Chitosan was modified by gamma radiation-induced grafting with maleic acid and then used for the removal of cobalt ions from aqueous solutions. Chitosan-g-maleic acid was characterized by Fourier Transform infrared spectroscopy (FT-IR). The effect of the dose (1-5 kGy) and monomer concentration (0.3-1.3%, m/v) on the grafting ratio was examined. The adsorption kinetics and isotherms were also investigated. The results showed that the optimal dose for grafting was 2 kGy. When monomer concentration was within the range of 0.3-1.3% (m/v), the grafting ratio increased almost linearly. For the adsorption of cobalt ions by chitosan-g-maleic acid beads, the pseudo second-order kinetic model ($R^2=0.99$) and Temkin isotherm model ($R^2=0.96$) were able to fit the experimental data reasonably well. The equilibrium adsorption capacity of cobalt ions increased from 2.00 mg/g to 2.78 mg/g after chitosan modification.
Carbolic Acid which is called phenol is one of the important starting and/or intermediate materials in various industrial processes. However, its excessive release into environment poses a threat to living organisms, as it is a highly carcinogens and hazardous pollutant even at the very low concentration. Thus removal of phenol from polluted environments is very crucial for sustainable remediation process. We developed a low cost adsorption method for separating phenol from a model aqueous solution. The phenol adsorption was studied using two adsorbents i.e., Amber lite XAD-16 and Amber lite XAD-7 HP with a constant amount of resin 0.1 g at varying aqueous phenol concentrations ($50-200mgL^{-1}$) at room temperature. We compared the efficacy of two phenol adsorbents for removing higher phenol concentrations from the media. We investigated equilibrium and kinetics studies of phenol adsorption employing Freundlich, Temkin and Langmuir isotherms. Amberlite XAD-16 performed better than Amberlite XAD-7 HP in terms of phenol removal efficiency that amounted to 95.52%. Pseudo second order model was highly fitted for both of the adsorption systems. The coefficient of determination ($R^2$) with Langmuir isotherm was found to be 0.98 for Amberlite XAD-7 HP. However, Freundlich isotherm showed $R^2$ value of 0.95 for Amberlite XAD-16, indicating that both isotherms could be described for the isotherms on XAD-7 HP and Amberlite XAD-16, respectively.
We propose an improved solvent contact model to estimate the solvation free energies of amino acids from individual atomic contributions. The modification of the solvation model involves the optimization of three kinds of parameters in the solvation free energy function: atomic fragmental volume, maximum atomic occupancy, and atomic solvation parameters. All of these atomic parameters for 17 atom types are developed by the operation of a standard genetic algorithm in such a way to minimize the difference between experimental and calculated solvation free energies. The present solvation model is able to predict the experimental solvation free energies of amino acids with the squared correlation coefficients of 0.94 and 0.93 for the parameterization with Gaussian and screened Coulomb potential as the envelope functions, respectively. This result indicates that the improved solvent contact model with the newly developed atomic parameters would be a useful tool for the estimation of the molecular solvation free energy of a protein in aqueous solution.
A powder form of aluminum (hydr)oxides is not suitable in wastewater treatment/filtration systems because of low hydraulic conductivity and large sludge production. In this study, aluminum (hydr)oxide-coated sand (AOCS) was used to remove phosphate from aqueous solution. The properties of AOCS were analyzed using a scanning electron microscopy (SEM) combined with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) and an X-ray diffractometer (XRD). Kinetic batch, equilibrium batch, and closed-loop column experiments were performed to examine the adsorption of phosphate to AOCS. The XRD pattern indicated that the powder form of aluminum (hydr)oxides coated on AOCS was similar to a low crystalline boehmite. Kinetic batch experiments demonstrated that P adsorption to AOCS reached equilibrium after 24 h of reaction time. The kinetic sorption data were described well by the pseudo second-order kinetic sorption model, which determined the amount of P adsorbed at equilibrium ($q_e$ = 0.118 mg/g) and the pseudo second-order velocity constant (k = 0.0036 g/mg/h) at initial P concentration of 25 mg/L. The equilibrium batch data were fitted well to the Freundlich isotherm model, which quantified the distribution coefficient ($K_F$ = 0.083 L/g), and the Freundlich constant (1/n = 0.339). The closed-loop column experiments showed that the phosphate removal percent decreased from 89.1 to 41.9% with increasing initial pH from 4.82 to 9.53. The adsorption capacity determined from the closed-loop experiment was 0.239 mg/g at initial pH 7.0, which is about two times greater than that ($q_e$ = 0.118 mg/g) from the kinetic batch experiment at the same condition.
