Kinetics and mechanism of adsorption of methylene blue dye by crushed sunflower biomass


Cite item

Full Text

Abstract

objectives: to study the kinetics and mechanism of dye adsorption by cellulose raw materials. Methods. As a sorbent, waste from crop production was used – ground sunflower stalks, initial and modified with 10% NaOH alkali, with a particle size from 1 to 2 mm. Methylene blue dye was selected as an adsorbate by preliminary tests. Adsorption isotherms were constructed to determine the maximum sorption capacity. Kinetic models of sorption of the pseudo-first and pseudo-second order are constructed. In order to determine the mechanism of the process, thermodynamic constants were determined: sorption energy (E), Gibbs energy (ΔG) and Bio coefficient (Bi). Results. The maximum sorption capacity of the crushed biomass of sunflower stalks in relation to the dye is 0.52 mmol/g for the alkali-modified material, which is 48% higher than the initial content (0.35 mmol/g). Thus, the SP(NaOH) material showed improved sorption properties, and it was selected for further kinetic studies. The sorption energy is 5.82 kJ/mol, which may indicate physical adsorption. The Gibbs energy is -6.3742 kJ/mol, less than zero, which indicates the spontaneity of this process. The adsorption equilibrium for the MG dye occurs after 120 minutes, the kinetic curve has a smooth character. The Bio coefficient is 1.812, therefore, the adsorption process is limited by mixed diffusion. Conclusions. The analysis of the data obtained made it possible to determine the Bio coefficient reflecting the course of MG adsorption by a mixed–diffusion mechanism over the entire time range of adsorption. This indicates the complex character of the MG adsorption process and confirms the importance of taking into account various factors influencing this process when developing methods for cleaning aquatic environments from organic pollutants.

