Preparation and Characterization of Red Mud-Based Geopolymer Composited with Rice Husk Ash for the Adsorption of Bromocresol Green in Aqueous Solution

Abstract

Промислові відходи на основі геополімерів у формі червоного шламу (ЧШ) були успішно отримані в присутності різної кількості золи рисового лушпиння (ЗРЛ). Під час приготування варіювали кількість доданої в геополімерну композицію ЗРЛ від 10 до 50 % за масового співвідношення розчину в'яжучої речовини (Na2SiO3) і активованого розчину лужного металу (NaOH 7 M) 2,5, а умови затвердіння фіксували за 333 К протягом 24 год. Для характеристики оцінювали морфологію поверхні за допомогою сканувального електронного мікроскопа (SEM), оснащеного енергодисперсійною рентгенівською камерою, яка виявляла розподіл елементів до і після геополімеризації. Для встановлення утворення геополімеру використовували інфрачервону спектроскопію з Фур'є-перетворенням (FT-IR). Вплив кількості ЗРЛ на величину питомої площі поверхні за методом Брунауера-Еммета-Теллера (БЕТ) і розмір пор за методом Барретта-Джойнера-Галенди (BJH) отриманих геополімерів визначали за допомогою приладу для адсорбції газоподібного азоту. В адсорбції бромкрезолового зеленого (БЗ), яку проводили за рН 2, вищий вміст ЗРЛ у складі геополімеру збільшував адсорбційну здатність протягом 180 хвилин. Крім того, поведінка адсорбції змішаного геополімеру щодо БЗ добре узгоджується з моделлю Ленгмюра, вказуючи на те, що адсорбція відбувається на однорідній моношаровій поверхні геополімеру. З цього дослідження випливає, що ЗРЛ може бути природним потенційним наповнювачем для покращення поглинання БЗ геополімером на основі ЧШ в очищенні стічних вод.

Geopolymer-based industrial waste as red mud (RM) was successfully obtained in the presence of different loadings of rice husk ash (RHA). During the preparation, the added amounts of RHA in the geopolymer composition were varied from 10 to 50 % when the mass ratio of binder solution (Na2SiO3) and activated alkali-metal solution (NaOH 7 M) were 2.5 and the curing condition was fixed at 333 K within 24 h. For characterization, the surface morphology was evaluated by scanning electron microscope (SEM) equipped with the energy-dispersive X-ray, which detected the distribution of elements before and after the geopolymerization. To indicate the formation of geopolymer, Fourier–transform infrared spectroscopy (FT-IR) was used. The effect of the loading amounts of RHA on the Brunauer–Emmett Teller (BET) surface area value and Barrett–Joyner–Halenda (BJH) pore size of the obtained geopolymers were determined using a nitrogen gas adsorption instrument. In the bromocresol-green (BG) adsorption performed at pH 2, the higher addition of RHA in the geopolymer composition enhanced the adsorption capacities within 180 minutes. In addition, the adsorption behavior of the mixed geopolymer to BG fits well the Langmuir model, indicating that the adsorption occurs on the homogeneous monolayer surface of geopolymer. From this study, the RHA could be a natural potential filler to improve the BG-uptake of RM-based geopolymer in wastewater treatment.