Published June 23, 2022 | Version v1
Publication Open

Fabrication of cerium titanate cellulose fiber nanocomposite materials for the removal of methyl orange and methylene blue from polluted water by photocatalytic degradation

Creators

  • 1. Desert Research Center

Description

Abstract In this study, cellulose fibers (Cf), extracted from sunflower seed husk, and different molar ratios of cerium titanate (Ce-Ti) NPs were prepared from sunflower seed husk extract by a green biosynthesis approach. Cf and Ce-Ti NPs were reacted via cross-linking reaction to synthesize a novel nanocomposite photocatalyst of Ce-Ti/Cf. Using Fourier-transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM-EDX) spectroscopy, all manufactured materials were characterized. The results obtained from FTIR and EDX analyses indicated that Cf and its nanocomposites (0.1 Ce-Ti/Cf, 0.3 Ce-Ti/Cf, and 0.5 Ce-Ti/Cf) were successfully prepared by harnessing biomass extract from sunflower seed husk. Furthermore, XRD revealed that the degree of crystallinity of the nanocomposites was enhanced by increasing the molar ratios of the Ce-Ti NPs. The photocatalytic activity of as-fabricated 0.1 Ce-Ti/Cf, 0.3 Ce-Ti/Cf, and 0.5 Ce-Ti/Cf nanocomposite samples was investigated on methylene blue (MB) and methyl orange (MO) dyes as model organic compounds found in wastewaters. The effects of dose, contact time, and pH on the photocatalytic activity of the synthesized nanocomposites, the photodegradation kinetic parameters of MB, and MO degradation with/without the addition of H 2 O 2 were also studied. The results revealed that high photodegradation efficiency could be obtained as the ratio of TiO 2 in the Ce-Ti nanocomposite formula increases. Moreover, after sunlight irradiation, the adsorption capacity and the dye decomposition ratio significantly increase during the early contact time and reach equilibrium at about 240 and 120 min for 0.5 Ce-Ti/Cf nanocomposite photocatalyst in the absence and presence of hydrogen peroxide, respectively. In light of the obtained results and the practical wastewater treatment study conducted, the prepared photocatalyst from Ce-Ti/Cf nanocomposites could be a promising material for treating dye wastewater especially collected from Egypt.

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

Translated Description (Arabic)

الخلاصة في هذه الدراسة، تم تحضير ألياف السليلوز (Cf)، المستخرجة من قشر بذور عباد الشمس، ونسب مولارية مختلفة من تيتانات السيريوم (Ce - Ti) NPs من مستخلص قشر بذور عباد الشمس من خلال نهج التخليق الحيوي الأخضر. تم تفاعل Cf و Ce - Ti NPs عبر تفاعل الربط المتقاطع لتوليف محفز ضوئي مركب نانوي جديد لـ Ce - Ti/Cf. باستخدام الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، حيود الأشعة السينية (XRD)، والمسح المجهري الإلكتروني (SEM - EDX)، تم تمييز جميع المواد المصنعة. أشارت النتائج التي تم الحصول عليها من تحليلات FTIR و EDX إلى أن Cf ومركباته النانوية (0.1 Ce - Ti/Cf و 0.3 Ce - Ti/Cf و 0.5 Ce - Ti/Cf) تم تحضيرها بنجاح من خلال تسخير مستخلص الكتلة الحيوية من قشر بذور عباد الشمس. علاوة على ذلك، كشف XRD أن درجة تبلور المركبات النانوية قد تم تعزيزها من خلال زيادة النسب المولية للجسيمات النانوية Ce - Ti. تم فحص النشاط التحفيزي الضوئي للعينات المركبة النانوية 0.1 Ce - Ti/Cf و 0.3 Ce - Ti/Cf و 0.5 Ce - Ti/Cf المصنعة على أصباغ أزرق الميثيلين (MB) والبرتقال الميثيل (MO) كمركبات عضوية نموذجية موجودة في مياه الصرف الصحي. كما تمت دراسة تأثيرات الجرعة ووقت التلامس ودرجة الحموضة على النشاط التحفيزي الضوئي للمركبات النانوية المركبة، والمتغيرات الحركية للتحلل الضوئي لـ MB، وتدهور MO مع/بدون إضافة H 2 O 2. كشفت النتائج أنه يمكن الحصول على كفاءة تحلل ضوئي عالية مع زيادة نسبة TiO 2 في الصيغة المركبة النانوية Ce - Ti. علاوة على ذلك، بعد تشعيع أشعة الشمس، تزداد قدرة الامتزاز ونسبة تحلل الصبغة بشكل كبير خلال وقت التلامس المبكر وتصل إلى التوازن عند حوالي 240 و120 دقيقة لمحفز ضوئي مركب بحجم النانو 0.5 Ce - Ti/Cf في غياب ووجود بيروكسيد الهيدروجين، على التوالي. في ضوء النتائج التي تم الحصول عليها والدراسة العملية لمعالجة مياه الصرف الصحي التي أجريت، يمكن أن يكون المحفز الضوئي المحضر من المركبات النانوية Ce - Ti/Cf مادة واعدة لمعالجة مياه الصرف الصحي الصبغية التي تم جمعها بشكل خاص من مصر.

