Adsorption of Dyes in Aqueous Solution by Novel Biomass Waste Materials

Abstract

The purpose of this study is to find suitable biomass adsorption materials to meet the high efficiency and characteristic adsorption of dyes. We conducted the research by using two different dyes, Reactive Red 120 (RR120) and Methylene Blue (MB). In addition, we have studied the adsorption process and mechanism by means of various characterization methods and theoretical models. The adsorbents eggshell membrane (ESM) and Radix Angelicae Dahuricae (Baizhi, BZ) residue in this study were investigated for their adsorption behavior and mechanism of dyes in aqueous solution. Optimization of factors like impregnation ratio, contact time, effect of pH and temperature on the adsorption were conducted. The optimization results showed the highest adsorption capacity of adsorbents and detailed adsorption behavior. The adsorbents were also characterized by SEM (Scanning Electron Microscopy), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), Brunauer-Emmett-Teller (BET) and Elemental analysis. The proposed interaction is thus explained according to the analyzed data. Based on experimental results, it is reckoned that determining driving force in the adsorption of Reactive Red 120 by eggshell membrane is electrostatic attraction. And in terms of the BZ samples, after the ring opening under alkaline conditions, the coumarin could produce cis-o-coumaric acid as the strong electron-donating structure which reacted with the strong electron acceptor MB molecule to produce the charge transfer complex and enhanced adsorption. The remarkable adsorption capacity of our samples compared to various materials in reference as well as the high resorption rate indicated them as potential adsorbent materials.;연구의 목적은 수용액 속의 염료를 고효율로 흡착시키는 특성을 가진 적절한 바이오 매스 흡착제를 찾는 것이다. 이를 위해 염료로 Reactive Red 120 (RR120)과 Methylene Blue (MB)를 사용하여 연구를 수행하였다. 또한 다양한 특성화 방법과 이론적 모델을 통해 흡착 과정과 메커니즘을 연구하였다. 연구에서는 흡착제로 Eggshell Membrane (ESM)과 Radix Angelicae Dahuricae (Baizhi, BZ)를 사용하였고, 각각의 경우에 대해 흡착 거동과 수용액에서의 염료의 흡착 메커니즘에 대해 연구를 수행하였다. 흡착에 대한 함침 비, 접촉 시간, pH 및 온도 인자들의 영향을 최적화시켰다. 최적화 결과를 활용하여 흡착제의 최대 흡착 능력과 상세한 흡착 거동을 알 수 있었다. 흡착제는 SEM (Scanning Electron Microscopy), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), Brunauer-Emmett-Teller (BET) 및 원소 분석으로도 분석하였다. 흡착에 대해 제안 된 상호 작용은 분석 된 데이터로 잘 설명되었다. 실험 결과를 바탕으로, ESM에 의한 Reactive Red 120의 흡착력을 결정하는 것은 정전기 인력이라고 판단된다. 그리고 BZ 샘플의 경우, 알칼리 조건에서 고리가 열린 후, 쿠마린은 강한 전자 - 수용체 MB 분자와 반응하여 전하 이동 착체를 생성하고 강화 된 전자 - 공여 구조로서 cis-o-coumaric acid를 생성 할 수 있었다. 다양한 다른 흡착제에 비해 본 연구에서 사용한 흡착제는 높은 흡착 속도뿐만 아니라 뛰어난 흡착 능력이 있기 때문에 유망한 흡착제로 판단된다.