The adsorption of Cr(VI) from aqueous solutions to activated carbon fiber (ACF) was investigated using both batch and flow-through column experiments. The batch experiments (adsorbent dose, 10 g/L; initial Cr(VI) concentration, 5-500 mg/L) showed that the maximum adsorption capacity of Cr(VI) to ACF was determined to 20.54 mg/g. The adsorption of Cr(VI) to ACF was sensitive to solution pH, decreasing from 9.09 to 0.66 mg/g with increasing pH from 2.6 to 9.9; the adsorption capacity was the highest at the highly acidic solution pHs. Kinetic model analysis showed that the Elovich model was the most suitable for describing the kinetic data among three (pseudo-first-order, pseudo-second-order, and Elovich) models. From the nonlinear regression analysis, the Elovich model parameter values were determined to be ${\alpha}$ = 162.65 mg/g/h and ${\beta}$ = 2.10 g/mg. Equilibrium isotherm model analysis demonstrated that among three (Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson) models, both Freundlich and Redlich-Peterson models were suitable for describing the equilibrium data. In the model analysis, the Redlich-Peterson model fit was superimposed on the Freundlich fit. The Freundlich model parameter values were determined to be $K_F$ = 0.52 L/g and 1/n = 0.56. The flow-through column experiments showed that the adsorption capacities of ACF in the given experimental conditions (column length, 10 cm; inner diameter, 1.5 cm; flow rate, 0.5 and 1.0 mL/min; influent Cr(VI) concentration, 10 mg/L) were in the range of 2.35-4.20 mg/g. This study demonstrated that activated carbon fiber was effective for the removal of Cr(VI) from aqueous solutions.
So-Hui Kim;Seung-Gyu Lee;Jin-Ju Yun;Jae-Hyuk Park;Se-Won Kang;Ju-Sik Cho
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.41
no.4
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pp.252-260
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2022
BACKGROUND: The number of biomass power plants is increasing around the world and the amount of wastes from power plants is expected to increase. But the bottom ash (BA) is not recycled and has been dumped in landfill. This study was conducted to find out functional groups of BA and adsorption rate of heavy metals on BA. METHODS AND RESULTS: The BA was dried in oven at 105℃ for 24 hours, and characterized by analyzing the chemistry, functional group, and surface area. The adsorption rates of heavy metals on BA were evaluated by different concentration, time, and pH. As a result, the adsorption amount of the heavy metals was high in the order of Zn> Cu> Cd> Ni and the removal rates of Zn, Cu, Cd, and Ni by BA was 49.75, 30.20, 32.46, and 36.10%, respectively. Also, the maximum adsorption capacity of BA was different by the heavy metal in the environmental conditions, and it was suggested that the isotherms for Zn, Ni, Cd, and Cu were adequate to Langmuir model. CONCLUSION(S): It is suggested that it would be effective to remove heavy metals in aqueous solution by using BA from biomass power plants in South Korea.
Equilibrium, kinetics, and thermodynamics of adsorption of acid black 1 (AB1) by coal-based granular activated carbon (CGAC) were investigated with the adsorption variables of initial concentration of dye, contact time, temperature, and pH. The adsorption reaction of AB1 by activated carbon was caused by electrostatic attraction between the surface (H+) of activated carbon and the sulfite ions (SO3-) and nitrite ions (NO2-) possessed by AB1, and the degree of reaction was highest at pH 3 (97.7%). The isothermal data of AB1 were best fitted with Freundlich isotherm model. From the calculated separation factor (1/n) of Freundlich, it was confirmed that adsorption of AB1 by activated carbon could be very effective. The heat of adsorption in the Temkin model suggested a physical adsorption process (< 20 J mol-1). The kinetic experiment favored the pseudo second order model, and the equilibrium adsorption amount estimated from the model agreed to that given by the experiments (error < 9.73% ). Intraparticle diffusion was a rate controlling step in this adsorption process. From the activation energy and enthalpy change, it was confirmed that the adsorption reaction is an endothermic reaction proceeding with physical adsorption. The entropy change was positive because of an active reaction at the solid-liquid interface during adsorption of AB1 on the activated carbon surface. The free energy change indicated that the spontaneity of the adsorption reaction increased as the temperature increased.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.34
no.4
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pp.260-269
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2012
