Sintesis yang mudah dari nanokomposit magnetik yang difungsikan permukaan untuk adsorpsi selektif pewarna kationik yang efektif

Abstrak

Penyerap nano magnetik baru, Fe₃ modified yang dimodifikasi polikatekhol O₄ nanopartikel magnetik (Fe₃ O₄ /PCC MNPs) dibuat dengan metode kopresipitasi kimia yang mudah menggunakan garam besi dan larutan katekol sebagai prekursor. Biaya₃ O₄ /PCC MNPs memiliki permukaan bermuatan negatif dengan gugus yang mengandung oksigen dan menunjukkan kapasitas adsorpsi yang kuat dan tingkat adsorpsi yang cepat untuk menghilangkan pewarna kationik dalam air. Kapasitas adsorpsi metilen biru (MB), kationik biru kehijauan GB (GB), hijau perunggu (MG), kristal violet (CV) dan merah muda kation FG (FG) adalah 60,06 mg g^− 1 , 70,97 mg g^− 1 , 66,84 mg g^− 1 , 66,01 mg g^− 1 dan 50,27 mg g^− 1 , masing-masing. Mekanisme adsorpsi diusulkan melalui analisis isoterm adsorpsi dan kinetika adsorpsi zat warna kationik pada Fe₃ O₄ /PCC MNP. Selain itu, pewarna kationik yang teradsorpsi pada MNP sebagai fungsi waktu kontak, nilai pH, suhu, ion kationik yang hidup bersama, dan kekuatan ion juga diselidiki. Hasil ini menunjukkan bahwa Fe₃ O₄ /PCC MNPs menjanjikan untuk digunakan sebagai adsorben magnetik untuk adsorpsi selektif pewarna kationik dalam pengolahan air limbah.

Latar Belakang

Limbah anorganik dan organik yang dihasilkan oleh aktivitas manusia telah mengakibatkan tingginya volume air tercemar yang mengancam kesehatan manusia dan organisme hidup lainnya [1]. Pencemaran air adalah salah satu masalah lingkungan yang paling serius saat ini, yang menghambat perkembangan masyarakat manusia [2, 3]. Secara khusus, polutan pewarna telah menarik perhatian luas dari masyarakat karena visibilitas yang tinggi dan dampak toksik pada organisme biologis dan ekologi [4]. Pewarna organik telah banyak digunakan di berbagai cabang seperti tekstil, kertas, percetakan, fotografi warna, industri farmasi, kulit, kosmetik, plastik dan industri lainnya, yang selama ini menjadi sumber utama air limbah industri [5]. Jumlah air limbah pewarna sangat besar, umumnya, volume air limbah yang dibuang dari setiap langkah operasi tekstil kira-kira pada tingkat tinggi antara 40 L/kg dan 65 L/kg produk [6]. Selain itu, pewarna adalah zat non-biodegradable yang tetap stabil dalam kondisi yang berbeda karena asal sintetis dan struktur aromatik yang kompleks [7]. Oleh karena itu, perlu untuk memilih metode yang tepat untuk menghilangkan pewarna dari air limbah sebelum dibuang ke lingkungan.

Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai teknik telah digunakan untuk mengolah air limbah pewarna termasuk degradasi fotokatalitik [8], koagulasi [9], proses elektrokimia [10], oksidasi kimia [11], filtrasi membran [12], pengolahan biologis [13] dan adsorpsi [14]. Di antara teknik pengolahan air limbah pewarna ini, adsorpsi telah banyak digunakan karena kemudahannya, efisiensi tinggi dan ekonominya [15, 16]. Banyak adsorben seperti karbon aktif, kaolin, tanah liat montmorillonit, lumpur merah limbah, tanah penuh dan tanah liat yang dibakar telah dilaporkan untuk menghilangkan warna air limbah [17, 18]. Khususnya, nanopartikel magnetik (MNPs) telah menarik perhatian yang cukup besar sebagai bahan adsorben untuk pewarna organik dan logam berat, karena sifat magnetiknya yang unik, biaya rendah, biokompatibel, mudah disintesis, mudah didaur ulang, terutama ekonomis dan ramah lingkungan [19]. Beberapa metode telah dikembangkan untuk mensintesis Fe magnetik₃ O₄ nanopartikel, termasuk i) kopresipitasi larutan berair besi dan besi dengan adanya basa [20]; ii) dekomposisi termal kompleks besi [21]; iii) pendekatan sonokimia [22].