Translated Description (French)

Résumé Dans cette étude, des fibres de cellulose (Cf), extraites de l'enveloppe de graines de tournesol, et différents rapports molaires de NP de titanate de cérium (Ce-Ti) ont été préparés à partir d'extrait d'enveloppe de graines de tournesol par une approche de biosynthèse verte. Les NP de Cf et de Ce-Ti ont été mis à réagir par réaction de réticulation pour synthétiser un nouveau photocatalyseur nanocomposite de Ce-Ti/Cf. En utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF), la diffraction des rayons X (DRX) et la microscopie électronique à balayage (SEM-EDX), tous les matériaux fabriqués ont été caractérisés. Les résultats obtenus à partir des analyses FTIR et EDX ont indiqué que le Cf et ses nanocomposites (0,1 Ce-Ti/Cf, 0,3 Ce-Ti/Cf et 0,5 Ce-Ti/Cf) ont été préparés avec succès en exploitant l'extrait de biomasse de l'enveloppe des graines de tournesol. En outre, la DRX a révélé que le degré de cristallinité des nanocomposites était amélioré en augmentant les rapports molaires des NP Ce-Ti. L'activité photocatalytique d'échantillons nanocomposites de 0,1 Ce-Ti/Cf, 0,3 Ce-Ti/Cf et 0,5 Ce-Ti/Cf a été étudiée sur des colorants de bleu de méthylène (MB) et d'orange de méthyle (MO) comme composés organiques modèles trouvés dans les eaux usées. Les effets de la dose, du temps de contact et du pH sur l'activité photocatalytique des nanocomposites synthétisés, les paramètres cinétiques de photodégradation du MB et la dégradation du MO avec/sans ajout de H 2 O 2 ont également été étudiés. Les résultats ont révélé qu'une efficacité élevée de photodégradation pouvait être obtenue à mesure que le rapport de TiO 2 dans la formule nanocomposite Ce-Ti augmentait. De plus, après irradiation au soleil, la capacité d'adsorption et le taux de décomposition du colorant augmentent significativement pendant le temps de contact précoce et atteignent l'équilibre à environ 240 et 120 min pour le photocatalyseur nanocomposite 0,5 Ce-Ti/Cf en l'absence et en présence de peroxyde d'hydrogène, respectivement. À la lumière des résultats obtenus et de l'étude pratique sur le traitement des eaux usées menée, le photocatalyseur préparé à partir de nanocomposites Ce-Ti/Cf pourrait être un matériau prometteur pour le traitement des eaux usées colorantes spécialement collectées en Égypte.

