Published April 3, 2023 | Version v1
Publication Open

Adsorption of methylene blue from textile industrial wastewater using activated carbon developed from Rumex abyssinicus plant

Creators

  • 1. University of South Africa
  • 2. Addis Ababa Science and Technology University

Description

Abstract Methylene blue (MB) is abundantly found in textile industrial effluent which can cause severe health problems for public and environmental ecology. Therefore, this study aimed to remove MB from textile wastewater using the activated carbon developed from Rumex abyssinicus . The adsorbent was activated using chemical and thermal methods, and then it was characterized by SEM, FTIR, BET, XRD, and pH zero-point charge (pHpzc). The adsorption isotherm and kinetics were also investigated. The experimental design was composed of four factors at three levels (pH (3, 6, and 9), initial MB concentration (100, 150, and 200 mg/L), adsorbent dosage (20, 40, and 60 mg/100 mL), and contact time (20, 40, and 60 min)). The adsorption interaction was evaluated using response surface methodology. The characterization of a Rumex abyssinicus activated carbon was found to have multiple functional groups (FTIR), an amorphous structure (XRD), crack with ups and down morphology (SEM), pHpzc of 5.03 and a high BET-specific surface area of 2522 m 2 /g. The optimization of MB dye removal was carried out using the Response Surface methodology coupled with the Box Behnken approach. The maximum removal efficiency of 99.9% was recorded at optimum conditions of pH 9, MB concentration of 100 mg/L, the adsorbent dosage of 60 mg/100 mL, and contact time of 60 min. Among the three adsorption isotherm models, the Freundlich isotherm model was the best fit with an experimental value at R 2 0.99 showing the adsorption process was heterogeneous and multilayer whereas the kinetics study revealed that pseudo-second-order at R 2 0.88. Finally, this adsorption process is quite promising to be used at an industrial level .

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

Translated Description (Arabic)

يوجد مستخلص الميثيلين الأزرق بوفرة في النفايات السائلة الصناعية النسيجية التي يمكن أن تسبب مشاكل صحية خطيرة للبيئة العامة والبيئية. لذلك، هدفت هذه الدراسة إلى إزالة بروميد الميثيل من مياه الصرف الصحي النسيجية باستخدام الكربون المنشط الذي تم تطويره من Rumex abyssinicus . تم تنشيط المادة الممتزة باستخدام طرق كيميائية وحرارية، ثم تميزت بشحنة SEM و FTIR و BET و XRD ودرجة الحموضة صفر نقطة (pHpzc). كما تم التحقيق في متساوي حرارة الامتزاز والحركية. تألف التصميم التجريبي من أربعة عوامل على ثلاثة مستويات (الرقم الهيدروجيني (3 و 6 و 9)، وتركيز ميجابايت الأولي (100 و 150 و 200 مجم/لتر)، والجرعة الممتزة (20 و 40 و 60 مجم/100 مل)، ووقت التلامس (20 و 40 و 60 دقيقة)). تم تقييم تفاعل الامتزاز باستخدام منهجية سطح الاستجابة. وُجد أن توصيف الكربون المنشط Rumex abyssinicus يحتوي على مجموعات وظيفية متعددة (FTIR)، وهيكل غير متبلور (XRD)، وتشقق مع مورفولوجيا الصعود والهبوط (SEM)، و pHpzc من 5.03 ومساحة سطح عالية خاصة بـ BET تبلغ 2522 م 2 /جم. تم تحسين إزالة صبغة MB باستخدام منهجية Response Surface إلى جانب نهج Box Behnken. تم تسجيل الحد الأقصى لكفاءة الإزالة بنسبة 99.9 ٪ في الظروف المثلى لدرجة الحموضة 9، وتركيز ميجابايت 100 مجم/لتر، وجرعة الامتصاص 60 مجم/100 مل، ووقت التلامس 60 دقيقة. من بين نماذج متساوي الحرارة للامتزاز الثلاثة، كان نموذج متساوي الحرارة Freundlich هو الأنسب بقيمة تجريبية عند R2 0.99 مما يدل على أن عملية الامتزاز كانت غير متجانسة ومتعددة الطبقات في حين كشفت دراسة الحركية أن الترتيب الثاني الزائف عند R2 0.88. أخيرًا، تعد عملية الامتزاز هذه واعدة جدًا لاستخدامها على المستوى الصناعي.

