Nonlinear Kinetics and Isotherm Modeling of Rhodamine B Adsorption onto Al 2 O 3 Decorated Laponite

材料科学 吸附 动力学 化学工程 非线性系统 吸附等温线 纳米颗粒 罗丹明B 化学 热力学
作者
Lütfi Erden,İlyas Deveci,Hanife Erden
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:11 (12): 18805-18813 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsomega.5c09190
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide The present study investigates the adsorption of Rhodamine B (RhB), a persistent cationic dye, onto Al 2 O 3 -decorated Laponite synthesized via a two-step modification process. In this method, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) was utilized to modify the Laponite surface, effectively preventing the gelation tendency of pristine Laponite and enhancing surface functionality. The characterization analyses yielded a BET surface area of 237.1 m 2 /g for the modified sample, in comparison to 319.0 m 2 /g for the unmodified Laponite. This was accompanied by an increase in mesopore volume (0.218 cm 3 /g vs 0.165 cm 3 /g). Experiments designed to optimize adsorption processes were conducted utilizing a Central Composite Design (CCD). The experimental outcomes demonstrated that under conditions deemed optimal (C 0 ≈ 50 mg/L, dosage ≈ 30 mg, contact time ≈ 100 min), the maximum attainable removal efficiency for Rhodamine B (RhB) exceeded 92%. Kinetic analysis indicated that the Elovich model provided the most suitable fit (R 2 = 0.994), thus confirming the heterogeneous and chemisorptive nature of the process. Among the isotherm models that were examined, the Toth model demonstrated the most optimal fit (q max = 169.7 mg/g; R 2 = 0.993), with the Sips and Redlich–Peterson models following closely behind, surpassing the performance of the Langmuir model (q max = 156.9 mg/g; R 2 = 0.991). Thermodynamic analysis revealed an endothermic adsorption process (ΔH = +11.16 kJ/mol), a positive entropy change (ΔS = +24.1 J/mol·K), and a range of ΔG values between +3.5 and +4.0 kJ/mol, suggesting a spontaneous tendency at higher temperatures. The findings of this study demonstrate that CTAB/Al 2 O 3 -modified Laponite is a highly effective adsorbent for the removal of RhB from wastewater.
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