Karena energi permukaannya yang tinggi dan interaksi magnetik intrinsiknya, agregasi Fe₃ . yang mudah O₄ MNP akan mengurangi rasio permukaan/volume dan stabilitas dispersi dalam larutan berair [23]. Stabilisator seperti surfaktan, pendukung, oksida atau senyawa polimer telah digunakan untuk memodifikasi Fe₃ O₄ MNP untuk meningkatkan stabilitasnya dan meningkatkan dispersinya. Zhang dkk. sintesis magnetik Fe₃ O₄ /C inti nanopartikel kulit dan digunakan sebagai penyerap melakukan kapasitas adsorpsi yang baik untuk menghilangkan pewarna [24]. Wang dkk. siap Fe₃ O₄ nanopartikel dengan cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) asisten untuk adsorpsi penghapusan congo red (CR) dan methylene blue (MB) [25]. Selanjutnya, kapasitas adsorpsi Fe telanjang₃ O₄ MNP tidak cukup kuat.

Untuk meningkatkan sifat adsorpsi, fungsionalisasi permukaan Fe₃ O₄ MNP telah dipelajari. Zhang dkk. modifikasi Fe₃ O₄ MNPs dengan 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) dan glisin (Gly), nanokomposit magnetik sangat baik bisa menghilangkan pewarna anionik dan kationik di lingkungan yang parah (sangat asam atau basa kuat) [26]. Selain itu, adsorpsi selektif dapat sangat ditingkatkan untuk pengayaan polutan karena pengenalan sejumlah besar situs aktif. Pourjavadi dkk. melaporkan nanokomposit magnetik baru yang difungsikan dari poli (metilakrilat) untuk menghilangkan pewarna anionik secara efisien dari media berair [27]. Polikatekhol, yang dihasilkan dari polimerisasi katekol yang dikatalisis oleh Fe(III) [28,29,30], telah dimanfaatkan dalam modifikasi permukaan sebagai perekat dan pelapis pada berbagai bahan organik dan anorganik karena sifat termal dan strukturalnya yang unik. , dan kemampuan untuk membentuk kompleks yang stabil dengan oksida logam [31, 32]. Artinya Fe₃ O₄ MNP yang dimodifikasi dengan polikatekhol akan sangat meningkatkan kemampuan adsorpsi Fe₃ O₄ MNP. Namun belum ada laporan tentang Fe₃ modified O₄ MNP sejauh ini sebagai penyerap untuk menghilangkan pewarna.

Dalam karya ini, polycatechol memodifikasi Fe₃ O₄ MNP (Fe₃ O₄ /PCC MNPs) dibuat dengan metode kopresipitasi yang mudah dan digunakan sebagai adsorben untuk menghilangkan pewarna. Absorben dikarakterisasi menggunakan magnetic hysteresis loops, analisis termogravimetri dan teknik analisis potensial zeta. Lima jenis pewarna kationik, termasuk biru metilen (MB), biru pirus kationik GB (GB), hijau perunggu (MG), kristal violet (CV) dan merah muda kation FG (FG), dipilih sebagai senyawa model untuk mengekspos adsorpsi. perilaku Fe₃ O₄ /PCC MNP. Kinetika adsorpsi, analisis isoterm dan pengaruh kondisi eksperimen yang berbeda pada penghilangan pewarna kationik juga diselidiki.

