Powered by OpenAIRE graph
Found an issue? Give us feedback
addClaim

This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.

You have already added 0 works in your ORCID record related to the merged Research product.

Preparation of Pd–Ni Nanoparticles Supported on Activated Carbon for Efficient Removal of Basic Blue 3 from Water

تحضير جسيمات Pd - Ni النانوية المدعومة على الكربون المنشط لإزالة فعالة للأزرق الأساسي 3 من الماء
Authors: Sultan Alam; Muhammad Sufaid Khan; Ali Umar; Rozina Khattak; Najeeb Rahman; Ivar Zekker; Juris Burlakovs; +6 Authors

Preparation of Pd–Ni Nanoparticles Supported on Activated Carbon for Efficient Removal of Basic Blue 3 from Water

Abstract

Les nanoparticules de Pd–Ni supportées sur charbon actif (Pd–Ni/AC) ont été préparées en utilisant une méthode de transfert de phase. Le but de la synthèse de composites ternaires était d'améliorer la surface des nanoparticules de Pd–Ni synthétisées, car elles ont une faible surface. Le composite résultant a été caractérisé par microscopie électronique à balayage (MEB), diffraction des rayons X (DRX) et spectroscopie aux rayons X à dispersion d'énergie (EDX) pour étudier sa morphologie de surface, la taille des particules, le pourcentage de cristallinité et la composition élémentaire, respectivement. Les données XRD et l'analyse EDX ont révélé la présence d'alliages Pd–Ni imprégnés sur le CA. Le Pd–Ni/AC a été utilisé comme adsorbant pour l'élimination du colorant azoïque bleu basique 3 d'un milieu aqueux. Des modèles cinétiques et isothermes ont été utilisés pour calculer les paramètres d'adsorption. Le modèle cinétique le plus approprié parmi les modèles appliqués était le modèle de pseudo second ordre, confirmant les caractéristiques de chimisorption du processus, et le modèle d'isotherme le plus approprié était le modèle de Langmuir, avec une capacité d'adsorption maximale de 333 mg/g à 333 K. Différents paramètres expérimentaux, tels que la dose d'adsorbant, le pH, la température et le temps de contact, ont été optimisés. Les paramètres optimaux atteints étaient : un pH de 12, une température de 333 K, une dose d'adsorbant de 0,01 g et un temps de contact optimal de 30 min. De plus, les paramètres thermodynamiques d'adsorption, tels que l'énergie libre de Gibbs (ΔG°), l'enthalpie (ΔH°) et l'entropie (ΔS°), ont montré que les processus d'adsorption étaient exothermiques avec des valeurs de ΔH° égales à − 6,206 kJ/mol et spontanés avec des valeurs de ΔG° de − 13,297, − 13,780 et −14,264 kJ/mol, respectivement à 293, 313 et 333 K. Une augmentation du changement d'entropie (ΔS°) avec une valeur de 0,0242 kJ/mol K, a indiqué le trouble amélioré à une interface solide-solution pendant le processus d'adsorption. Le recyclage de l'adsorbant pendant six cycles avec de l'hydroxyde de sodium et de l'éthanol a montré une baisse de l'efficacité du colorant azoïque sélectionné bleu basique 3 jusqu'à 79 %. Le composite ternaire préparé s'est avéré efficace dans l'élimination du colorant sélectionné. L'élimination d'autres polluants représente l'une des utilisations futures possibles de l'adsorbant préparé, mais d'autres expériences sont nécessaires.

