibits the growth of both gram-positive and gram-negative bacteria. The adsorption isotherm was studied using two models: Langmuir and Freundlich isotherm. The results show that the experimental data fitted well with Freundlich isotherm with a high correlation coefficient (R 2 = 0.998). Meanwhile, the kinetic studies demonstrate that pseudo-second-order (R 2 = 0.999) model describe the adsorption of Congo red onto PVA/SA/ZSM-5 zeolite membrane better than pseudo-first-order (R 2 = 0.972) and intra particle diffusion model (R 2 = 0.91). The experimental studies thus suggest that PVA/SA/ZSM-5 zeolite could be a promising candidate for the removal of Congo red from aqueous solution.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة في هذه الدراسة، تم بنجاح إعداد غشاء زيوليت PVA/SA/ZSM -5 جديد مع قدرة تجديد جيدة بواسطة تقنية صب المذيبات. تم تقييم خصائص الأغشية من خلال استخدام تقنيات توصيف مختلفة مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT - IR)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، المجهر البصري (OP)، تحليل الجاذبية الحرارية (TGA)، زاوية التلامس وآلة الاختبار العالمية (UTM). كشفت نتائج XRD و TGA و UTM أنه يمكن ضبط التبلور والأداء الميكانيكي الحراري للغشاء بمحتوى زيوليت. تم تأكيد الدمج الناجح للزيوليت في مصفوفة البوليمر من خلال تحليل FT - IR و SEM و OP. تم تقييم قدرة الامتزاز للغشاء المعد باستخدام صبغة أنيونية نموذجية، أحمر الكونغو. تظهر دراسات الامتزاز أنه يمكن ضبط كفاءة إزالة الغشاء من خلال اختلاف محتوى الزيوليت، والتركيز الأولي للصبغة، ووقت التلامس، ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة. تمت ملاحظة الحد الأقصى لامتصاص الصبغة (5.33 مجم/جم) للغشاء المحمل بالزيوليت بنسبة 2.5 ٪ بالوزن، بتركيز صبغة أولي قدره 10 جزء في المليون، ودرجة الحموضة 3 ودرجة الحرارة 30 درجة مئوية. كما تم الإبلاغ عن الكفاءة المضادة للبكتيريا للغشاء ضد البكتيريا إيجابية الجرام ( المكورات العنقودية الذهبية ) والبكتيريا سالبة الجرام ( الإشريكية القولونية ). تظهر النتائج أن الغشاء يمنع نمو كل من البكتيريا الموجبة للجرام والسالبة للجرام. تمت دراسة متساوي حرارة الامتزاز باستخدام نموذجين: متساوي حرارة Langmuir و Freundlich. تظهر النتائج أن البيانات التجريبية تتناسب بشكل جيد مع متساوي الحرارة Freundlich مع معامل ارتباط مرتفع (R 2 = 0.998). وفي الوقت نفسه، تُظهر الدراسات الحركية أن نموذج الرتبة الثانية الزائفة (R 2 = 0.999) يصف امتزاز أحمر الكونغو على غشاء زيوليت PVA/SA/ZSM -5 أفضل من نموذج الرتبة الأولى الزائفة (R 2 = 0.972) ونموذج الانتشار داخل الجسيمات (R 2 = 0.91). وبالتالي، تشير الدراسات التجريبية إلى أن زيوليت PVA/SA/ZSM -5 يمكن أن يكون مرشحًا واعدًا لإزالة أحمر الكونغو من المحلول المائي.Translated Description (French)
Résumé Dans cette étude, une nouvelle membrane de zéolite PVA/SA/ZSM-5 avec une bonne capacité de régénération a été préparée avec succès par une technique de coulée au solvant. Les propriétés des membranes ont été évaluées en utilisant différentes techniques de caractérisation telles que la diffraction des rayons X (DRX), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), le microscope électronique à balayage (MEB), la microscopie optique (OP), l'analyse thermogravimétrique (ATG), l'angle de contact et la machine d'essai universelle (UTM). Les résultats XRD, TGA et UTM ont révélé que la cristallinité et les performances thermomécaniques de la membrane pouvaient être ajustées à la teneur en zéolite. L'incorporation réussie de la zéolite dans la matrice polymère a été confirmée par l'analyse FT-IR, SEM et OP. La capacité d'adsorption de la membrane telle que préparée a été évaluée avec un colorant anionique modèle, le rouge Congo. Les études d'adsorption montrent que l'efficacité d'élimination de la membrane pourrait être ajustée en faisant varier