Translated Description (French)

Résumé Le bleu de méthylène (MB) est abondamment présent dans les effluents industriels textiles, ce qui peut causer de graves problèmes de santé pour l'écologie publique et environnementale. Par conséquent, cette étude visait à éliminer le MB des eaux usées textiles en utilisant le charbon actif développé à partir de Rumex abyssinicus . L'adsorbant a été activé à l'aide de méthodes chimiques et thermiques, puis il a été caractérisé par SEM, FTIR, BET, XRD et la charge du point zéro du pH (pHpzc). L'isotherme et la cinétique d'adsorption ont également été étudiés. Le plan expérimental était composé de quatre facteurs à trois niveaux (pH (3, 6 et 9), concentration initiale de MB (100, 150 et 200 mg/L), dose d'adsorbant (20, 40 et 60 mg/100 mL) et temps de contact (20, 40 et 60 min)). L'interaction d'adsorption a été évaluée en utilisant la méthodologie de la surface de réponse. La caractérisation d'un charbon actif Rumex abyssinicus s'est avérée avoir de multiples groupes fonctionnels (FTIR), une structure amorphe (DRX), une fissure à morphologie ups and down (SEM), un pHpzc de 5,03 et une surface spécifique BET élevée de 2522 m 2 /g. L'optimisation de l'élimination des colorants MB a été réalisée en utilisant la méthodologie Response Surface couplée à l'approche Box Behnken. L'efficacité d'élimination maximale de 99,9 % a été enregistrée dans des conditions optimales de pH 9, de concentration MB de 100 mg/L, de dose d'adsorbant de 60 mg/100 mL et de temps de contact de 60 min. Parmi les trois modèles d'isotherme d'adsorption, le modèle d'isotherme de Freundlich était le mieux adapté avec une valeur expérimentale à R 2 0,99 montrant que le processus d'adsorption était hétérogène et multicouche alors que l'étude cinétique a révélé que l'ordre pseudo-seconde à R 2 0,88. Enfin, ce procédé d'adsorption est assez prometteur pour être utilisé au niveau industriel.

Translated Description (Spanish)

Resumen El azul de metileno (MB) se encuentra abundantemente en los efluentes industriales textiles, lo que puede causar graves problemas de salud para la ecología pública y ambiental. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo eliminar el MB de las aguas residuales textiles utilizando el carbón activado desarrollado a partir de Rumex abyssinicus . El adsorbente se activó utilizando métodos químicos y térmicos, y luego se caracterizó por SEM, FTIR, BET, XRD y carga de punto cero de pH (pHpzc). También se investigaron la isoterma de adsorción y la cinética. El diseño experimental se compuso de cuatro factores a tres niveles (pH (3, 6 y 9), concentración inicial de MB (100, 150 y 200 mg/L), dosis de adsorbente (20, 40 y 60 mg/100 mL) y tiempo de contacto (20, 40 y 60 min)). La interacción de adsorción se evaluó utilizando la metodología de superficie de respuesta. Se encontró que la caracterización de un carbón activado de Rumex abyssinicus tiene múltiples grupos funcionales (FTIR), una estructura amorfa (XRD), fisura con morfología de subidas y bajadas (SEM), pHpzc de 5.03 y una alta área de superficie específica de Bet de 2522 m 2 /g. La optimización de la eliminación del colorante MB se llevó a cabo utilizando la metodología Response Surface junto con el enfoque Box Behnken. La eficiencia de eliminación máxima de 99.9% se registró en condiciones óptimas de pH 9, concentración de MB de 100 mg/L, la dosis de adsorbente de 60 mg/100 mL y el tiempo de contacto de 60 min. Entre los tres modelos de isoterma de adsorción, el modelo de isoterma de Freundlich fue el que mejor se ajustó con un valor experimental en R 2 0,99 que muestra que el proceso de adsorción fue heterogéneo y multicapa, mientras que el estudio de cinética reveló ese pseudo-segundo orden en R 2 0,88. Finalmente, este proceso de adsorción es bastante prometedor para ser utilizado a nivel industrial.