About the authors

E. I Evtushenko

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

E. V Loktionova

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

I. G Shaikhiev

Kazan National Research Technological University

Zh. A Sapronova

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

References

  1. Mailler R. et al. Removal of emerging micropollutants from wastewater by activated carbon adsorption: Experimental study of different activated carbons and factors influencing the adsorption of micropollutants in wastewater // Journal of environmental chemical engineering. 2016. Vol. 4. № 1. P. 1102– 1109.
  2. Shaikhiev I.G., Kraysman N.V., Sverguzova S.V. et al. Fish scales as a biosorbent of pollutants from wastewaters and natural waters (A literature review) // Biointerface Research in Applied Chemistry. 2020. Vol. 10. No. 6. P. 6893 – 6905. doi: 10.33263/BRIAC106.68936905
  3. Sverguzova S.V., Sapronova Zh.A., Shaikhiev I.G. et al. Use of Waste Paper Recycling as a Sorption Material for Methylene Blue Dye Removal from Model Solutions // Russian Journal of General Chemistry. 2023. Vol. 93. No. 12. P. 3258 – 3263. doi: 10.1134/s1070363223120277
  4. Белый В.А., Свергузова С.В., Шайхиев И.Г. и др. Извлечение красителя метиленовый голубой из растворов биомассой опилок платана // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2023. Т. 66. № 5. С. 139 – 145. doi: 10.6060/ivkkt.20236605.6757
  5. Свергузова С.В., Шайхиев И.Г., Сапронова Ж.А. и др. Сорбционная активность зоокомпоста по отношению к ионам меди Cu(II) // Сорбционные и хроматографические процессы. 2023. Т. 23. № 6. С. 1051 – 1059. doi: 10.17308/sorpchrom.2023.23/11866
  6. Свергузова С.В., Бомба И.В., Воронина Ю.С. Очистка маслосодержащих эмульсий листовым опадом вишни и рябины // Chemical Bulletin. 2018. Т. 1. № 4. С. 4 – 10.
  7. Shaikhiev I.G., Sverguzova S.V., Shaikhieva K.I., Deberdeev T.R. Using Rye (Secale Cereale) Processing Wastes as Sorption Materials for Removing Pollutants from Aquatic Environments // Polymer Science, Series D. 2023. Vol. 16. No. 3. P. 651 – 656. doi: 10.1134/s1995421223030346
  8. Шайхиев И.Г., Свергузова С.В., Шайхиева К.И. и др. Использование кожуры мандаринов в качестве сорбционных материалов для удаления загрязняющих веществ из водных сред // Химия растительного сырья. 2023. № 1. С. 61 – 75. doi: 10.14258/jcprm.20230111931
  9. Sverguzova S.V., Gafarov R.R., Zubkova O.S. et al. Changes in the Physicochemical and Sorption Properties of Bleaching Clay in the Course of Thermal Treatment // Colloid Journal. 2024. Vol. 86. No. 4. P. 571 – 579. doi: 10.1134/S1061933X24600490
  10. Шайхиев И.Г., Свергузова С.В., Гафаров Р.Р., Сапронова Ж.А. Рациональное использование отхода маслоэкстракционного производства – отработанной отбельной глины // Экология и промышленность России. 2024. Т. 28. № 7. С. 14 – 19. doi: 10.18412/1816-0395-2024-7-14-19
  11. Ким О.К., Волкова Л.Д., Закарина Н.А. Пилларированные алюминием и железом слоистые алюмосиликаты в процессах очистки водных растворов от хрома (III) //Башкирский химический журнал. 2011. Т. 18. № 3. С. 62 – 65.
  12. Бельчинская Л.И. и др. Влияние солевой модификации на адсорбционные характеристики кислотноактивированных монтмориллонита и каолинита // Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81. № 6. С. 926 – 930.
  13. Кирюшина Н.Ю., Тарасова Г.И., Свергузова С.В. Шлаковые отходы в водоочистке // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. ВГ Шухова. 2010. № 4. С. 140 – 145.
  14. Svergusova S.V., Sapronova Z.A., Svyatchenko A.V. et al. Iron-Containing Modeled Waste as Raw Material for Coagulant Receiving // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Russky Island, 04-06 марта 2019 года. Vol. 272, 3. Russky Island: Institute of Physics Publishing, 2019. P. 032007. doi: 10.1088/1755-1315/272/3/032007
  15. Старостина И.В., Кирюшина Н.Ю., Локтионова Е.В., Матушкина А.В. Получение железокремниевого флокулянта-коагулянта из отхода металлургического производства и его применение в процессе очистки эмульгированных сточных вод // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 7. С. 20 – 25. doi: 10.18412/1816-0395-2022-7-20-25
  16. Лукашевич О.Д., Усова Н.Т. Сорбент из железистого шлама для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. № 1. С. 148 – 159.
  17. Николаева Л.А. и др. Способы утилизации отработанного сорбента нефтепродуктов на основе шлама химводоочистки Казанской ТЭЦ-1 // Экология и промышленность России. 2014. № 7. С. 18 – 20.
  18. Loktionova Е.V., Maltseva Е.K., Sysa V.I. Theusageof expanded clay gravel production waste for oily wastewaters purification. 10 декабря 2021 года, 2021. P. 151 – 156.
  19. Loktionova Е.V., Sysa О.K., Loktionov V.А. Extraction of methylene blue coloring agent from model solutions with a plant-origin sorbent // Journal of Physics: Conference Series, Belgorod, 09-10 марта 2021 года. Vol. 1926. Belgorod: IOP Publishing Ltd, 2021. P. 012018. doi: 10.1088/1742-6596/1926/1/012018
  20. Свергузова С.В., Сапронова Ж.А., Локтионова Е.В. и др. Использование растительного сорбента для извлечения красителя конго красный из модельных растворов // Chemical Bulletin. 2021. Т. 4. № 1. С. 44 – 55.
  21. Cакалова Г.В., Свергузова С.В., Мальованый М.С. Эффективность очистки сточных вод гальванического производства адсорбционным методом // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. № 4. С. 153 – 156.
  22. Пальтиель Л.Р., Зенин Г.С., Волынец Н.Ф. Коллоидная химия: учебное пособие, СЗГУ, СПб, 2004. 68 с.
  23. Галимова Р.З., Шайхиев И.Г., Свергузова С.В. Обработка результатов исследования процессов адсорбции с использованием программного обеспечения Microsoft Excel. 2017.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).