Preparation of Biosorbent from Agricultural Wastefor Crystal Violet dye Adsorption in Aqueous Solution

Abstract

In this work, the potential and efficiency of usage corn husks, obtained as an agricultural waste by-product from harvesting, as an affordable biosorbent for the removal of crystal violet (CV) dye, a cationic dye used in dyeing of cotton and wood, from aqueous solution has been studied. Corn husks were prepared under three different concentrations of sulfuric acid treatment (98%, 75%, and 50% by weight) and compared with untreated corn husks as a reference. The surface characteristics of the bio-sorbents were analyzed using scanning electron microscopy (SEM), while their functional groups were investigated through Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR). The study also explored the effects of key parameters, including contact time, initial dye concentration (10–50 mg L-1), and bio-sorbent dosage (0–11.6 g/L), to determine optimal adsorption conditions. The results showed that the adsorption process followed a pseudo-second-order kinetic model with an R² value of 0.999, reaching equilibrium within 120 minutes and the calculated activation energy was 46.45 kJ mol-1. The Langmuir isotherm model best described the adsorption equilibrium data. Thermodynamic analysis revealed that the Gibbs free energy change (∆G°) ranged from -8.45 to - 9.24 kJ mol-1, indicating a spontaneous process. The enthalpy change (∆H°) of 11.14 kJ mol-1 suggested that the adsorption process was exothermic and driven by physical interactions. The functional groups on the corn husks played an important role in binding the crystal violet dye via physical interaction. This research demonstrates that corn husk waste is an effective, low-cost, eco-friendly biological adsorbent, presenting a new sustainable alternative for crystal violet removal in industrial wastewater treatment.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาศักยภาพและประสิทธิภาพของการใช้เปลือกข้าวโพดซึ่งเป็นของเหลือทิ้งทางการเกษตร นำมาเป็นตัวดูดซับชีวภาพ สำหรับการกำจัดสีย้อมคริสตัลไวโอเลต (CV) ซึ่งเป็นสีย้อมประจุบวกที่ใช้ในการย้อมผ้าฝ้าย และเนื้อไม้ ออกจากสารละลายน้ำ เปลือกข้าวโพดผ่านการเตรียมโดยการปรับสภาพด้วยกรดซัลฟิวริกที่แตกต่างกัน 3 ความเข้มข้น (98%, 75% และ 50% โดยน้ำหนัก) และเปรียบเทียบกับเปลือกข้าวโพดที่ไม่ได้ปรับสภาพที่เป็นตัวมาตรฐาน ในงานนี้ได้ศึกษาและวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวตัวดูดซับชีวภาพโดยใช้เทคนิคการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และศึกษาหมู่ฟังก์ชันของตัวดูดซับด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานสฟอร์มอินฟราเรด สเปกโทรสโกปี (FT-IR) นอกจากนี้ ศึกษาผลของเวลาในการสัมผัส ความเข้มข้นเริ่มต้นของสีย้อม (10-50 มิลลิกรัมต่อลิตร) และปริมาณตัวดูดซับชีวภาพ (0-10 กรัมต่อลิตร) ต่อการดูดซับสีย้อมเพื่อหาสภาวะที่เหมาะสม ผลการวิจัยพบว่ากระบวนการดูดซับสอดคล้องกับแบบจำลองจลนพลศาสตร์อันดับสองเสมือน (Pseudo second-order kinetic model) โดยมีค่า R² เท่ากับ 0.999 การดูดซับเข้าสู่สมดุลในเวลา 120 นาที และพลังงานก่อกัมมันต์ที่คำนวณได้คือ 46.45 กิโลจูลต่อโมล นอกจากนี้แบบจำลองไอโซเทอมของแลงเมียร์อธิบายข้อมูลสมดุลการดูดซับได้ดีที่สุด พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของกิบส์ที่สภาวะมาตรฐาน (∆G°) มีค่าอยู่ในช่วง -8.45 ถึง -9.24 kJ mol-1 และ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีที่สภาวะมาตรฐาน (∆H°) มีค่าเท่ากับ 11.14 kJ mol-1 แสดงถึงกระบวนการดูดซับเป็นการดูดซับทางกายภาพที่คายความร้อนซึ่งเกิดขึ้นเองได้ แรงกระทำทางกายภาพระหว่างหมู่ฟังก์ชันในเปลือกข้าวโพดกับสีย้อมคริสตัลไวโอเลตเป็นบทบาทที่สำคัญต่อกระบวนการดูดซับ งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าเปลือกข้าวโพดซึ่งเป็นของเสียจากการเกษตรสามารถใช้เป็นตัวดูดซับชีวภาพที่มีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งเป็นทางเลือกใหม่ที่ยั่งยืนในการกำจัดสีย้อมคริสตัลไวโอเลตในกระบวนการบำบัด น้ำเสียจากอุตสาหกรรมต่อไป