Metode

Materi

Besi klorida (FeCl₃ ·6H₂ O), besi sulfat (FeSO₄ ·7H₂ O), amonium hidroksida (NH₃ ·H₂ O, 25%), MB, GB, MG, CV, FG, Orange , Fuchsin, methyl orange (MO) dan katekol diperoleh dari Chuandong Chemical Inc., Chengdu, Sichuan, China. Semua bahan kimia adalah kelas analitis dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut dan semua larutan dan suspensi disiapkan dengan air deionisasi. Struktur lima pewarna kationik, termasuk MB, GB, MG, CV dan FG, ditunjukkan pada Gambar. 1.

Struktur molekul dari (a ) MB (b ) GB (c ) MG (d ) CV (e ) FG. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 1, struktur lima jenis pewarna kationik dijelaskan

Preparat dan karakterisasi Fe₃ O₄ /PCC MNP

Biaya₃ O₄ /PCC MNP dibuat dengan metode kopresipitasi kimia yang mudah menggunakan garam besi dan katekol sebagai prekursor [23]. Seluruh proses sintesis dilakukan pada atmosfer ambien. Singkatnya, FeCl₃ ·6H₂ O (10 mmol) dan FeSO₄ ·7H₂ O (5 mmol) dilarutkan ke dalam 75 mL air deionisasi, kemudian dicampur dengan 75 mL katekol (20 mm) secukupnya. Ketika katekol dicampur dengan larutan besi (pH 2,87), polimerisasi katekol dikatalisis oleh Fe³⁺ terbentuk polikatekhol yang berupa endapan kasar berwarna hitam [30]. Secara bersamaan, Fe³⁺ ion secara kimia diadsorpsi pada polikatekhol melalui kompleksasi dan berfungsi sebagai prekursor nukleasi. Campuran didiamkan selama 30 menit dan kemudian ditambahkan ke dalam 100 mL amonium hidroksida (3,3 M) dengan cepat, didiamkan selama 120 menit di bawah pengadukan yang kuat. Nanopartikel magnetik in situ tumbuh membentuk agregasi pada permukaan rantai polikatekhol. Pasangan Fe₃ O₄ Rantai /PCC bergabung satu sama lain dengan erat membentuk Fe₃ O₄ /PCC MNP. Seluruh proses sintesis dilakukan di atmosfer ambien, tanpa atmosfer pelindung. Nanopartikel magnetik hitam dipisahkan dengan magnet luar dan dicuci dengan air deionisasi sampai pH netral dan dikeringkan dalam oven vakum pada suhu 50 °C selama 24 jam. Biaya₃ O₄ MNP disintesis dengan prosedur yang sama seperti yang disebutkan di atas tanpa menambahkan katekol. Semua produk disimpan dalam desikator di bawah suhu sekitar untuk eksperimen lebih lanjut.

Sifat magnetik diukur pada suhu kamar pada sistem pengukuran sifat magnetik (MPMS XL-7, Quantum Design, America). Analisis termogravimetri (TGA) dilakukan untuk sampel bubuk menggunakan penganalisis termogravimetri (TGA) TGA/DSC 1 (Mettler-Toledo, Swiss) di bawah N₂ lingkungan dengan laju pemanasan 5 °C min^− 1 . Potensi zeta dari suspensi katalis pada pH yang berbeda ditentukan oleh Malvern 3000 Zetasizer.

Eksperimen adsorpsi batch

Eksperimen isoterm sorbsi dilakukan dengan mengocok 25 mg Fe₃ O₄ /PCC MNPs dalam larutan 25 mL dengan berbagai adsorbat, dengan konsentrasi awal adsorbat bervariasi dari 0,02 mM hingga 0,4 mM. Campuran dikocok terus menerus pada shaker pada 180 rpm di bawah suhu terkontrol 30 °C hingga mencapai kesetimbangan. Penyesuaian pH larutan menggunakan 1,0 M H₂ JADI₄ atau larutan NaOH 1,0 M. Setelah adsorpsi, adsorben dipisahkan dari larutan di bawah magnet, dan kemudian cairan supernatan diukur pada absorbansi maksimum masing-masing pewarna dengan spektrofotometer UV-vis.