la teneur en zéolite, la concentration initiale de colorant, le temps de contact, le pH et la température. Une adsorption maximale de colorant (5,33 mg/g) a été observée pour une membrane chargée de zéolite à 2,5 % en poids, à une concentration initiale de colorant de 10 ppm, à un pH de 3 et à une température de 30 °C. L'efficacité antibactérienne de la membrane contre les bactéries à Gram positif ( Staphylococcus aureus ) et à Gram négatif ( Escherichia coli ) a également été rapportée. Les résultats montrent que la membrane inhibe la croissance des bactéries à Gram positif et à Gram négatif. L'isotherme d'adsorption a été étudiée à l'aide de deux modèles : l'isotherme de Langmuir et l'isotherme de Freundlich. Les résultats montrent que les données expérimentales s'adaptent bien à l'isotherme de Freundlich avec un coefficient de corrélation élevé (R 2 = 0,998). Pendant ce temps, les études cinétiques démontrent que le modèle de pseudo second ordre (R 2 = 0,999) décrit mieux l'adsorption du rouge Congo sur la membrane de zéolite PVA/SA/ZSM-5 que le modèle de diffusion de pseudo premier ordre (R 2 = 0,972) et intra particule (R 2 = 0,91). Les études expérimentales suggèrent donc que la zéolite PVA/SA/ZSM-5 pourrait être un candidat prometteur pour l'élimination du rouge Congo de la solution aqueuse.Translated Description (Spanish)
Resumen En este estudio, se preparó con éxito una nueva membrana de zeolita PVA/SA/ZSM-5 con buena capacidad de regeneración mediante la técnica de fundición con disolvente. Las propiedades de las membranas se evaluaron empleando diferentes técnicas de caracterización como difracción de rayos X (XRD), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), microscopio electrónico de barrido (SEM), microscopía óptica (OP), análisis termogravimétrico (TGA), ángulo de contacto y máquina de prueba universal (UTM). Los resultados de XRD, TGA y UTM revelaron que la cristalinidad y el rendimiento termomecánico de la membrana se podían ajustar con el contenido de zeolita. La incorporación exitosa de zeolita en la matriz polimérica se confirmó mediante análisis FT-IR, SEM y OP. La capacidad de adsorción de la membrana tal como se preparó se evaluó con un colorante aniónico modelo, rojo Congo. Los estudios de adsorción muestran que la eficiencia de eliminación de la membrana podría ajustarse variando el contenido de zeolita, la concentración inicial de colorante, el tiempo de contacto, el pH y la temperatura. Se observó una adsorción máxima de colorante (5,33 mg/g) para la membrana cargada con zeolita al 2,5% en peso, a una concentración inicial de colorante de 10 ppm, pH 3 y temperatura de 30 °C. También se informó la eficiencia antibacteriana de la membrana contra bacterias grampositivas ( Staphylococcus aureus ) y gramnegativas ( Escherichia coli ). Los resultados muestran que la membrana inhibe el crecimiento de bacterias grampositivas y gramnegativas. La isoterma de adsorción se estudió utilizando dos modelos: la isoterma de Langmuir y la isoterma de Freundlich. Los resultados muestran que los datos experimentales se ajustaron bien a la isoterma de Freundlich con un alto coeficiente de correlación (R 2 = 0,998). Mientras tanto, los estudios cinéticos demuestran que el modelo de pseudo-segundo orden (R 2 = 0,999) describe la adsorción del rojo Congo sobre la membrana de zeolita PVA/SA/ZSM-5 mejor que el modelo de pseudo-primer orden (R 2 = 0,972) y de difusión intrapartícula (R 2 = 0,91). Por lo tanto, los estudios experimentales sugieren que la zeolita PVA/SA/ZSM-5 podría ser un candidato prometedor para la eliminación del rojo Congo de la solución acuosa.Files
