Biosynthesis of MgFe2O4 Nanoparticles Using Plant Extract for Efficient Lead and Mercury Removal from Water: Adsorption Isotherms, Kinetics, Regeneration Performance and DFT Studies

吸附 Mercury(编程语言) 动力学 化学 纳米颗粒 化学工程 环境化学 核化学 无机化学 材料科学 物理化学 纳米技术 物理 量子力学 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Sofia Kerouad,Fatiha Atmani,Mohammed-Amine Edaala,Issam Forsal,Wissal Kotmani,Meriem Kasbaji,Mohamed Mbarki,Aziz Hasib
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c04087
摘要

Heavy metal contamination in water poses severe environmental and health challenges, creating an urgent need for sustainable remediation strategies. In this study, magnesium ferrite (MgFe2O4) nanoparticles were biosynthesized using natural plant extracts and explored as bioadsorbents for the removal of Pb2+ and Hg2+ from wastewater. The nanoparticles were thoroughly characterized by SEM, FTIR, and XRD, confirming the formation of well-defined spinel structures (∼3.77 nm) and the presence of hydroxyl and cyano groups as active adsorption sites. Batch adsorption experiments demonstrated high removal efficiencies, with maximum capacities of 94.85 mg/g for Pb2+ and 97.37 mg/g for Hg2+, best described by the Langmuir isotherm. Kinetic analysis indicated pseudo-second-order behavior, suggesting chemisorption-driven mechanisms. Complementary DFT calculations revealed strong electronic interactions between the metal ions and the MgFe2O4 surface, supporting the experimental findings. Additionally, the nanoparticles retained their adsorption performance over five reuse cycles, highlighting their stability and cost-effectiveness. These results position biosynthesized MgFe2O4 nanoparticles as promising, sustainable materials for heavy metal remediation in water treatment applications.
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