Selanjutnya, kinetika adsorpsi dari proses dipelajari. 100 mg Fe₃ O₄ /PCC MNP disuspensikan ke dalam 100 mL 0,1 mM larutan adsorbat, lalu dikocok pada 180 rpm pada pH 6,0 dan 30 °C. Pada interval waktu yang berbeda, 0,5 mL sampel suspensi diambil dan segera dipisahkan oleh magnet eksternal dan cairan supernatan dikumpulkan untuk dianalisis.

Pengaruh nilai pH dan suhu pada adsorpsi pewarna kationik juga dipelajari. Eksperimen adsorpsi batch tipikal dilakukan sebagai berikut:50,0 mg Fe₃ O₄ /PCC MNPs didispersikan dalam 50,0 mL larutan pewarna kationik, kemudian dikocok dengan shaker dengan kecepatan 180 rpm.

Semua percobaan adsorpsi dilakukan dalam rangkap dua. Kapasitas adsorpsi setiap zat warna dalam sistem adsorpsi, q_e , dihitung menurut Persamaan. (1):

$$ {q}_e=\left({C}_i-{C}_e\right)\ V/{M}_s $$ (1)

Dimana q _e (mg g^− 1 ) adalah kapasitas adsorpsi, C _e (mM) adalah konsentrasi kesetimbangan dalam fase air, Ci (mM) adalah konsentrasi fase air awal, V (L) adalah volume larutan dan M _s (g) adalah massa adsorben padat.

Hasil dan diskusi

Karakterisasi Fe₃ O₄ /PCC MNP

Gambar 2a menunjukkan loop histeresis magnetik yang ditentukan pada suhu kamar untuk Fe₃ O₄ dan Fe₃ O₄ /PCC MNP. Nilai magnetisasi saturasi Fe₃ O₄ /PCC MNP adalah 53,5 emu g^− 1 , lebih tinggi dari Fe₃ O₄ (49.6 emu g^− 1 ), menunjukkan bahwa mereka dapat dengan mudah dipisahkan oleh medan magnet eksternal [33]. Ukuran partikel, fenomena spin canting, efek ukuran, dan lain-lain, berhubungan dengan magnetisasi saturasi nanopartikel ferit [34]. Modifikasi polycatechol membuat Fe₃ O₄ /PCC MNPs jauh lebih tinggi dalam kristalisasi, dan lebih kecil dalam ukuran partikel dari Fe₃ O₄ MNP, yang dapat menghasilkan magnetisasi saturasi Fe₃ . yang lebih tinggi O₄ /PCC MNP dari Fe₃ O₄ MNP. Selanjutnya, magnetisasi saturasi yang lebih tinggi dari Fe₃ . yang disiapkan O₄ / PCC MNP juga dapat dikaitkan dengan efek permukaan, kadang-kadang disebut "permukaan mati". Permukaan mati dikaitkan dengan gangguan putaran permukaan [35].

a Perilaku magnetisasi Fe₃ O₄ MNP dan Fe₃ O₄ /PCC MNPs pada suhu kamar. b Kurva termogravimetri (TGA) Fe₃ O₄ MNP dan Fe₃ O₄ /PCC MNP. c potensi zeta Fe₃ O₄ / nanopartikel magnetik PCC. Pada Gambar 2, garis kosong mewakili sifat Fe₃ O₄ MNP, dan garis merah atas nama properti Fe₃ O₄ /PCC MNP

