Adsorptive Removal of Lead(II) Ion and Emamectin Benzoate using Sodium Carbonate and Sodium Bicarbonate Modified Spent Coffee Ground

Abstract

This research was to study the modification of coffee grounds using sodium carbonate (Na2CO3) and sodium bicarbonate (NaHCO3) to adsorb lead (II) ion (Pb2+) and Emamectin benzoate. The objective was to determine the adsorption efficiency of adsorbents and to determine the optimum conditions to use modified coffee grounds (2C-SCG and 2B-SCG) as an adsorbent compared with unmodified coffee grounds (SCG) and used coffee grounds soaked in water (W-SCG) as a control adsorbent. Structural characterization by powder X-ray diffractometer and Fourier-transform Infrared spectroscopy showed that the structure of the four adsorbents consisted of cellulose, hemicellulose, and lignin. The modification using Na2CO3 and NaHCO3 caused bond breaking between cellulose and lignin and forming a functional group which could bind to Pb2+. Adsorption of Pb2+ was one-layer chemical adsorption fitted to Langmuir isotherm and pseudo–second-order kinetic model. The results showed that 2C-SCG had the highest adsorption efficiency with adsorption capacity of 39.66 mg/g at pH 6 and took 360 minutes to absorb. While the adsorption of Emamectin Benzoate was a multilayer physical adsorption fitted to the Freundlich isotherm and pseudo–second-order kinetic model. SCG had the highest adsorption efficiency with an adsorption capacity of 3.80 mg/g at pH 4, where the adsorbents surface was positively charged, and took 360 minutes to absorb. However, the modification of coffee grounds using Na2CO3 and NaHCO3 formed a functional group that could bond with Emamectin benzoate, thereby making the modified coffee grounds was stable to changes in pH and adsorption time.

งานวิจัยนี้ เป็นการศึกษาการดัดแปลงกากกาแฟด้วยโซเดียมคาร์บอเนตและโซเดียมไบคาร์บอเนตเพื่อใช้ดูดซับตะกั่วและอีมาเมกติน เบนโซเอต มีวัตถุประสงค์เพื่อหาประสิทธิภาพการดูดซับและสภาวะที่เหมาะสมต่อการดูดซับของกากกาแฟที่ถูกดัดแปลง (2C-SCG และ 2B-SCG) เปรียบเทียบกับกากกาแฟที่ไม่ถูกดัดแปลง (SCG) โดยมีกากกาแฟที่แช่ในน้ำปราศจากไอออน (W-SCG) เป็นชุดควบคุม การศึกษาลักษณะเชิงโครงสร้างด้วยเครื่องวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์แบบผงและเครื่องฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรด พบว่าโครงสร้างของกากกาแฟทั้ง 4 แบบประกอบด้วยเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนินหลังการดัดแปลงด้วยด่างทำให้พันธะระหว่างเซลลูโลสและลิกนินถูกทำลาย จึงเกิดหมู่ฟังก์ชันที่จับกับไอออนของตะกั่วได้ โดยเกิดการดูดซับทางเคมีแบบชั้นเดียวตามแบบจำลองการดูดซับแลงเมียร์ และจลนพลศาสตร์การดูดซับเป็นไปตามปฏิกิริยาอันดับสองเทียม ซึ่งตัวดูดซับ 2C-SCG สามารถดูดซับตะกั่วได้ดีที่สุด มีความสามารถในการดูดซับ 39.66 มิลลิกรัมต่อกรัม ดูดซับได้ดีที่สุดที่ pH 6 ใช้เวลาในการดูดซับ 360 นาที ขณะที่การดูดซับอีมาเมกติน เบนโซเอตเป็นการดูดซับทางกายภาพแบบหลายชั้นตามแบบจำลองการดูดซับฟรอยด์ลิช จลนพลศาสตร์การดูดซับเป็นไปตามปฏิกิริยาอันดับสองเทียม โดยตัวดูดซับ SCG สามารถดูดซับอีมาเมกติน เบนโซเอตได้ดีที่สุด มีความสามารถในการดูดซับ 3.80 มิลลิกรัมต่อกรัม ดูดซับได้ดีที่สุดที่ pH 4 ซึ่งพื้นผิวตัวดูดซับมีประจุเป็นบวก ใช้เวลาในการดูดซับ 360 นาที อย่างไรก็ตามการดัดแปลงกากกาแฟด้วยด่างทำให้เกิดหมู่ฟังก์ชันที่สามารถสร้างพันธะทางเคมีกับอีมาเมกติน เบนโซเอตได้ จึงทำให้กากกาแฟที่ถูกดัดแปลงมีความเสถียรต่อการเปลี่ยนแปลงค่า pH และเวลาในการดูดซับ