s41598-020-72398-5.pdf.pdf
Files
(4.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1278fe4ece5347433bfef2aa14a30be7
|
4.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إزالة الصبغة الأنيونية الكونغو الحمراء من البيئة المائية باستخدام كحول البولي فينيل/ألجينات الصوديوم/غشاء زيوليت ZSM -5
- Translated title (French)
- Élimination du colorant anionique rouge Congo de l'environnement aqueux à l'aide d'une membrane d'alcool polyvinylique/alginate de sodium/zéolite ZSM-5
- Translated title (Spanish)
- Eliminación del colorante aniónico rojo Congo del entorno acuoso utilizando una membrana de alcohol polivinílico/alginato de sodio/zeolita ZSM-5
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3088447297
- DOI
- 10.1038/s41598-020-72398-5
References
- https://openalex.org/W1783465396
- https://openalex.org/W1967387987
- https://openalex.org/W1970327609
- https://openalex.org/W1972717700
- https://openalex.org/W1977724039
- https://openalex.org/W1980767889
- https://openalex.org/W1991005513
- https://openalex.org/W1995043997
- https://openalex.org/W2000111883
- https://openalex.org/W2002356736
- https://openalex.org/W2005262284
- https://openalex.org/W2008395812
- https://openalex.org/W2011497884
- https://openalex.org/W2012510047
- https://openalex.org/W2017094228
- https://openalex.org/W2027077530
- https://openalex.org/W2028320126
- https://openalex.org/W2042140361
- https://openalex.org/W2046554201
- https://openalex.org/W2047935469
- https://openalex.org/W2049186803
- https://openalex.org/W2053120253
- https://openalex.org/W2053471413
- https://openalex.org/W2055101818
- https://openalex.org/W2058504427
- https://openalex.org/W2060351480
- https://openalex.org/W2060875870
- https://openalex.org/W2069417838
- https://openalex.org/W2072251335
- https://openalex.org/W2075144475
- https://openalex.org/W2076237352
- https://openalex.org/W2089618955
- https://openalex.org/W2096215588
- https://openalex.org/W2096348730
- https://openalex.org/W2110895555
- https://openalex.org/W2122240413
- https://openalex.org/W2148706022
- https://openalex.org/W2154447506
- https://openalex.org/W2171554683
- https://openalex.org/W2176224176
- https://openalex.org/W2177315067
- https://openalex.org/W2228338508
- https://openalex.org/W2228444163
- https://openalex.org/W2417236927
- https://openalex.org/W2466051512
- https://openalex.org/W2490777994
- https://openalex.org/W2492768266
- https://openalex.org/W2556486209
- https://openalex.org/W2668655778
- https://openalex.org/W2726797587
- https://openalex.org/W2727732287
- https://openalex.org/W2736718614
- https://openalex.org/W2741362835
- https://openalex.org/W2745402787
- https://openalex.org/W2763170771
- https://openalex.org/W2803280392
- https://openalex.org/W2858840618
- https://openalex.org/W2870405257
- https://openalex.org/W2886911789
- https://openalex.org/W2893459532
- https://openalex.org/W2894983645
- https://openalex.org/W2897199951
- https://openalex.org/W2907389309
- https://openalex.org/W2908739035
- https://openalex.org/W2908820487
- https://openalex.org/W2919208391
- https://openalex.org/W2923421878
- https://openalex.org/W2923859662
- https://openalex.org/W2929369419
- https://openalex.org/W2938014055
- https://openalex.org/W2947095121
- https://openalex.org/W2952403034
- https://openalex.org/W2964584139
- https://openalex.org/W2972642407
- https://openalex.org/W2978716588
- https://openalex.org/W2979090338
- https://openalex.org/W2984747533
- https://openalex.org/W2995475639
- https://openalex.org/W2999167299
- https://openalex.org/W3014580749
- https://openalex.org/W3022388159
- https://openalex.org/W3022436488