Perilaku termal Fe₃ O₄ dan Fe₃ O₄ /PCC MNPs diselidiki lebih lanjut dengan analisis termogravimetri (TGA) (Gbr. 2b). Untuk kurva TGA Fe₃ O₄ MNPs, penurunan berat badan (6,5%) di bawah 150 °C disebabkan oleh hilangnya air yang teradsorpsi secara fisik. Untuk kurva Fe₃ O₄ /PCC MNPs, penurunan berat badan (5,2%) di bawah 150 °C disebabkan oleh hilangnya air yang teradsorpsi secara fisik, penurunan berat badan (9,4%) dari 150 °C menjadi 400 °C dianggap berasal dari hilangnya fungsi yang mengandung oksigen. kelompok, penurunan berat (6,8%) dari 400 °C menjadi 800 °C terutama disebabkan oleh pembakaran karbon, dan sedikit penambahan berat (2,3%) lebih dari 800 °C disebabkan oleh oksidasi Fe₃ O₄ ke γ-Fe₂ O₃ [36]. Fe₃ O₄ /PCC MNP menunjukkan stabilitas termal yang lebih rendah daripada Fe₃ O₄ , karena modifikasi dari polycatechol [37].

Gambar 2c menunjukkan potensi zeta dari Fe₃ O₄ dan Fe₃ O₄ /PCC suspensi pada berbagai nilai pH. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2c, titik isoelektrik Fe₃ O₄ adalah 4.2, sedangkan permukaan Fe₃ O₄ /PCC MNPs memiliki muatan negatif pada kisaran pH 3,0-10,0, yang mungkin disebabkan oleh elektronegativitas gugus hidroksil fenolik dalam polikatekol. Selain itu, kerapatan muatan permukaan Fe₃ O₄ /PCC MNP meningkat seiring dengan peningkatan pH dari 3,0 menjadi 10,0. Muatan negatif Fe₃ O₄ /PCC MNPs juga mencegah partikel nano dari aglomerasi.

Adsorpsi selektif Fe₃ O₄ /PCC MNP

Sifat adsorpsi Fe₃ O₄ /PCC MNPs terhadap pewarna kationik, pewarna anionik dan fenol dari larutan berair diselidiki secara rinci. Gambar 3 menunjukkan efisiensi penyisihan MB sebagai jenis pewarna kationik, MO sebagai jenis pewarna anionik dan fenol yang teradsorpsi ke Fe₃ O₄ /PCC MNP. Diamati bahwa efisiensi penghapusan MB adalah 75,7%. Namun, efisiensi penyisihan MO hanya 10,9%, dan efisiensi penyisihan fenol hanya 1,5%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Fe₃ O₄ /PCC MNPs secara selektif menyerap pewarna kationik, karena interaksi elektrostatik (Gbr. 2c).

Efisiensi penghilangan MB, MO, dan telepon yang diserap oleh Fe₃ O₄ /PCC MNP. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 3, garis kosong mewakili efisiensi penghapusan MB, garis merah mewakili penghapusan MO, dan garis biru mewakili penghapusan phonel

Kinetika adsorpsi pewarna kationik

Kinetika adsorpsi lima zat warna kationik pada Fe₃ O₄ /PCC MNP dipelajari menggunakan dua model kinetik, yaitu model orde pertama semu dan model orde kedua semu (Gbr. 3). Dalam model kinetika orde satu semu, konstanta laju adsorpsi zat warna dinyatakan sebagai [38]:

$$ Ln\left({q}_e-{q}_t\right)=\mathit{\ln}\left({q}_e\right)\hbox{--} {k}_1\ t $$ ( 2)

dimana q _e dan q _t adalah jumlah zat warna yang teradsorpsi (mg g^− 1 ) pada kesetimbangan dan setiap saat t (min), masing-masing, dan k ₁ adalah konstanta laju adsorpsi orde pertama semu (min^− 1 ).

Model kinetika orde dua semu dijelaskan dengan rumus [39]:

$$ t/{q}_t=1/{k}_{ad}\ {q_e}^2+ 1/{q}_e $$ (3)

