Published May 19, 2022 | Version v1
Publication Open

Novel metal based nanocomposite for rapid and efficient removal of lead from contaminated wastewater sorption kinetics, thermodynamics and mechanisms

Creators

  • 1. Alexandria University
  • 2. Agricultural Research Center

Description

A sol-gel method was utilized to prepare a novel nanocomposite adsorbent (nMgO/bentonite) and was tested for Pb(II) removal from aqueous solutions. The produced nanocomposite was investigated using, SEM-EDX, XRD, and FTIR analyses before and after Pb adsorption. Adsorption equilibrium and kinetic experiments were run in batch system under different conditions of pH, adsorbent dose, competitive cations, contact time and temperature. The results exhibited rapid Pb(II) adsorption by the nanocomposite in the first five min. Experimental lead adsorption equilibrium and kinetics data fitted well to Langmuir and power function models, respectively as indicated from the lowest standard error (SE) values. The calculated Langmuir maximum adsorption capacity (qmax) value of nanocomposite (75 mg g-1) was 4.5 times higher than that of bentonite (16.66 mg g-1). Moreover, the highest quantity of Pb(II) uptake was achieved at temperature of 307 K and pH 9. The Langmuir sorption capacity of the nanocomposite for Pb(II) increased from 75 to 145 mg g-1 with increasing temperature from 287 to 307 K. The thermodynamic parameters of Pb(II) adsorption by the nanocomposite affirm the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process. Lead adsorption mechanisms by the nanocomposite were proposed and discussed.

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

Translated Description (Arabic)

تم استخدام طريقة sol - gel لتحضير مادة ماصة جديدة ذات مركب نانوي (nMgO/bentonite) وتم اختبارها لإزالة Pb(II) من المحاليل المائية. تم فحص المركب النانوي المنتج باستخدام تحليلات SEM - EDX و XRD و FTIR قبل وبعد امتزاز الرصاص. تم إجراء توازن الامتزاز والتجارب الحركية في نظام دفعي في ظل ظروف مختلفة من درجة الحموضة، جرعة الامتزاز، الكاتيونات التنافسية، وقت التلامس ودرجة الحرارة. أظهرت النتائج امتزازًا سريعًا للرصاص(II) بواسطة المركب النانوي في أول خمس دقائق. تم تركيب توازن امتزاز الرصاص التجريبي وبيانات الحركية بشكل جيد على نماذج Langmuir ووظيفة الطاقة، على التوالي كما هو موضح من قيم أدنى خطأ معياري (SE). كانت قيمة قدرة الامتزاز القصوى المحسوبة لـ Langmuir (qmax) للمركب النانوي (75 مجم جم-1) أعلى 4.5 مرة من قيمة البنتونيت (16.66 مجم جم-1). علاوة على ذلك، تم تحقيق أعلى كمية من امتصاص الرصاص(II) عند درجة حرارة 307 كلفن ودرجة الحموضة 9. زادت قدرة امتزاز Langmuir للمركب النانوي للرصاص(II) من 75 إلى 145 مجم جم-1 مع زيادة درجة الحرارة من 287 إلى 307 كلفن. تؤكد المعلمات الديناميكية الحرارية لامتزاز الرصاص(II) بواسطة المركب النانوي الطبيعة التلقائية والماصة للحرارة لعملية الامتزاز. تم اقتراح ومناقشة آليات امتزاز الرصاص بواسطة المركب النانوي.

Translated Description (French)

Une méthode sol-gel a été utilisée pour préparer un nouvel adsorbant nanocomposite (nMgO/bentonite) et a été testée pour l'élimination du Pb(II) des solutions aqueuses. Le nanocomposite produit a été étudié à l'aide d'analyses SEM-EDX, XRD et IRTF avant et après l'adsorption du Pb. Des expériences d'équilibre d'adsorption et de cinétique ont été menées en système discontinu dans différentes conditions de pH, de dose d'adsorbant, de cations compétitifs, de temps de contact et de température. Les résultats ont montré une adsorption rapide du Pb(II) par le nanocomposite au cours des cinq premières minutes. Les données expérimentales sur l'équilibre et la cinétique de l'adsorption du plomb s'adaptent bien aux modèles de fonction de Langmuir et de puissance, respectivement, comme indiqué à partir des valeurs d'erreur standard (SE) les plus basses. La valeur calculée de la capacité d'adsorption maximale de Langmuir (qmax) du nanocomposite (75 mg g-1) était 4,5 fois supérieure à celle de la bentonite (16,66 mg g-1). De plus, la plus grande quantité d'absorption de Pb(II) a été atteinte à une température de 307 K et à un pH de 9. La capacité de sorption de Langmuir du nanocomposite pour le Pb(II) a augmenté de 75 à 145 mg g-1 avec l'augmentation de la température de 287 à 307 K. Les paramètres thermodynamiques de l'adsorption du Pb(II) par le nanocomposite affirment le caractère spontané et endothermique du processus d'adsorption. Des mécanismes d'adsorption du plomb par le nanocomposite ont été proposés et discutés.

