Abstract

This work evaluates the potential of using eggshells as biosorbents for the removal of copper (II) ions from aqueous solutions. Two types of eggshells were investigated; untreated raw eggshells (ES) and eggshells that were mechanically ball-milled into the nano-size (NES). TEM imaging confirmed the nano-size of NES which lies in the range of 12–14.8 nm, while BET analysis showed that both types of eggshells are mesoporous and that the surface area of NES is 1.6 times higher than its ES counterpart. FTIR spectra, XRD patterns, and SEM-EDX measurements indicated that there are no structural differences between ES and NES. Optimum adsorption took place at pH 5 and initial Cu (II) concentration of 20 mg/L for both ES and NES where removal efficiencies of 91.36% and 97.21% were achieved, respectively. Although both biosorbents exhibited comparable adsorption capacities, yet the rate of adsorption of Cu (II) onto NES was 17 times higher than its counterpart onto ES probably due to the larger surface area of NES. It could be hypothesized that the mechanism of interaction took place via electrostatic outer-sphere complexation between the positively-charged Cu ions and the negatively-charged ES or NES as zeta potential measurements indicated. Additionally, ES and NES were regenerated for four cycles. From this study, it can thus be deduced that both ES and NES could be potentially utilized as eco-friendly adsorbents for the removal of copper ions from contaminated water. However, NES provides an additional advantage over ES since it offers much rapid removal of Cu (II) while possessing the same adsorption capacity of ES.

摘要

这项工作评估了使用蛋壳作为生物吸附剂从水溶液中去除铜 (II) 离子的潜力。研究了两种类型的蛋壳；未经处理的生蛋壳 (ES) 和机械球磨成纳米尺寸 (NES) 的蛋壳。TEM 成像证实了 NES 的纳米尺寸在 12-14.8 nm 范围内，而 BET 分析表明两种类型的蛋壳都是中孔的，NES 的表面积是 ES 对应物的 1.6 倍。FTIR 光谱、XRD 图案和 SEM-EDX 测量表明 ES 和 NES 之间没有结构差异。对于 ES 和 NES，最佳吸附发生在 pH 5 和初始 Cu (II) 浓度为 20 mg/L 时，去除效率分别为 91.36% 和 97.21%。尽管两种生物吸附剂都表现出相当的吸附能力，但铜 (II) 在 NES 上的吸附率是其在 ES 上的 17 倍，这可能是由于 NES 的表面积较大。可以假设相互作用的机制是通过带正电的 Cu 离子和带负电的 ES 或 NES 之间的静电外球络合发生的，如 zeta 电位测量所示。此外，ES 和 NES 被再生了四个周期。因此，从这项研究中可以推断，ES 和 NES 都可以潜在地用作环保吸附剂，用于从受污染的水中去除铜离子。然而，NES 提供了优于 ES 的额外优势，因为它可以快速去除 Cu (II)，同时具有与 ES 相同的吸附能力。然而，Cu (II) 在 NES 上的吸附率比其在 ES 上的吸附率高 17 倍，这可能是由于 NES 的表面积较大。可以假设相互作用的机制是通过带正电的 Cu 离子和带负电的 ES 或 NES 之间的静电外球络合发生的，如 zeta 电位测量所示。此外，ES 和 NES 被再生了四个周期。因此，从这项研究中可以推断，ES 和 NES 都可以潜在地用作环保吸附剂，用于从受污染的水中去除铜离子。然而，NES 提供了优于 ES 的额外优势，因为它可以快速去除 Cu (II)，同时具有与 ES 相同的吸附能力。然而，Cu (II) 在 NES 上的吸附率比其在 ES 上的吸附率高 17 倍，这可能是由于 NES 的表面积较大。可以假设相互作用的机制是通过带正电的 Cu 离子和带负电的 ES 或 NES 之间的静电外球络合发生的，如 zeta 电位测量所示。此外，ES 和 NES 被再生了四个周期。因此，从这项研究中可以推断，ES 和 NES 都可以潜在地用作环保吸附剂，用于从受污染的水中去除铜离子。然而，NES 提供了优于 ES 的额外优势，因为它可以快速去除 Cu (II)，同时具有与 ES 相同的吸附能力。