Dimana q _e dan q _t berturut-turut adalah jumlah zat warna yang teradsorpsi pada kesetimbangan dan waktu t (mg g^− 1 ); dan k _iklan adalah konstanta laju orde dua semu untuk proses adsorpsi (mg g^− 1 min^− 1 ). Nilai parameter untuk setiap model dihitung dari metode kuadrat terkecil linier dan koefisien korelasi disajikan pada Tabel 1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua kinetika adsorpsi kelima pewarna kationik ini pada Fe₃ O₄ /PCC MNPs dapat dideskripsikan dengan baik oleh model kinetika orde dua semu dengan koefisien korelasi yang tinggi (R² > 0.997) dan konstanta laju (k _iklan ) dihitung menjadi 0,043, 0,047, 0,051, 0,057, 0,052 g mg^− 1 mL^− 1 , masing-masing sesuai dengan MB, GB, MG, CV dan FG (Gbr. 4 dan Tabel 1). Selain itu, kapasitas adsorpsi MB pada Fe₃ O₄ /PCC MNP meningkat secara signifikan, dibandingkan dengan Fe₃ O₄ MNP (File tambahan 1:Gambar S1). Alasan utamanya adalah gaya tarik elektrostatik antara muatan positif pewarna kationik dan muatan negatif Fe₃ O₄ /PCC MNP.

Adsorpsi zat warna kationik pada Fe₃ O₄ /PCC MNP (a ) kinetika orde dua semu (b ) kinetika orde pertama semu. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 4, garis kosong mewakili adsorpsi MB, garis merah mewakili adsorpsi GB, garis biru mewakili adsorpsi MG, magenta mewakili adsorpsi CV, dan zaitun mewakili adsorpsi dari FG

Isoterm adsorpsi pewarna kationik yang berbeda

Isoterm adsorpsi memainkan peran penting dalam mengevaluasi sifat adsorpsi Fe₃ O₄ /PCC MNP [40]. Untuk menggambarkan proses adsorpsi secara menyeluruh, digunakan dua persamaan isoterm yang terkenal, persamaan Langmuir dan Freundlich (Persamaan (4) dan (5)), [41].

Persamaan Langmuir:

$$ {C}_e/{q}_e={C}_e/{q}_m+ 1/{K}_L\ {q}_m $$ (4)

dimana q _e (mg g^− 1 ) adalah kapasitas adsorpsi kesetimbangan zat warna pada adsorben; C _e (mg L^− 1 ) adalah konsentrasi zat warna kesetimbangan dalam larutan; q _m (mg g^− 1 ), kapasitas maksimum adsorben; dan K _L (L mg^− 1 ), konstanta Langmuir.

Persamaan Freundlich:

$$ {q}_e={K}_F\ {C_e}^{1/n} $$ (5)

Dimana q _e dan C _e didefinisikan sama seperti di atas; K _B (L mg^− 1 ) adalah konstanta Freundlich; dan n adalah faktor heterogenitas.

Gambar 5 menunjukkan isoterm adsorpsi zat warna kationik pada Fe₃ O₄ /PCC MNP. Hasil penelitian menunjukkan bahwa adsorpsi kelima pewarna kationik semuanya lebih cocok dengan persamaan Langmuir dibandingkan dengan persamaan Freundlich menurut koefisien korelasi. Kapasitas adsorpsi maksimum (q _m ) untuk pewarna ini dikerjakan dengan persamaan Langmuir yang tercantum dalam Tabel 2. q _m untuk pewarna kationik:MB, GB, MG, CV dan FG adalah 60,06, 70,97, 66,84, 66,01 dan 50,27 mg g^− 1 , masing-masing. Model Langmuir yang dipasang mengasumsikan bahwa polutan tunggal terikat pada satu situs pada adsorben dan bahwa semua situs permukaan pada adsorben memiliki afinitas yang sama terhadap polutan dan tidak ada interaksi antara polutan [42].

a Isoterm adsorpsi zat warna kationik pada Fe₃ O₄ /PCC MNP (b ) Langmuir dan (c ) Model isoterm adsorpsi Freundlich untuk zat warna organik dengan Fe₃ O₄ /PCC MNP. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 5, garis kosong mewakili adsorpsi MB, garis merah mewakili adsorpsi GB, garis biru mewakili adsorpsi MG, garis magenta mewakili adsorpsi CV, dan garis zaitun mewakili adsorpsi FG