Translated Description (Spanish)

Se utilizó un método de sol-gel para preparar un nuevo adsorbente de nanocompuesto (nMgO/bentonita) y se probó para la eliminación de Pb(II) de las soluciones acuosas. El nanocompuesto producido se investigó utilizando análisis SEM-EDX, XRD y FTIR antes y después de la adsorción de Pb. Los experimentos cinéticos y de equilibrio de adsorción se realizaron en un sistema por lotes en diferentes condiciones de pH, dosis de adsorbente, cationes competitivos, tiempo de contacto y temperatura. Los resultados mostraron una rápida adsorción de Pb(II) por el nanocompuesto en los primeros cinco minutos. Los datos experimentales de equilibrio y cinética de adsorción de plomo se ajustaron bien a los modelos de función de Langmuir y potencia, respectivamente, como se indica a partir de los valores más bajos de error estándar (SE). El valor calculado de la capacidad de adsorción máxima de Langmuir (qmax) del nanocompuesto (75 mg g-1) fue 4.5 veces mayor que el de la bentonita (16.66 mg g-1). Además, la mayor cantidad de absorción de Pb(II) se logró a una temperatura de 307 K y pH 9. La capacidad de sorción de Langmuir del nanocompuesto para Pb(II) aumentó de 75 a 145 mg g-1 con el aumento de la temperatura de 287 a 307 K. Los parámetros termodinámicos de la adsorción de Pb(II) por el nanocompuesto afirman la naturaleza espontánea y endotérmica del proceso de adsorción. Se propusieron y discutieron los mecanismos de adsorción de plomo por el nanocompuesto.

Files

s41598-022-12485-x.pdf.pdf

Files (3.7 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
md5:669ae361ed036b58bc480348b27b792d
3.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مركب نانوي جديد قائم على المعادن لإزالة الرصاص بسرعة وكفاءة من حركية امتصاص مياه الصرف الصحي الملوثة والديناميكا الحرارية والآليات
Translated title (French)
Nouveau nanocomposite à base de métal pour une élimination rapide et efficace du plomb de la cinétique, de la thermodynamique et des mécanismes de sorption des eaux usées contaminées
Translated title (Spanish)
Nuevo nanocompuesto a base de metal para la eliminación rápida y eficiente del plomo de la cinética, termodinámica y mecanismos de sorción de aguas residuales contaminadas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4280517173
DOI
10.1038/s41598-022-12485-x

Is supplement to
https://openalex.org/W3009101630 (Other)
https://openalex.org/W2977599897 (Other)
https://openalex.org/W2793278290 (Other)
https://openalex.org/W2389586758 (Other)
https://openalex.org/W2375439383 (Other)
https://openalex.org/W2034963186 (Other)
https://openalex.org/W2032541774 (Other)
https://openalex.org/W1986250169 (Other)
https://openalex.org/W1971214831 (Other)
https://openalex.org/W1571373560 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1978073187
  • https://openalex.org/W1982210675
  • https://openalex.org/W1986299708
  • https://openalex.org/W1988040736
  • https://openalex.org/W1998748209
  • https://openalex.org/W1998771840
  • https://openalex.org/W2003112870
  • https://openalex.org/W2007307556
  • https://openalex.org/W2014047679
  • https://openalex.org/W2019873054
  • https://openalex.org/W2019926828
  • https://openalex.org/W2022105827
  • https://openalex.org/W2032368903
  • https://openalex.org/W2035235756
  • https://openalex.org/W2044839636
  • https://openalex.org/W2049707706
  • https://openalex.org/W2055884722
  • https://openalex.org/W2059859353
  • https://openalex.org/W2063910986
  • https://openalex.org/W2072282153
  • https://openalex.org/W2089119819
  • https://openalex.org/W2111964389
  • https://openalex.org/W2143438291
  • https://openalex.org/W2185479321
  • https://openalex.org/W2330512541
  • https://openalex.org/W2520567530
  • https://openalex.org/W2548020764
  • https://openalex.org/W2550941088
  • https://openalex.org/W2621127766
  • https://openalex.org/W2754603943
  • https://openalex.org/W2811328531
  • https://openalex.org/W2888509159
  • https://openalex.org/W2890410745
  • https://openalex.org/W2901998230
  • https://openalex.org/W2913080576
  • https://openalex.org/W2944408625
  • https://openalex.org/W2978079768
  • https://openalex.org/W2991155310
  • https://openalex.org/W2991156852
  • https://openalex.org/W2995404216
  • https://openalex.org/W3000524333
  • https://openalex.org/W3000777162
  • https://openalex.org/W3000965343
  • https://openalex.org/W3012490456
  • https://openalex.org/W3036406065
  • https://openalex.org/W3036896627
  • https://openalex.org/W3042498079
  • https://openalex.org/W3092633905
  • https://openalex.org/W3096197532
  • https://openalex.org/W3127084746
  • https://openalex.org/W3131378777
  • https://openalex.org/W3164741178
  • https://openalex.org/W3173098221
  • https://openalex.org/W3180826734
  • https://openalex.org/W3196180452
  • https://openalex.org/W4200244396
  • https://openalex.org/W4211219283