Las nanopartículas de Pd–Ni soportadas en carbón activado (Pd–Ni/AC) se prepararon utilizando un método de transferencia de fase. El propósito de sintetizar compuestos ternarios fue mejorar el área de superficie de las nanopartículas de Pd–Ni sintetizadas, ya que tienen un área de superficie baja. El compuesto resultante se caracterizó por microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD) y espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (edX) para investigar su morfología superficial, tamaño de partícula, porcentaje de cristalinidad y composición elemental, respectivamente. Los datos de XRD y el análisis de edX revelaron la presencia de aleaciones de Pd–Ni impregnadas en el AC. Se utilizó Pd–Ni/AC como adsorbente para la eliminación del colorante azoico azul básico 3 de un medio acuoso. Se utilizaron modelos cinéticos e isotermos para calcular los parámetros de adsorción. El modelo cinético más adecuado entre los modelos aplicados fue el modelo de pseudo-segundo orden, que confirma las características de quimisorción del proceso, y el modelo isotermo más adecuado fue el modelo de Langmuir, con una capacidad de adsorción máxima de 333 mg/g a 333 K. Se optimizaron diferentes parámetros experimentales, como la dosis de adsorbente, el pH, la temperatura y el tiempo de contacto. Los parámetros óptimos alcanzados fueron: un pH de 12, temperatura de 333 K, dosis de adsorbente de 0.01 g y tiempo de contacto óptimo de 30 min. Además, los parámetros termodinámicos de adsorción, como la energía libre de Gibbs (ΔG°), la entalpía (ΔH°) y la entropía (ΔS°), mostraron que los procesos de adsorción son exotérmicos con valores de ΔH° iguales a -6.206 kJ/mol y espontáneos con valores de ΔG° de -13.297, -13.780 y -14.264 kJ/mol, respectivamente, a 293, 313 y 333 K. Un aumento en el cambio de entropía (ΔS°) con un valor de 0.0242 kJ/mol K, indicó el desorden mejorado en una interfaz de solución sólida durante el proceso de adsorción. El reciclaje del adsorbente durante seis ciclos con hidróxido de sodio y etanol mostró una disminución en la eficiencia del colorante azoico seleccionado azul básico 3 hasta un 79%. El material compuesto ternario preparado se encontró eficaz en la eliminación del colorante seleccionado. La eliminación de otros contaminantes representa uno de los posibles usos futuros del adsorbente preparado, pero se requieren más experimentos.

Pd–Ni nanoparticles supported on activated carbon (Pd–Ni/AC) were prepared using a phase transfer method. The purpose of synthesizing ternary composites was to enhance the surface area of synthesized Pd–Ni nanoparticles, as they have a low surface area. The resulting composite was characterized by scanning electronic microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) for investigating its surface morphology, particle size, percentage of crystallinity and elemental composition, respectively. The XRD data and EDX analysis revealed the presence of Pd–Ni alloys impregnated on the AC. Pd–Ni/AC was used as an adsorbent for the removal of the azo dye basic blue 3 from an aqueous medium. Kinetic and isotherm models were used to calculate the adsorption parameters. The most suitable kinetic model amongst the applied models was the pseudo-second-order model, confirming the chemisorption characteristics of the process, and the most suitable isotherm model was the Langmuir model, with a maximum adsorption capacity of 333 mg/g at 333 K. Different experimental parameters, such as the adsorbent dosage, pH, temperature and contact time, were optimized. The optimum parameters reached were: a pH of 12, temperature of 333 K, adsorbent dosage of 0.01 g and optimum contact time of 30 min. Moreover, the thermodynamics parameters of adsorption, such as Gibbs free energy (ΔG°), enthalpy (ΔH°) and entropy (ΔS°), showed the adsorption processes being exothermic with values of ΔH° equal to −6.206 kJ/mol and being spontaneous with ΔG° values of −13.297, −13.780 and −14.264 kJ/mol, respectively at 293, 313 and 333 K. An increase in entropy change (ΔS°) with a value of 0.0242 kJ/mol K, indicated the enhanced disorder at a solid–solution interface during the adsorption process. Recycling the adsorbent for six cycles with sodium hydroxide and ethanol showed a decline in the efficiency of the selected azo dye basic blue 3 up to 79%. The prepared ternary composite was found effective in the removal of the selected dye. The removal of other pollutants represents one of the possible future uses of the prepared adsorbent, but further experiments are required.