The aim of this study is to evaluate the applicability of adsorption models for understanding the thermodynamic properties of adsorption process. For this study, the adsorption isotherm data of $NO_3$-N ion onto a commercial anion exchange resin obtained at various experimental conditions, i.e. different initial concentrations of adsorbate, different dosages of adsorbent, and different temperatures, were used in calculating the thermodynamic parameters and the adsorption energy of adsorption process. The Gibbs free energy change (${\Delta}G^0$) of adsorption process could be calculated using the Langmuir constant $b_M$ as well as the Sips constant, even though the results were significantly dependant on the experimental conditions. The thermodynamic parameters such as standard enthalpy change (${\Delta}H^0$), standard entropy change (${\Delta}S^0$) and ${\Delta}G^0$ could be calculated by using the experimental data obtained at different temperatures, if the adsorption data well fitted to the Langmuir isotherm model and the plot of ln b versus 1/T gives a straight line. As an alternative, the empirical equilibrium constant(K) defined as $q_e/C_e$ could be used for evaluating the thermodynamic parameters instead of the Langmuir constant. The results from the applications of D-R model and Temkin model to evaluate the adsorption energy suggest that the D-R model is better than Temkin model for describing the experimental data, and the availability of Temkin model is highly limited by the experimental conditions. Although adsorption energies determined using D-R model show significantly different values depending on the experimental conditions, they were sufficient to show that the adsorption of $NO_3$-N onto anion exchange resin is an endothermic process and an ion-exchange process.
Cho, Hyen-Goo;Johnston Cliff T.;Gnanasiri S. Premachandra G.S.
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.19
no.4
s.50
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pp.247-258
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2006
The characteristics of phosphate adsorption on kaolinite was studied by batch adsorption experiments. The phosphorous contents was measured using UV spectrometer with 820 nm wavelength. The experiment with changing reaction time revealed that fast P adsorption occurred within $0{\sim}12$ hour, whereas slow adsorption reaction began after 12 hour. The adsorption percentage depended on kaolinite amount in phosphate solution. Rotary-shaker enhanced the adsorption percentage up to $11{\sim}15%$. The phosphorous adsorption appears to be insensitive to change in the ionic strength of KCl between 0.01 M and 0.1 M. From this result, we can conclude that phosphate was adsorbed on kaolinite as inner-sphere complexes. However, the ionic strength increased to 1.0 M, adsorption decreased. It suggests that phosphate may be adsorbed as outer-sphere complexes. Phosphate adsorption decreased with increasing pH value, but it is not distinct. The adsorption isotherms were well fitted with the Langmuir equation.
The adsorption equilibrium, kinetic, and thermodynamic parameters of brilliant green adsorbed by coconut based granular activated carbon were determined from various initial concentrations ($300{\sim}500mg\;L^{-1}$), contact time (1 ~ 12 h), and adsorption temperature (303 ~ 323 K) through batch experiments. The equilibrium adsorption data were analyzed by Langmuir, Freundlich, Temkin, Harkins-Jura, and Elovich isotherm models. The estimated Langmuir dimensionless separation factor ($R_L=0.018{\sim}0.040$) and Freundlich constant ($n^{-1}=0.176{\sim}0.206$) show that adsorption of brilliant green by activated carbon is an effective treatment process. Adsorption heat constants ($B=12.43{\sim}17.15J\;mol^{-1}$) estimated by the Temkin equation corresponded to physical adsorption. The isothermal parameter ($A_{HJ}$) by the Harkins-Jura equation showed that the heterogeneous pore distribution increased with increasing temperature. The maximum adsorption capacity by the Elovich equation was found to be much smaller than the experimental value. The adsorption process was best described by the pseudo second order model, and intraparticle diffusion was a rate limiting step in the adsorption process. The intraparticle diffusion rate constant increased because the dye activity increased with increases in the initial concentration. Also, as the initial concentration increased, the influence of the boundary layer also increased. Negative Gibbs free energy ($-10.3{\sim}-11.4kJ\;mol^{-1}$), positive enthalpy change ($18.63kJ\;mol^{-1}$), and activation energy ($26.28kJ\;mol^{-1}$) indicate respectively that the adsorption process is spontaneous, endothermic, and physical adsorption.
