Synthesis and characterization of lamellar-structured materials and biomass-derived activated carbon: Experimental and theoretical investigation

Abstract

: In this study, a series of 15 adsorbent materials based on halloysite, polyaniline, alginate, biochar, montmorillonite and layered double hydroxides materials were synthesized and systematically investigated. The prepared adsorbents were characterized by BET, FTIR, ATG/DTA, SEM, TEM, and XRD analyses to elucidate their structural and physicochemical properties. Their adsorption performance toward methylene blue (MB) and methyl orange (MO) was evaluated under different operating conditions (pH, temperature, initial concentration, and adsorbent dosage), which were further optimized using design of experiments and artificial intelligence approaches. The results showed that composite and encapsulated materials exhibited higher MB adsorption efficiency than their powdered counterparts, while organophilic montmorillonite significantly improved MO removal. While the different LDHs materials showed the best uptake for MO removal. Molecular dynamics simulations confirmed that adsorption is spontaneous and mainly governed by weak physical interactions, including van der Waals forces, hydrogen bonding, and π–π interactions.

Description

. في هذه الدراسة، تم تحضير سلسلة مكوّنة من خمسة عشر مادة ممتزة قائمة على الهالويزيت، والبوليانيلين، والألجينات، والبيوشار، والمونتموريلونيت، ومواد الهيدروكسيدات المزدوجة الطبقية، ودُرست بشكل منهجي. وقد تم تحليل هذه المواد باستخدام تقنيات تحليل مساحة السطح النوعية وتوزيع المسام بطريقة ادمصاص النيتروجين، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، والتحليل الحراري الوزني ، والمجهر الإلكتروني الماسح، ، وحيود الأشعة السينية، وذلك بهدف تحديد خصائصها البنيوية والفيزيائية-الكيميائية. كما تم تقييم أدائها في ادمصاص كلٍّ من أزرق الميثيلين والبرتقالي الميثيلي تحت ظروف تشغيل مختلفة، وأظهرت النتائج أن المواد المركبة والمغلفة تتمتع بكفاءة أعلى في ادمصاص أزرق الميثيلين مقارنةً بنظيراتها المسحوقة، في حين ساهمت المونتموريلونيت المعدّلة لتصبح محبةً للمواد العضوية في تحسين إزالة البرتقالي الميثيلي بشكل ملحوظ. كما بيّنت مواد الهيدروكسيدات المزدوجة الطبقية أفضل سعة ادمصاص لإزالة هذا الصباغ.وأكدت محاكاة الديناميكيات الجزيئية أن عملية الادمصاص تلقائية، وتخضع أساسًا لتآثرات فيزيائية ضعيفة، تشمل قوى فان دير فالس، والروابط الهيدروجينية

Citation

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By