Adsorption of Rhodamine B dye from aqueous solution onto acid treated banana peel: Response surface methodology, kinetics and isotherm studies

• DOI: 10.1371/journal.pone.0216878
• Publication Date: 2019-05-15T17:29:42Z
• Authors: Adeleke Abdulrahm...; Akil Ahmad; Kaizar Hossain; Mohd Rafatullah
• Keywords: Rhodamine B; Organic chemistry; Biochemistry; 01 natural sciences; Industrial and Manufacturing Engineering; Analytical Chemistry; Diffusion; Engineering; Langmuir adsorption model; Aqueous solution; Coloring Agents; Water Science and Technology; Chromatography; Freundlich equation; Physics; Q; R; Adsorption of Water Contaminants; Hydrogen-Ion Concentration; Nuclear chemistry; Chemistry; Langmuir; Physical Sciences; Medicine; Thermodynamics; Research Article; Science; On-line Monitoring of Wastewater Quality; Banana peel; Quantum mechanics; Central composite design; Catalysis; Chemical engineering; Response surface methodology; FOS: Chemical sciences; Photocatalysis; FOS: Chemical engineering; 0105 earth and related environmental sciences; Rhodamines; Musa; Materials science; Kinetics; Models, Chemical; Fruit; Environmental Science; Analysis of Synthetic Food Colorants in Food Products; Adsorption; Acids; Water Pollutants, Chemical

Se ha examinado la adsorción de rodamina B (RhB) utilizando cáscaras de plátano modificadas con ácido. Se observaron las características químicas de los adsorbentes para determinar los grupos funcionales activos. Los principales grupos funcionales en la superficie fueron OH, C = O, C = C y C-O-C. Las interacciones entre los parámetros operativos se estudiaron utilizando el diseño compuesto central (CCD) de la metodología de superficie de respuesta (RSM). Las predicciones del resultado del modelo indicaron que los factores operativos influyeron en las respuestas a un nivel de confianza del 95% (P<0.05). Las condiciones óptimas para la adsorción fueron pH 2 a una dosis de 0.2 g/L dentro de los 60 minutos posteriores al tiempo de contacto. Los estudios de isoterma se llevaron a cabo utilizando las variables de proceso optimizadas. Los datos revelaron que la adsorción de RhB se ajustaba a la ecuación isoterma de Langmuir, mientras que la reducción DE DQO seguía la isoterma de Freundlich. Los experimentos cinéticos se ajustaron al pseudo modelo de segundo orden para la eliminación de RhB y la reducción DE DQO. El mecanismo de adsorción no fue el único paso de control de la velocidad. La difusión a través de la capa límite describió el patrón de adsorción.<br/>تم فحص امتزاز رودامين ب (RhB) باستخدام قشور الموز المعدلة بالحمض. لوحظت الخصائص الكيميائية للمواد الممتزة من أجل تحديد المجموعات الوظيفية النشطة. كانت المجموعات الوظيفية الرئيسية على السطح هي OH و C = O و C = C و C - O - C. تمت دراسة التفاعلات بين المعلمات التشغيلية باستخدام التصميم المركب المركزي (CCD) لمنهجية سطح الاستجابة (RSM). أشارت تنبؤات مخرجات النموذج إلى أن العوامل التشغيلية أثرت على الاستجابات عند مستوى ثقة 95 ٪ (P<0.05). كانت الظروف المثلى للامتزاز هي درجة الحموضة 2 بجرعة 0.2 جم/لتر في غضون 60 دقيقة من وقت التلامس. تم إجراء دراسات التساوي الحراري باستخدام متغيرات العملية المحسنة. كشفت البيانات أن امتزاز RhB يتناسب مع معادلة Langmuir isotherm بينما يتبع انخفاض COD مع معادلة Freundlich isotherm. ركبت التجارب الحركية نموذج الدرجة الثانية الزائفة لإزالة RhB وتقليل COD. لم تكن آلية الامتزاز هي الخطوة الوحيدة للتحكم في المعدل. وصف الانتشار عبر الطبقة الحدودية نمط الامتزاز.<br/>The adsorption of rhodamine B (RhB) using acid modified banana peels has been examined. Chemical characteristics of the adsorbents were observed in order to determine active functional groups. The major functional groups on the surface were OH, C = O, C = C and C-O-C. Interactions between operational parameters were studied using the central composite design (CCD) of response surface methodology (RSM). The predictions of the model output indicated that operational factors influenced responses at a confidence level of 95% (P<0.05). The optimum conditions for adsorption were pH 2 at a 0.2 g/L dose within 60 minutes of contact time. Isotherm studies were carried out using the optimized process variables. The data revealed that RhB adsorption fitted the Langmuir isotherm equation while the reduction of COD followed the Freundlich isotherm. Kinetic experiments fitted the pseudo second order model for RhB removal and COD reduction. The adsorption mechanism was not the only rate controlling step. Diffusion through the boundary layer described the pattern of adsorption.<br/>L'adsorption de la rhodamine B (RhB) à l'aide de pelures de bananes modifiées par un acide a été examinée. Les caractéristiques chimiques des adsorbants ont été observées afin de déterminer les groupes fonctionnels actifs. Les principaux groupes fonctionnels sur la surface étaient OH, C = O, C = C et C-O-C. Les interactions entre les paramètres opérationnels ont été étudiées en utilisant la conception composite centrale (CCD) de la méthodologie de surface de réponse (RSM). Les prédictions de la sortie du modèle ont indiqué que les facteurs opérationnels influençaient les réponses à un niveau de confiance de 95 % (P<0,05). Les conditions optimales d'adsorption étaient le pH 2 à une dose de 0,2 g/L dans les 60 minutes suivant le temps de contact. Des études d'isotherme ont été réalisées en utilisant les variables de processus optimisées. Les données ont révélé que l'adsorption de RhB correspondait à l'équation de l'isotherme de Langmuir tandis que la réduction de la DCO suivait l'isotherme de Freundlich. Les expériences cinétiques ont adapté le pseudo modèle de deuxième ordre pour l'élimination de RhB et LA RÉDUCTION DE LA MORUE. Le mécanisme d'adsorption n'était pas la seule étape de contrôle du débit. La diffusion à travers la couche limite décrit le modèle d'adsorption.<br/>