Choi, Si Young;Jeong, Seok Soon;Yang, Jae E.;Kim, Hyuck Soo;Cho, Jun Hyung
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.40
no.4
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pp.239-247
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2021
BACKGROUND: Enormous amounts of the wood biomass wastes have been produced through various wood processing. This study characterizes the surface characteristics of biomass powders of Cornus controversa (CC) and Quercus mongolica (QM) and investigates their removal efficiency and mechanism for Pb (II) in aqueous solution on which to base potential recycling alternative of the wood biomass. METHODS AND RESULTS: Batch experiments were conducted under different conditions of Pb concentrations, temperatures, time and solid/solution ratios. Adsorption isotherm of Pb by CC and QM biomass was explained significantly by the Langmuir model, indicating Pb was likely adsorbed on the monolayer of the surfaces. The adsorption kinetics were fitted significantly to the double first-order model consisting of rapid and slow steps. The respective rate constants (k1) of CC and QM for the rapid adsorption kinetic steps were 0.051 and 0.177 min-1, and most of the sorption reactions proceeded rapidly within 6-20 minutes. The maximum adsorption quantities (qmax) of Pb were 17.25 and 23.47 mg/g for CC and QM, respectively. Thermodynamic parameters revealed that adsorption of Pb on the biomass of CC and QM was a spontaneous endothermic reaction. CONCLUSION(S): Results demonstrate that biomass wastes of CC and QM can be used as Pb adsorbents judging from adsorption isotherm, kinetics, and thermodynamic parameters.
In this study, we analyzed the explanations and examples of Brønsted-Lowry model in Chemistry I and Chemistry II textbooks of the 2009 revised curriculum. In particular, the definition of the Brønsted-Lowry model, the examples, and the content of experiments were analyzed by the process perspective of chemical equilibrium, emergent process. The analyzed textbooks were 4 kinds of Chemistry I textbooks and 4 kinds of Chemistry II textbooks in 2009 revision curriculum. As a result, Chemical I textbooks did not adequately show the chemical equilibrium viewpoint when explaining the Brønsted-Lowry model. In the Chemistry II textbooks, the examples of Brønsted-Lowry model were not present emergent process viewpoint, and those were described as sequential viewpoint of Arrhenius model. In addition, examples of experiments to demonstrate the Brønsted-Lowry model of Chemistry II textbooks were insufficient. The experimental examples related to the definition of acid bases were at the level of classification by the color change of indicators. The experimental examples for explaining the strength of acid and base were to compare current intensity or amount of hydrogen gas generated from the reaction with metal. In addition, all textbooks presented the state of aqueous solution when describing the Brønsted-Lowry model, causing problems with differentiation from the Arrhenius model. Therefore, it is necessary to develop examples of experiments to help students understand Brønsted-Lowry model by presenting acid and base reaction in the non-aqueous solution state.
PAHs are major pollutants that are widely distributed in soil and groundwater environment, so that may be regarded as carcinogens. We investigated the degradation kinetics of PAH in aqueous solution when low pressure UV energy and ultrasonic irradiation were applied. Phenanthrene and pyrene were used as model compounds. The degrees of degradation of these compounds with time were analyzed with a GC/MSD (SIM-mode). UV photolysis experiments showed that phenanthrene was reduced by 90 -67% at initial concentrations of 1 ppm to 8ppm whilst it decreased to 50% at 10 ppm. Under the same conditions pyrene was degraded up to about 75% at lower initial concentrations but the reduction efficiency dropped to a level of 34 to 29% at the higher concentrations above 8 ppm. The reaction orders for phenanthrene and pyrene were found to be zero-th and ca. -0.4th order, respectively, thus implying that the reported assumption of pseudo 1st order reaction for some PAHs would be no longer valid. PAH degradation was roughly proportional to the intensity of UV (number of lamps), exhibiting maximum 92.5% of the degradation efficiency. The solution pH was lowered to 4.4 from 6.4 during the experiments partially because the carbons decomposed by the energy reacted with oxygen radicals to produce carbon dioxides. Ultrasonic irradiation on phenanthrene solutions gave relatively poor results which matched to 50 to 70% of degradation efficiency even at 2 ppm of initial concentration. Phenanthrene was found to be degraded more efficiently than pyrene for the two energy sources. Ultrasound also followed the same reaction kinetics as UV energy on PAH degradation.
