Treatment of wastewater containing cationic dye using ZnS-Modified activated carbon: characterization, adsorption, and kinetic studies.

Abstract

The present study is focused on the adsorption of Rhodamine-B by nanoparticlefunctionalized activated carbon (ZnS-NPs-AC). Activated carbon loaded with zinc sulphide nanoparticles was synthesized by a simple and cost-efficient method. This new material was characterized by FT-IR, XRD and pHzpc. The aim of this study was to evaluate the suitability and effectiveness of activated carbon loaded with zinc sulphide nanoparticles (ZnS-NPs-AC) for Rhodamine B adsorption. The adsorption study was carried out in batch mode and the parameters influencing adsorption, including pH, contact time and adsorbent dose, were optimized. In general, adsorption process parameters have a significant effect on percent removal. Adsorption was studied using three isotherm models, Langmuir, Freundlich and Temkin. The equilibrium data for Rhodamine-B removal follow strongly the Langmuir monolayer adsorption with a high adsorption capacity in a short time. The R2 values were obtained with the Langmuir model is 0.86 for ZnS-NPs-Ac and 0.33 for Merck-AC. The adsorption capacity for ZnS-NPs-AC, qmax, was 86 mg/g at an initial pH of 3.57 and an equilibration time of 90 min at a temperature of 20 °C and an initial dye concentration of 50- 500 mg/L and for Merck-AC is 106 mg/g. The kinetic study showed that Rh-B dye adsorption follows the pseudo-second-order kinetic model and intra particle diffusion. In addition, the adsorption mechanism of RhB-ZnS-NPs-AC is proposed, comprising three steps. The synthesized adsorbent is compared with other adsorbents in the literature, and indicates that the ZnS-NPs-AC nanocomposite used in this study showed good results at high physico-chemical characteristics compared with commercial activated carbon. Keywords: ZnS nanoparticles, activated carbon, Rhodamine-B, Adsorption. Résumé Cette étude se concentre sur l'adsorption de la Rhodamine-B par du charbon actif fonctionnalisé avec des nanoparticules (ZnS-NPs-AC). Le charbon actif chargé de nanoparticules de sulfure de zinc a été synthétisé par une méthode simple et économique. Ce nouveau matériau a été caractérisé par FT-IR, XRD et pHzpc. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'adéquation et l'efficacité du charbon actif chargé de nanoparticules de sulfure de zinc (ZnS-NPs-AC) pour l'adsorption de la Rhodamine B. L'étude d'adsorption a été réalisée en mode discontinu et les paramètres influençant l'adsorption, y compris le pH, le temps de contact et la dose d'adsorbant, ont été optimisés. En général, les paramètres du processus Abstract iv d'adsorption ont un effet significatif sur le pourcentage de suppression. L'adsorption a été étudiée en utilisant trois modèles d'isothermes : Langmuir, Freundlich et Temkin. Les données d'équilibre pour l'élimination de la Rhodamine-B suivent fortement l'adsorption mono moléculaire de Langmuir avec une haute capacité d'adsorption en un court laps de temps. Les valeurs de R² obtenues avec le modèle de Langmuir sont de 0,86 pour ZnS-NPs-AC et de 0,33 pour Merck-AC. La capacité d'adsorption pour ZnS-NPs-AC, qmax, était de 86 mg/g à un pH initial de 3,57 et un temps d'équilibre de 90 min à une température de 20 °C et une concentration initiale de colorant de 50-500 mg/L, et pour Merck-AC, elle est de 106 mg/g. L'étude cinétique a montré que l'adsorption du colorant Rh-B suit le modèle cinétique du pseudo-second ordre et la diffusion intra particulaire. De plus, le mécanisme d'adsorption de RhB-ZnS-NPs-AC est proposé, comprenant trois étapes. L'adsorbant synthétisé est comparé à d'autres adsorbants de la littérature et indique que le nano composite ZnS-NPs-AC utilisé dans cette étude a montré de meilleurs résultats avec des caractéristiques physico-chimiques élevées par rapport au charbon actif commercial. Mots-clés : nanoparticules de ZnS, charbon actif, Rhodamine-B, adsorption. الملخص ركزت هذه الدراسة على امتزاز رودامين- B باستخدام الكربون المنشط المفعّل بجسيمات نانوية من كبريتيد الزنك-ZnS( .(NPsACتم تصنيع الكربون المنشط المحمل بجسيمات نانوية من كبريتيد الزنك بواسطة طريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة. تم تمييز هذه المادة الجديدة باستخدام IR-FT ، XRD ،pHzpc .كان الهدف من هذه الدراسة هو تقييم مالءمة وفعالية الكربون المنشط المحمل بجسيمات نانوية من كبريتيد الزنك (AC-NPs-ZnS (في امتزاز رودامين -B . تم إجراء دراسة االمتزاز في وضع الدفعات وتم تحسين المعايير المؤثرة على االمتزاز، بما في ذلك األس الهيدروجيني، وقت التالمس وجرعة المادة الممتزة. بشكل عام، تؤثر معايير عملية االمتزاز بشكل كبير على نسبة ازإزالة. تم دراسة االمتزاز باستخدام ثالثة نماذج توازن، وهي النجمير، فريندليش وتيمكين. تبعت بيانات التوازن زإزالة رودامين-B بقوة امتزاز أحادي الطبقة 2 لنموذج النجمير مع سعة امتزاز عالية في وقت قصير. كانت قيم R التي تم الحصول عليها مع نموذج النجمير 86.0 لـ غ·ملغ86 =qmax ، ZnS-NPs-ACلـ االمتزاز سعة كانت Merck-AC لـ 0.33وZnS-NPs-AC 1- عند أس هيدروجيني ابتدائي 57,3 ووقت توازن 90 دقيقة عند درجة حرارة 20 درجة مئوية وتركيز ابتدائي للصبغة 50-500 -1 ، وكانت لـ 106 AC-Merck ملغ·غ -1 ملغ·ل . أظهرت الدراسة الحركية أن امتزاز صبغة B-Rh يتبع نموذج الحركية من الدرجة الثانية الزائفة واالنتشار داخل الجزيئات. بازإضافة إلى ذلك، تم اقتراح آلية امتزازAC-NPs-ZnS-RhB ، والتي تتكون من ثالث مراحل. تمت مقارنة المادة الممتزة المصنعة بمواد ممتزة أخرى من األدبيات، وأظهرت أن مركب -ZnS AC-NPs النانوي المستخدم في هذه الدراسة أظهر نتائج أفضل بخصائص فيزيائية كيميائية عالية مقارنة بالكربون المنشط التجاري. الكلمات المفتاحية :جسيمات نانوية منZnS ، كربون منشط، رودامين-B ،امتزاز