Translated Description (Spanish)

Resumen En este estudio, se prepararon fibras de celulosa (Cf), extraídas de la cáscara de la semilla de girasol, y diferentes relaciones molares de NP de titanato de cerio (Ce-Ti) a partir del extracto de cáscara de la semilla de girasol mediante un enfoque de biosíntesis verde. Las NP de Cf y Ce-Ti se hicieron reaccionar mediante una reacción de reticulación para sintetizar un nuevo fotocatalizador de nanocompuesto de Ce-Ti/Cf. Utilizando espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM-EDX), se caracterizaron todos los materiales fabricados. Los resultados obtenidos de los análisis FTIR y edX indicaron que Cf y sus nanocompuestos (0.1 Ce-Ti/Cf, 0.3 Ce-Ti/Cf y 0.5 Ce-Ti/Cf) se prepararon con éxito mediante el aprovechamiento del extracto de biomasa de la cáscara de semilla de girasol. Además, la XRD reveló que el grado de cristalinidad de los nanocompuestos se mejoró al aumentar las relaciones molares de las NP de Ce-Ti. La actividad fotocatalítica de las muestras de nanocompuestos de 0,1 Ce-Ti/Cf, 0,3 Ce-Ti/Cf y 0,5 Ce-Ti/Cf tal como se fabricaron se investigó en colorantes de azul de metileno (MB) y naranja de metilo (MO) como compuestos orgánicos modelo que se encuentran en las aguas residuales. También se estudiaron los efectos de la dosis, el tiempo de contacto y el pH sobre la actividad fotocatalítica de los nanocompuestos sintetizados, los parámetros cinéticos de fotodegradación de MB y la degradación de MO con/sin la adición de H 2 O 2. Los resultados revelaron que se podría obtener una alta eficiencia de fotodegradación a medida que aumenta la relación de Tío 2 en la fórmula del nanocompuesto de Ce-Ti. Además, después de la irradiación solar, la capacidad de adsorción y la relación de descomposición del colorante aumentan significativamente durante el tiempo de contacto temprano y alcanzan el equilibrio a aproximadamente 240 y 120 min para el fotocatalizador nanocompuesto 0.5 Ce-Ti/Cf en ausencia y presencia de peróxido de hidrógeno, respectivamente. A la luz de los resultados obtenidos y del estudio práctico de tratamiento de aguas residuales realizado, el fotocatalizador preparado a partir de nanocompuestos de Ce-Ti/Cf podría ser un material prometedor para tratar aguas residuales de colorantes especialmente recogidas de Egipto.

Files

s11356-022-21430-4.pdf.pdf

Files (10.2 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:a67104a10ba08d83be82c7776f38d64f
10.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تصنيع المواد المركبة النانوية من ألياف السيريوم تيتانات السليلوز لإزالة ميثيل البرتقال والميثيلين الأزرق من المياه الملوثة عن طريق التحلل التحفيزي الضوئي
Translated title (French)
Fabrication de matériaux nanocomposites en fibres de cellulose de titanate de cérium pour l'élimination de l'orange de méthyle et du bleu de méthylène de l'eau polluée par dégradation photocatalytique
Translated title (Spanish)
Fabricación de materiales nanocompuestos de fibra de celulosa de titanato de cerio para la eliminación de naranja de metilo y azul de metileno del agua contaminada por degradación fotocatalítica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4283374777
DOI
10.1007/s11356-022-21430-4