Pengaruh suhu terhadap adsorpsi zat warna kationik

Pengaruh suhu pada adsorpsi pewarna kationik ditunjukkan pada Gambar 6. Seperti dapat dilihat, efisiensi penyisihan MB meningkat dengan meningkatnya suhu (30–45 °C), dan mencapai hingga 84% pada 45 °C , yang menunjukkan bahwa adsorpsi MB pada Fe₃ O₄ /PCC adalah proses endotermik. Sementara efisiensi penyisihan GB dan CV menurun dengan meningkatnya suhu, menunjukkan reaksi eksotermik untuk adsorpsi GB dan CV, yang menunjukkan proses penyerapan terutama adsorpsi fisik. Selanjutnya, suhu reaksi memiliki sedikit pengaruh pada adsorpsi WG dan FG. Pengaruh suhu reaksi terhadap adsorpsi lima zat warna kationik berbeda, terutama karena perbedaan struktur zat warna dan lubang MNP. Ketika lubang MNP terlalu kecil untuk masuk, molekul adsorbat harus melewati penghalang tinggi untuk masuk ke lubang. Karena lubangnya kecil dan difusi terhalang, proses adsorpsi lebih tidak stabil, menghasilkan energi yang lebih tinggi dan prosesnya endotermik. Jika tidak, prosesnya eksotermik.

Pengaruh suhu terhadap adsorpsi zat warna kationik pada Fe₃ O₄ /PCC MNP. Seperti ditunjukkan pada Gambar 6, garis kosong menunjukkan bahwa suhu adalah 30 °C, garis merah menunjukkan suhu 40 °C, dan garis biru menunjukkan suhu 45 °C

Pengaruh pH terhadap adsorpsi zat warna kationik

PH larutan berair merupakan faktor penting yang mempengaruhi proses adsorpsi zat warna, karena mempengaruhi muatan permukaan adsorben dan perilaku ionisasi baik adsorben maupun pewarna [43]. Pengaruh pH pada penghilangan zat warna kationik dipelajari pada konsentrasi zat warna 0,1 mM pada 30 °C dan pada nilai pH dari 3,0 hingga 9,0. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7, efisiensi penghilangan pewarna kationik meningkat dengan meningkatnya nilai pH. Karena Fe₃ O₄ /PCC MNPs memiliki muatan negatif, dan kerapatan muatan permukaannya meningkat dengan pH yang lebih tinggi (Gbr. 2c), pewarna kationik diadsorpsi pada Fe₃ O₄ /PCC MNPs melalui gaya tarik elektrostatik antara muatan positif molekul pewarna kationik dan muatan negatif Fe₃ O₄ /PCC MNP. Saat pH meningkat, gaya tarik elektrostatik antara permukaan Fe₃ . yang bermuatan negatif O₄ /PCC komposit dan molekul pewarna kationik meningkat, mengakibatkan peningkatan kapasitas adsorpsi pewarna kationik. Oleh karena itu, peningkatan pH membantu penghilangan pewarna kationik oleh Fe₃ O₄ /PCC MNP.

Pengaruh pH awal terhadap penyisihan zat warna kationik pada Fe₃ O₄ /PCC MNPs suhunya adalah 30°C. Seperti ditunjukkan pada Gambar 7, garis kosong menunjukkan bahwa pH larutan adalah 3,0, garis merah menunjukkan bahwa pH larutan adalah 6,0, dan garis biru menunjukkan bahwa pH larutan adalah 9,0