Files

s41598-023-32341-w.pdf.pdf

Files (2.2 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:bed9935a33756b1e50d8dcbe6902909c
2.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
امتزاز أزرق الميثيلين من مياه الصرف الصناعي للنسيج باستخدام الكربون المنشط المطور من مصنع Rumex abyssinicus
Translated title (French)
Adsorption du bleu de méthylène des eaux usées industrielles textiles à l'aide de charbon actif développé à partir de l'usine Rumex abyssinicus
Translated title (Spanish)
Adsorción de azul de metileno de aguas residuales industriales textiles utilizando carbón activado desarrollado en la planta de Rumex abyssinicus

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4362521540
DOI
10.1038/s41598-023-32341-w

Is supplement to
https://openalex.org/W4360843076 (Other)
https://openalex.org/W4229961152 (Other)
https://openalex.org/W3209283012 (Other)
https://openalex.org/W2943031723 (Other)
https://openalex.org/W2284148662 (Other)
https://openalex.org/W2187425720 (Other)
https://openalex.org/W2068714345 (Other)
https://openalex.org/W2051347090 (Other)
https://openalex.org/W2017406244 (Other)
https://openalex.org/W1637685391 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ethiopia

References

  • https://openalex.org/W1974851769
  • https://openalex.org/W2010585155
  • https://openalex.org/W2141939342
  • https://openalex.org/W2157345310
  • https://openalex.org/W2414982887
  • https://openalex.org/W2613135843
  • https://openalex.org/W2759187507
  • https://openalex.org/W2764143476
  • https://openalex.org/W2767272725
  • https://openalex.org/W2789461523
  • https://openalex.org/W2807348562
  • https://openalex.org/W2905287144
  • https://openalex.org/W2912564203
  • https://openalex.org/W2955001960
  • https://openalex.org/W2979686604
  • https://openalex.org/W2981433523
  • https://openalex.org/W2996056132
  • https://openalex.org/W3000094735
  • https://openalex.org/W3004213960
  • https://openalex.org/W3004710453
  • https://openalex.org/W3005387570
  • https://openalex.org/W3006954584
  • https://openalex.org/W3013020497
  • https://openalex.org/W3015947102
  • https://openalex.org/W3022234033
  • https://openalex.org/W3026076613
  • https://openalex.org/W3039462790
  • https://openalex.org/W3041959661
  • https://openalex.org/W3045045277
  • https://openalex.org/W3087930967
  • https://openalex.org/W3097082900
  • https://openalex.org/W3105089087
  • https://openalex.org/W3111969872
  • https://openalex.org/W3117768848
  • https://openalex.org/W3132457182
  • https://openalex.org/W3133827318
  • https://openalex.org/W3137004677
  • https://openalex.org/W3138305641
  • https://openalex.org/W3138902113
  • https://openalex.org/W3168060857
  • https://openalex.org/W3172380211
  • https://openalex.org/W3174430554
  • https://openalex.org/W3207602309
  • https://openalex.org/W3208157926
  • https://openalex.org/W3210464570
  • https://openalex.org/W4200025767
  • https://openalex.org/W4200074020
  • https://openalex.org/W4210684293
  • https://openalex.org/W4220735821
  • https://openalex.org/W4220778314
  • https://openalex.org/W4223563803
  • https://openalex.org/W4223595457
  • https://openalex.org/W4247308538
  • https://openalex.org/W4284710722
  • https://openalex.org/W4292184412
  • https://openalex.org/W4292641298
  • https://openalex.org/W4293879948
  • https://openalex.org/W4298127604
  • https://openalex.org/W4302776794
  • https://openalex.org/W4311499014
  • https://openalex.org/W4313311770
  • https://openalex.org/W4319720039