Is supplement to
https://openalex.org/W4311318556 (Other)
https://openalex.org/W3140272253 (Other)
https://openalex.org/W2373187946 (Other)
https://openalex.org/W2357783242 (Other)
https://openalex.org/W2351975360 (Other)
https://openalex.org/W2349108526 (Other)
https://openalex.org/W2259847155 (Other)
https://openalex.org/W1985570171 (Other)
https://openalex.org/W1979924444 (Other)
https://openalex.org/W1575475282 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1150029176
  • https://openalex.org/W11607729
  • https://openalex.org/W1964126138
  • https://openalex.org/W1972182786
  • https://openalex.org/W1975052233
  • https://openalex.org/W1980127757
  • https://openalex.org/W1982093618
  • https://openalex.org/W1982269160
  • https://openalex.org/W1984175521
  • https://openalex.org/W1986648248
  • https://openalex.org/W1987226675
  • https://openalex.org/W1987591414
  • https://openalex.org/W1988140561
  • https://openalex.org/W1989713531
  • https://openalex.org/W1991757428
  • https://openalex.org/W1991766700
  • https://openalex.org/W1991866891
  • https://openalex.org/W1992248330
  • https://openalex.org/W1995873666
  • https://openalex.org/W2001227559
  • https://openalex.org/W2001457443
  • https://openalex.org/W2007025272
  • https://openalex.org/W2008616587
  • https://openalex.org/W2012383879
  • https://openalex.org/W2013156086
  • https://openalex.org/W2014806565
  • https://openalex.org/W2019951772
  • https://openalex.org/W2019988079
  • https://openalex.org/W2031494060
  • https://openalex.org/W2032545798
  • https://openalex.org/W2035552300
  • https://openalex.org/W2038162136
  • https://openalex.org/W2040371384
  • https://openalex.org/W2043104491
  • https://openalex.org/W2043603339
  • https://openalex.org/W2044641039
  • https://openalex.org/W2050041824
  • https://openalex.org/W2050679494
  • https://openalex.org/W2053059779
  • https://openalex.org/W2059411373
  • https://openalex.org/W2063132420
  • https://openalex.org/W2072417958
  • https://openalex.org/W2079227306
  • https://openalex.org/W2079460142
  • https://openalex.org/W2082270124
  • https://openalex.org/W2084397650
  • https://openalex.org/W2090351339
  • https://openalex.org/W2091633783
  • https://openalex.org/W2094434309
  • https://openalex.org/W2096991082
  • https://openalex.org/W2108830345
  • https://openalex.org/W2110011811
  • https://openalex.org/W2130534917
  • https://openalex.org/W2133329106
  • https://openalex.org/W2134229973
  • https://openalex.org/W2134314583
  • https://openalex.org/W2143546017
  • https://openalex.org/W2147676393
  • https://openalex.org/W2155247364
  • https://openalex.org/W2164481126
  • https://openalex.org/W216955130
  • https://openalex.org/W2238294162
  • https://openalex.org/W2257354391
  • https://openalex.org/W2290301613
  • https://openalex.org/W2318582207
  • https://openalex.org/W2319651915
  • https://openalex.org/W2334133676
  • https://openalex.org/W2527894616
  • https://openalex.org/W2561557761
  • https://openalex.org/W2561989910
  • https://openalex.org/W2563094870
  • https://openalex.org/W2596555162
  • https://openalex.org/W2601612350
  • https://openalex.org/W2602953151
  • https://openalex.org/W2605349822
  • https://openalex.org/W2609231162
  • https://openalex.org/W2620500010
  • https://openalex.org/W2745534038
  • https://openalex.org/W2757873771
  • https://openalex.org/W2760177970
  • https://openalex.org/W2770208857
  • https://openalex.org/W2771159584
  • https://openalex.org/W2771969839
  • https://openalex.org/W2792908041
  • https://openalex.org/W2792969150
  • https://openalex.org/W2805964946
  • https://openalex.org/W2807199418
  • https://openalex.org/W2885681734
  • https://openalex.org/W2898194216
  • https://openalex.org/W2901691314
  • https://openalex.org/W2911413424
  • https://openalex.org/W2924583872
  • https://openalex.org/W2940570600
  • https://openalex.org/W2962057733
  • https://openalex.org/W2965855766
  • https://openalex.org/W2990963375
  • https://openalex.org/W2994312973
  • https://openalex.org/W3006712434
  • https://openalex.org/W3009267696
  • https://openalex.org/W3010946287
  • https://openalex.org/W3014516547
  • https://openalex.org/W3033451317
  • https://openalex.org/W3046111361
  • https://openalex.org/W3080309869
  • https://openalex.org/W3106747998
  • https://openalex.org/W3116822813
  • https://openalex.org/W3127168819
  • https://openalex.org/W3129341538
  • https://openalex.org/W3130846155
  • https://openalex.org/W3149254605
  • https://openalex.org/W3161821867
  • https://openalex.org/W4221035844
  • https://openalex.org/W649393285
  • https://openalex.org/W864869929