Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.2
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pp.66-73
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2017
This study was to evaluate the influential parameters such as intial Cs concentration, reaction temperature, contact time and pH variation of solution on Cs adsorption. Using the experimental data, adsorption kinetics, isotherms and thermodynamic properties were analyzed. The Cs ion adsorption of the zeolite X was effective in the range from pH 5 to 10 and reached equilibrium after 60 minutes. The adsorption kinetics and isotherms of Cs ion with the zeolite X was described well by the pseudo-second-order kinetic and Langmuir isotherm model. The maximum adsorption capacities of Cs ion calculated from Langmuir isotherm model at 293~333 K were from 303.03 mg/g to 333.33 mg/g. It was found that thermodynamic property of Cs ion absorption on the zeolite X was spontaneous and endothermic reaction. The experimental data were fitted a second-order polynomial equation by the multiple regression analysis. The values of the dependent variable calculated by this best fitted model equation were in very good agreement with the experimentally obtained values.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.37
no.8
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pp.450-457
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2015
In this research a adsorbent, PVA-Zeolite bead, was prepared by immobilizing zeolite with PVA. The results of XRD and SEM analysis showed that the prepared PVA-Zeolite beads had porous structure and the zeolite particles were in mobilized within the internal matrix of the beads. The adsorption properties of Sr ion and Cs ion with the adsorbent were studied by different parameters such as effect of pH, adsorption rate, and adsorption isotherm. The adsorption of Sr ion and Cs ion reached equilibrium after 540 minutes. The adsorption kinetics of both ions by the PVA-Zeolite beads were fitted well by the pseudo-second-order model more than pseudo-first-order model. The equilibrium data fitted well with Langmuir isotherm model. The maximum adsorption capacities of Sr ion and Cs ion calculated from Langmuir isotherm model were 52.08 mg/g and 58.14 mg/g, respectively. The external mass transfer step was very fast compared to the intra-particle diffusion step in the adsorption process of Cs ion and Sr ion by the PVA-Zeolite beads. This result implied that the rate controlling step was the intra-particle diffusion step.
A zeolitic material (Z-Y2) was synthesized from Coal Fly Ash (CFA) using a fusion/hydrothermal method under low-alkali condition (NaOH/CFA = 0.6). The adsorption performance of the prepared zeolite was evaluated by monitoring its removal efficiencies for Sr and Cs ions, which are well-known as significant radionuclides in liquid radioactive waste. The XRD (X-ray diffraction) patterns of the synthesized Z-Y2 indicated that a Na-A type zeolite was formed from raw coal fly ash. The SEM (scanning electron microscope) images also showed that a cubic crystal structure of size $1{\sim}3{\mu}m$ was formed on its surface. In the adsorption kinetic analysis, the adsorption of Sr and Cs ions on Z-Y2 fitted the pseudo-second-order kinetic model well, instead of the pseudo-first-order kinetic model. The second-order kinetic rate constant ($k_2$) was determined to be $0.0614g/mmol{\cdot}min$ for Sr and $1.8172g/mmol{\cdot}min$ for Cs. The adsorption equilibria of Sr and Cs ions on Z-Y2 were fitted successfully by Langmuir model. The maximum adsorption capacity ($q_m$) of Sr and Cs was calculated as 1.6846 mmol/g and 1.2055 mmol/g, respectively. The maximum desorption capacity ($q_{dm}$) of the Na ions estimated via the Langmuir desorption model was 2.4196 mmol/g for Sr and 2.1870 mmol/g for Cs. The molar ratio of the desorption/adsorption capacity ($q_{dm}/q_m$) was determined to be 1.44 for Na/Sr and 1.81 for Na/Cs, indicating that the amounts of desorbed Na ions and adsorbed Sr and Cs ions did not yield an equimolar ratio when using Z-Y2.
The adsorption characteristics of Sr and Cs ions were investigated by using PS-zeolite beads prepared by immobilizing zeolite with polysulfone (PS). The adsorption kinetics of Sr and Cs ions by PS-zeolite beads was described well by the pseudo-second-order model. The maximum adsorption capacities of Sr and Cs ions calculated from Langmuir isotherm model were 65.0 mg/g and 76.4 mg/g, respectively. In the binary system of Sr ion and Cs ion, the adsorption capacities of each ion decreased with increasing mole ratio of mixed counterpart ion, and Cs ion showed the higher hinderance than Sr ion. We found that thermodynamic properties of Sr and Cs ions on absorption reaction were spontaneous and endothermic at 293 to 323 K.
Zeolite was synthesized from power station waste, coal fly ash, as an alternative low-cost adsorbent and investigated for the removal of Sr(II) and Cs(I) ions from single- and binary metal aqueous solutions. In order to investigate the adsorption characteristics, the effects of various operating parameters such as initial concentration of metal ions, contact time, and pH of the solutions were studied in a batch adsorption technique. The Langmuir model better fitted the adsorption isotherm data than the Freundlich model. The pseudo second-order model was found more applicable to describe the kinetics of system. The adsorption capacities of Sr(II) and Cs(I) ions obtained from the Langmuir model were 1.7848 mmol/g and 0.7640 mmol/g, respectively. Although the adsorption capacities of individual Sr(II) and Cs(I) ions was less in the binary-system, the sum of the total adsorption capacity (2.3572 mmol/g) of both ions in the binary-system was higher than the adsorption capacity of individual ion in the single-system. Comparing the homogeneous film diffusion model with the homogeneous particle diffusion model, the adsorption was mainly controlled by the particle diffusion process.
