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N/O-Rich Porous Carbon Adsorbent from Coffee-Residue toward Ni(II) Removal from Surface Water
Journal of Water Chemistry and Technology ( IF 0.6 ) Pub Date : 2022-08-25 , DOI: 10.3103/s1063455x22040117
Padma Seragadam, Pendyala J.S. Lakshmi, Pothina Naveen, P. V. Rajeswari

Abstract

N/O-rich porous carbon adsorbent was synthesized from coffee powder residue collected from the nearby cafeteria using pyrolysis at 200°C. The adsorbents were used for Ni adsorption using synthetic Ni-incorporated water. The structural, morphological, surface chemistry information of the sample was extracted using various characterization techniques. The two peaks at 23.3° and 41.1° in the X-ray diffraction pattern confirm the graphitic nature of carbon, whereas the third peak at 12.1° reveals the co-existence of certain graphitic oxide in the sample. The IR spectrum indicates the presence of N-containing (NH) functional groups on the virgin sample. A shift of band positions corresponding to NH and OH vibrations indicates adsorbed Ni(II) interaction with the sample. Experiment optimization of input variables by one factor at a time model was used to optimize three experimental parameters: solution pH, initial Ni(II) concentration (IC), and adsorbent dosage for higher Ni(II) removal and optimum time using Response surface methodology. The adsorption studies of the adsorbent toward Ni(II) removal from aqueous solution were performed using response surface methodology by optimizing adsorption parameters. According to the analysis of variance, a lack of fit of 1.38 is estimated, which validates the model very well. Analysis of variance techniques was used for experimental validation. The maximum removal efficiency of 97.6% is achieved at pH 7 for initial concentration 5.5 mg/L and adsorbent weight 0.2 g in 50 mL solution for 52 min. pHzpc of the sample was determined as 7 in agreement with the experiment confirming thereby the optimum pH for Ni(II) adsorption. Adsorption data were well fitted to Langmuir adsorption isotherm indicating a homogeneous monolayer adsorption of Ni(II) on the sample. The hydroxyl and amine functional groups on the sorbent form Ni complex via coordinate bonding with Ni(II). For Ni(II) content <9 mg/L, the adsorbent dosage and contact time can be optimized for a removal efficiency of 90–100%.



中文翻译:

咖啡渣中富含 N/O 的多孔碳吸附剂对地表水中 Ni(II) 的去除

摘要

使用从附近自助餐厅收集的咖啡粉残渣在 200°C 下热解合成富含 N/O 的多孔碳吸附剂。吸附剂用于使用合成的掺镍水吸附镍。使用各种表征技术提取样品的结构、形态、表面化学信息。X 射线衍射图中 23.3° 和 41.1° 的两个峰证实了碳的石墨性质,而 12.1° 的第三个峰揭示了样品中某些氧化石墨的共存。IR 光谱表明原始样品上存在含 N (NH) 官能团。对应于 NH 和 OH 振动的带位置的移动表明吸附的 Ni(II) 与样品相互作用。通过一次一个因素对输入变量的实验优化模型用于优化三个实验参数:溶液 pH 值、初始 Ni(II) 浓度 (IC) 和吸附剂用量,用于更高的 Ni(II) 去除率和使用响应面法的最佳时间. 使用响应面法通过优化吸附参数进行吸附剂对从水溶液中去除 Ni(II) 的吸附研究。根据方差分析,估计失拟为 1.38,很好地验证了模型。方差分析技术用于实验验证。在初始浓度为 5.5 mg/L 和吸附剂重量为 0.2 g 的 50 mL 溶液中 52 分钟时,在 pH 7 下实现了 97.6% 的最大去除效率。酸碱度 初始 Ni(II) 浓度 (IC) 和吸附剂用量,用于更高的 Ni(II) 去除率和使用响应面法的最佳时间。使用响应面法通过优化吸附参数进行吸附剂对从水溶液中去除 Ni(II) 的吸附研究。根据方差分析,估计失拟为 1.38,很好地验证了模型。方差分析技术用于实验验证。在初始浓度为 5.5 mg/L 和吸附剂重量为 0.2 g 的 50 mL 溶液中 52 分钟时,在 pH 7 下实现了 97.6% 的最大去除效率。酸碱度 初始 Ni(II) 浓度 (IC) 和吸附剂用量,用于更高的 Ni(II) 去除率和使用响应面法的最佳时间。使用响应面法通过优化吸附参数进行吸附剂对从水溶液中去除 Ni(II) 的吸附研究。根据方差分析,估计失拟为 1.38,很好地验证了模型。方差分析技术用于实验验证。在初始浓度为 5.5 mg/L 和吸附剂重量为 0.2 g 的 50 mL 溶液中 52 分钟时,在 pH 7 下实现了 97.6% 的最大去除效率。酸碱度 使用响应面法通过优化吸附参数进行吸附剂对从水溶液中去除 Ni(II) 的吸附研究。根据方差分析,估计失拟为 1.38,很好地验证了模型。方差分析技术用于实验验证。在初始浓度为 5.5 mg/L 和吸附剂重量为 0.2 g 的 50 mL 溶液中 52 分钟时,在 pH 7 下实现了 97.6% 的最大去除效率。酸碱度 使用响应面法通过优化吸附参数进行吸附剂对从水溶液中去除 Ni(II) 的吸附研究。根据方差分析,估计失拟为 1.38,很好地验证了模型。方差分析技术用于实验验证。在初始浓度为 5.5 mg/L 和吸附剂重量为 0.2 g 的 50 mL 溶液中 52 分钟时,在 pH 7 下实现了 97.6% 的最大去除效率。酸碱度 5 mg/L 和吸附剂重量 0.2 g 在 50 mL 溶液中 52 分钟。酸碱度 5 mg/L 和吸附剂重量 0.2 g 在 50 mL 溶液中 52 分钟。酸碱度样品的zpc被确定为 7,与实验一致,从而证实了 Ni(II) 吸附的最佳 pH 值。吸附数据很好地符合 Langmuir 吸附等温线,表明 Ni(II) 在样品上的均匀单层吸附。吸附剂上的羟基和胺官能团通过与 Ni(II) 配位键合形成 Ni 络合物。对于 Ni(II) 含量 <9 mg/L,可以优化吸附剂用量和接触时间,以实现 90-100% 的去除效率。

更新日期:2022-08-25
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