تم تحضير جسيمات Pd - Ni النانوية المدعومة بالكربون المنشط (Pd - Ni/AC) باستخدام طريقة نقل الطور. كان الغرض من تصنيع المركبات الثلاثية هو تعزيز مساحة سطح جسيمات Pd - Ni النانوية المركبة، حيث أن مساحة سطحها منخفضة. تميزت المادة المركبة الناتجة بمسح المجهر الإلكتروني (SEM)، حيود الأشعة السينية (XRD) ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) لفحص التشكل السطحي، وحجم الجسيمات، والنسبة المئوية للتبلور والتكوين العنصري، على التوالي. كشفت بيانات XRD وتحليل EDX عن وجود سبائك Pd - Ni المشربة على AC. تم استخدام Pd - Ni/AC كممتز لإزالة صبغة الآزو الزرقاء الأساسية 3 من وسط مائي. تم استخدام النماذج الحركية ومتساوية الحرارة لحساب معلمات الامتزاز. كان النموذج الحركي الأكثر ملاءمة بين النماذج المطبقة هو النموذج الزائف من الدرجة الثانية، مما يؤكد خصائص الامتزاز الكيميائي للعملية، وكان نموذج التساوي الحراري الأكثر ملاءمة هو نموذج Langmuir، بسعة امتزاز قصوى تبلغ 333 مجم/جم عند 333 كلفن. تم تحسين المعلمات التجريبية المختلفة، مثل الجرعة الممتزة، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة وزمن التلامس. كانت المعلمات المثلى التي تم التوصل إليها هي: درجة الحموضة 12، ودرجة الحرارة 333 كلفن، والجرعة الممتزة 0.01 جم ووقت التلامس الأمثل 30 دقيقة. علاوة على ذلك، أظهرت معلمات الديناميكا الحرارية للامتزاز، مثل طاقة جيبس الحرة (ΔG°)، والمحتوى الحراري (ΔH°) والإنتروبيا (ΔS°)، أن عمليات الامتزاز طاردة للحرارة بقيم ΔH° تساوي − 6.206 كيلو جول/مول وتكون عفوية بقيم ΔG° من − 13.297 و − 13.780 و − 14.264 كيلو جول/مول، على التوالي عند 293 و 313 و 333 كلفن. أشارت الزيادة في تغير الإنتروبيا (ΔS°) بقيمة 0.0242 كيلو جول/مول ك، إلى الاضطراب المعزز عند واجهة محلول صلب أثناء عملية الامتزاز. أظهرت إعادة تدوير المادة الممتزة لمدة ست دورات مع هيدروكسيد الصوديوم والإيثانول انخفاضًا في كفاءة صبغة الآزو المختارة الزرقاء الأساسية 3 بنسبة تصل إلى 79 ٪. تم العثور على المادة المركبة الثلاثية المحضرة فعالة في إزالة الصبغة المختارة. تمثل إزالة الملوثات الأخرى أحد الاستخدامات المستقبلية المحتملة للمادة الممتزة المحضرة، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التجارب.

Keywords

Composite material, Ternary operation, Activated carbon, Materials Science, Chemisorption, Nano-composites, Analytical Chemistry (journal), Nanoparticle, Chemical engineering, Engineering, Enthalpy, FOS: Chemical sciences, Langmuir adsorption model, Aqueous solution, Nanotechnology, Crystallinity, FOS: Chemical engineering, Water Science and Technology, Chromatography, FOS: Nanotechnology, Physics, Organic Chemistry, Adsorption of Water Contaminants, Catalytic Reduction of Nitro Compounds, Computer science, Materials science, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Programming language, Nuclear chemistry, Chemistry, Physical chemistry, Environmental Science, Physical Sciences, Thermodynamics, Plasmonic Nanoparticles: Synthesis, Properties, and Applications, Adsorption, Gibbs free energy

  • BIP!
    Impact byBIP!
    citations
    This is an alternative to the "Influence" indicator, which also reflects the overall/total impact of an article in the research community at large, based on the underlying citation network (diachronically).
    0
    popularity
    This indicator reflects the "current" impact/attention (the "hype") of an article in the research community at large, based on the underlying citation network.
    Average
    influence
    This indicator reflects the overall/total impact of an article in the research community at large, based on the underlying citation network (diachronically).
    Average
    impulse
    This indicator reflects the initial momentum of an article directly after its publication, based on the underlying citation network.
    Average
Powered by OpenAIRE graph
Found an issue? Give us feedback
citations
This is an alternative to the "Influence" indicator, which also reflects the overall/total impact of an article in the research community at large, based on the underlying citation network (diachronically).
BIP!Citations provided by BIP!
popularity
This indicator reflects the "current" impact/attention (the "hype") of an article in the research community at large, based on the underlying citation network.
BIP!Popularity provided by BIP!
influence
This indicator reflects the overall/total impact of an article in the research community at large, based on the underlying citation network (diachronically).
BIP!Influence provided by BIP!
impulse
This indicator reflects the initial momentum of an article directly after its publication, based on the underlying citation network.
BIP!Impulse provided by BIP!
0
Average
Average
Average
Related to Research communities
Energy Research