The batch experiments and response surface methodology (RSM) have been applied to the investigation of the Cs adsorption with zeolite X synthesized using coal fly ash generated from the thermal power plant. Regression equation formulated for Cs adsorption was represented as a function of response variables. The model was highly relevant because the decision coefficient ($r^2$) was 0.9630. It was confirmed from the statistical results that the removal efficiency of Cs was affected by the order of experimental factors as pH > Cs concentration > temperature. The adsorption kinetics were more accurately represented by a pseudo second-order model. The maximum adsorption capacity calculated from the Langmuir isotherm model was $151.52mg\;g^{-1}$ at 293 K. Also, according to the thermodynamic parameters calculated from Vant Hoff equation, it could be confirmed that the adsorption reaction was an endothermic reaction and a spontaneous process.
The adsorption characteristics of Sr ions and Cs ions in single and binary solution by zeolite A were investigated in batch experiment. The adsorption rate of Sr ions and Cs ions by zeolite A obeyed pseudo-second-order kinetic model in single and binary solution. The initial adsorption rates (h) and adsorption capacities of both ions obtained from pseudo-second-order kinetic model, and the values were decreased with increasing concentration of the competitive ions (0~1.5 mM). Also, adsorption isotherm data in binary solution were well fitted to the extended Langmuir model, the maximum adsorption capacities of Sr and Cs calculated from the model were 1.78 mmol/g and 1.64 mmol/g, respectively. The adsorption of Sr and Cs ions by zeolite A was carried out in the presence of other cations such as $Na^+$, $K^+$, $Mg^{2+}$ and $Ca^{2+}$. The results showed that the zeolite A can maintain a relatively high adsorption capacity for Sr and Cs ions and exhibits a high selectivity in the presence of competitive cations. The effect of competition had an order of $Ca^{2+}$ > $K^+$ > $Mg^{2+}$ > $Na^+$ for Sr ions and $K^+$ > $Ca^{2+}$ > $Na^+$ > $Mg^{2+}$ for Cs ions at the same cation concentration.
The removal of Sr ion and Cs ion was investigated to evaluate adsorption properties by using SAN-Zeolite beads immobilized with styrene acrylonitrile (SAN). The adsorption capacities increased with the decrease of SAN/zeolite ratio (SAR) from 2.5 to 0.83. The relationship of adsorption capacity ($q_e$) and SAR was described by experimental equation such as $q_e=20.88+137.81e^{-1.96SAR}$ ($r^2=0.9980$). The adsorption kinetics of Sr ion and Cs ion with SAN-Zeolite beads were fitted well by the pseudo-second-order model. The maximum adsorption capacities of Sr ion and Cs ion calculated from Langmuir isotherm model were 66.97 mg/g and 81.97 mg/g, respectively.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.13
no.3
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pp.171-180
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2015
This study was performed on the removal of Cs, one of the main high- radioactive nuclides contained in the high-radioactive seawater waste (HSW), by adsorption with IE911 (crystalline silicotitanate type). For the effective removal of Cs and the minimization of secondary solid waste generation, adsorption of Cs by IE911 (hereafter denoted as IE911-Cs) was effective to carry out in the m/V (ratio of absorbent weight to solution volume) ratio of 2.5 g/L, and the adsorption time of 1 hour. In these conditions, Cs and Sr were adsorbed about 99% and less than 5%, respectively. IE911-Cs could be also expressed as a Langmuir isotherm and a pseudo-second order rate equation. The adsorption rate constants (k2) were decreased with increasing initial Cs concentrations and particle sizes, and increased with increasing ratios of m/V, solution temperatures and agitation speeds. The activation energy of IE911-Cs was about 79.9 kJ/mol. It was suggested that IE911-Cs was dominated by a chemical adsorption having a strong bonding form. From the negative values of Gibbs free energy and enthalpy, it was indicated that the reaction of IE911-Cs was a forward, exothermic and relatively active at lower temperatures. Additionally, the negative entropy values were seen that the adsorbed Cs was evenly distributed on the IE911.
A porous silica-based adsorbent was prepared by impregnating the pores of a silica support with the extractant 1,3-[(2,4-diethylheptylethoxy)oxy]-2,4-crown-6-calix[4]arene (Calix[4]arene-R14) and an additive agent 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (C2mim + NTf-2) as the materials to remove cesium(I) (Cs+) ions from seawater. The as-prepared adsorbent showed excellent adsorption performance toward Cs+ ions, with adsorption equilibrium reached within 2 h and an adsorption amount of 0.196 mmol/g observed. The solution pH, temperature, and the presence of coexisting metal ions were found to have almost no effect on Cs+ adsorption. The adsorption mechanism was considered to proceed via ion exchange between Cs+ and C2mim+. In addition, the particle-induced X-ray emission analysis results further clarified that the adsorbed Cs+ ion species on the adsorbent was in the form of both CsCl and CsBr.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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