In the process of pervaporation separation for aqueous ethanol solution through cellulose tai-acetate(CTA) membrane, the modelling on the solution-diffusion permeation mechanism was built up on the basis of sorption and permeation experimental results. Also its function type and parameter were examined. The composition of sorption equilibrium in three component system(Ethanol/Water/CTA) were compared with the calculated value by Flory-Huggins' equation using the pure component sorption data. In order to apply the thermodynamic equilibrium relationship between the membrane free composition in the membrane and the equilibrium composition in the liquid phase, the apparent activity this system, however, the results were not satisfied. Diffusion equations were expressed with the concentration gradient considering permeate alone, and a concentration-dependent diffusion coefficient which includes a parameter was used. And this model was fitted with the measured permeation rates. If the permeation rate and the amount of sorption of one component were much larger than those of the other, the bulk flow term could not be negligible. The flux and selectivity were increased with increasing temperature, and with decreasing downstream pressure.
The effects of pH and temperature on the removal of two dyes (neutral red; NR and malachite green oxalates; MG) from aqueous effluents using Maghnia montmorillonite clay in a batch adsorption process were investigated. The results showed the stability of the optical properties of MG in aqueous solution and adsorbed onto clay under wide range of pH 3-9. However, the interaction of NR dye with clay is accompanied by a red shift of the main absorption bands of monomer cations under pH range of 3-5, whereas, those of neutral form remains nearly constant over the pH range of 8-12. The optimal pH for favorable adsorption of the dyes, i.e. ${\geq}$90% has been achieved in aqueous solutions at 6 and 7 for NR and VM respectively. The most suitable adsorption temperatures were 298 and 318 K with maximum adsorption capacities of 465.13mg/g for NR and 459.89 mg/g for MG. The adsorption equilibrium results for both dyes follow Langmuir, Freundlich isotherms. The numerical values of the mean free energy $E_a$ of 4.472-5.559 kj/mol and 2.000-2.886 kj/mol for NR and MG respectively indicated physical adsorption. Various thermodynamic parameters, such as ${\Delta}H^{\circ}$, ${\Delta}S^{\circ}$, ${\Delta}G^{\circ}$ and Ea have been calculated. The data showed that the adsorption process is spontaneous and endothermic. The sticking probability model was further used to assess the potential feasibility of the clay mineral as an alternative adsorbent for organic ion pollutants in aqueous solution.
The aim of this study is to investigate the degradation of ciprofloxacin (CIP) from its aqueous solutions via different advanced oxidation processes (AOP). The effects of persulfate (PS) concentration, pH, zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) dose, initial CIP concentration, and reaction time on the degradation of CIP were studied. It was found that the sonochemical (US) degradation is a less efficient process (with removal efficiency of 36%) compared to the sono-nano-chemical (US/ZnO) process which resulted in removal efficiency of 70%. Maximum removal of 99% was obtained using the sono-nano-chemical/PS (US/ZnO/PS) process at a frequency of 60 kHz, time of 10 min, pH of 7, initial CIP concentration of 25 mg/L, and PS concentration of 476.06 mg/L. The addition of PS and ZnO-NPs to the process enhanced the rate of US degradation of CIP. In addition, the kinetic parameters for the US/ZnO/PS process were obtained by fitting the kinetic data into the pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models. The kinetic data was found to fit into the pseudo-first-order kinetic model than the pseudo-second-order model. The results showed that the AOP using US/ZnO/PS is a promising technique for the treatment of ciprofloxacin containing solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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