Pengaruh kation yang hidup berdampingan pada adsorpsi MB

Limbah pewarna selalu mengandung berbagai macam ion yang hidup berdampingan, yang mungkin mempengaruhi proses adsorpsi pewarna [4]. Dalam penelitian ini, tiga garam yang umumnya hidup berdampingan, NaCl, MgSO₄ dan FeCl₃ dipilih untuk mempelajari pengaruh kation yang hidup berdampingan dan kekuatan ionnya pada adsorpsi MB ke Fe₃ O₄ /PCC MNPs dengan hasil yang disajikan pada Gambar. 8. Seperti dapat dilihat, Na⁺ , Mg²⁺ dan Fe³⁺ semua adsorpsi MB ditekan karena kompetisi adsorpsi antara kation dan MB pada situs adsorpsi Fe₃ O₄ /PCC MNP. Selain itu, efisiensi penghapusan MB menurun dari 63% menjadi 20% dengan Fe³⁺ konsentrasi meningkat dari 0,1 mM menjadi 0,5 mM. Adsorpsi kompetitif seperti itu secara luas dilaporkan dalam literatur [44]. Hasil selanjutnya mengkonfirmasi adsorpsi elektrostatik MB pada Fe₃ O₄ /PCC MNP.

Pengaruh kation dan kekuatan ion yang hidup berdampingan pada adsorpsi MB pada Fe₃ O₄ /PCC MNP. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8, garis kosong menunjukkan adsorpsi MB tanpa ion yang hidup berdampingan, garis merah menunjukkan efek pada adsorpsi MB dengan 10 mM NaCl, garis biru menunjukkan efek pada adsorpsi MB dengan 50 mM NaCl, magenta garis mewakili efek pada adsorpsi MB dengan 10 mM MgSO₄ , garis zaitun menunjukkan efek pada adsorpsi MB dengan 50 mM MgSO₄ , garis navy mewakili efek pada adsorpsi MB dengan 0,1 mM FeCl₃ , garis ungu menunjukkan efek pada adsorpsi MB dengan 0,2 mM FeCl₃ , garis ungu menunjukkan efek pada adsorpsi MB dengan 0,1 mM FeCl₃

Daur ulang adsorben

Setelah adsorpsi, Fe₃ O₄ /PCC MNPs dapat diregenerasi dengan desorpsi etanol pada pH 4,0 selama 12 jam dan dicuci dengan air deionisasi hingga kondisi netral. Fe₃ O₄ /PCC MNP dapat diregenerasi dan digunakan kembali selama lima kali. Gambar 9 menunjukkan kinerja adsorpsi Fe₃ . yang diregenerasi O₄ /PCC MNPs untuk pewarna kationik. Efisiensi penghilangan zat warna kationik menurun secara bertahap selama siklus adsorpsi-desorpsi pertama hingga siklus kelima. Pada siklus keenam, efisiensi penyisihan MB, GB, MG, CV dan FG menurun drastis masing-masing menjadi 27%, 23%, 37%, 43% dan 39%. Khususnya, kehadiran nanopartikel magnetik memfasilitasi pemisahan dan pemulihan adsorben. Hal ini menunjukkan bahwa Fe₃ O₄ /PCC MNPs memiliki kelayakan ekonomi tertentu.

Histogram efisiensi penyisihan zat warna kationik dengan Fe₃ O₄ /Adsorpsi MNP PCC ([Fe₃ O₄ /PCC] = 1.0 g L^− 1 , [pewarna]₀ = 0,1 mM, pH 6.0, t = 300 mnt)

Kesimpulan

Kesimpulannya, nano-adsorben magnetik baru (Fe₃ O₄ /PCC MNPs) berhasil disiapkan dengan situs adsorpsi aktif untuk menghilangkan pewarna kationik dari larutan berair. Pengenalan polikatekhol dalam struktur Fe₃ O₄ /PCC MNPs melakukan keuntungan luar biasa, termasuk mencegah nanopartikel dari aglomerasi dan meningkatkan perilaku adsorpsi MNPs. Interaksi elektrostatik ditemukan menjadi kekuatan utama dari perilaku adsorpsi untuk pewarna kationik. Proses adsorpsi dijelaskan dengan baik oleh kinetika orde kedua semu dan model isoterm Langmuir. Hasilnya menunjukkan bahwa Fe₃ O₄ /PCC MNPs menunjukkan aplikasi potensial untuk menghilangkan pewarna kationik dalam limbah industri.