The adsorption of Acid Fuchsin (AF) on granular activated carbon (GAC) was investigated for isothermal adsorption and kinetics and thermodynamic parameters by experimenting with the initial concentration, contact time, temperature, and pH of the dye as adsorption parameters. In the pH effect experiment, the adsorption of AF on activated carbon showed a bathtub type with increased adsorption at pH 3 and 11. The adsorption equilibrium data of AF fit well with the Freundlich isotherm model, and the calculated separation factor (1/n) value was found in which activated carbon can effectively remove AF. The pseudo-second-order kinetic model fits well within 7.88% of the error percent in the adsorption process. According to Weber and Morris's model plot, it was divided into two straight lines. The intraparticle diffusion rate was slow because the stage 2 (intraparticle diffusion) slope was smaller than that of stage 1 (boundary layer diffusion). Therefore, it was confirmed that the intraparticle diffusion was a rate-controlling step. The activation energy of AF (13.00 kJ mol-1) corresponded to the physical adsorption process (5 - 40 kJ mol-1). The free energy change of the AF adsorption by activated carbon showed negative values at 298-318 K. As the spontaneity increased with increasing temperature. The adsorption of AF was an endothermic reaction (ΔH = 22.65 kJ mol-1).
In this study, loess composites, loess with lanthanum and with aluminum, were made and evaluated for treatment of phosphorus removal in natural water system. Desiccation method for production of loess composite was superior to centrifugation method in obtaining high concentrated composites of lanthanum and aluminum. Washing of loess lanthanum composite by water did not deteriorat the lanthanum concentration in the composite, but this lowered the aluminum concentration of loess aluminum composite. Total of 15 and 37.5% of aluminum contents were removed after first washing treatment in aluminum loess of 0.05% and 0.1% respectively. However, no more aluminum loss was monitored with increase of washing times. Phosphorus removal efficiencies were not decreased with washed loess aluminum composite. Phosphorus removal was successfully achieved by adsorption of phosphate to loess composite at pH range of 5.0 ~ 8.0. Freundlich and Langmuir adsorption isotherm was observed in the adsorption of phosphate for loess composite. Dosages of 0.05% and 0.1% lanthanum composite for 95% of phosphorus removal could reduce its usage amount to 25% and 50%, respectively, comparing with dosage of loess alone. Dosages of 0.05% and 0.1% aluminum composite could reduce its usage amount to 48% and 63%, respectively.
Ammonia, $NH_3$, is a key chemical widely used in chemical industries and a toxic pollutant that impacts human health. Thus, there is a need for the development of effective adsorbents with high uptake capacities to adsorb $NH_3$. An adsorbent with a high surface area and a small pore size is generally preferred in order to have a high capacity for the removal of $NH_3$. The use inorganic nanoporous materials as gas adsorbents has increased substantially and emerged as an alternative to zeolite and activated carbon. Herein, mesoporous alumina (MA) was prepared and used as an $NH_3$ adsorbent. MA showed good pore properties such as a uniform pore size and interlinked pore system, when compared to commercial adsorbents (activated carbon, zeolite, and silica powder). MA has free hydroxyl groups, serving as useful adsorption sites for $NH_3$. In an adsorption isotherm test, MA exhibited 4.7-6.5 times higher uptake capacities for $NH_3$ than commercial adsorbents. Although the larger surface areas of adsorbents are important features of ideal adsorbents, a regular and interlinked adsorbent pore system was found to be a more crucial factor to adsorb $NH_3$.
PVC-Zeolite composite was prepared by immobilizing zeolite with polyvinyl chloride (PVC). The prepared PVC-Zeolite beads were characterized by using X-ray diffractometer (XRD), fourier transform infrared spectrometer (FTIR), thermo gravimetric analyzer (TGA), and scanning electron microscopy (SEM). The removal properties of Sr and Cs ions from aqueous solution were investigated in batch experiment. The removal efficiencies of Sr and Cs ions by the PVC-Zeolite beads were dependent on the initial pH of solution. The removal efficiencies sharply increased at below pH 4 and was kept constant at pH 4 or more. The adsorption kinetics of Sr and Cs ions by the PVC-Zeolite beads were fitted well by the pseudo-second-order model ($r^2$>0.99) more than pseudo-first-order model. The maximum adsorption capacities of Sr and Cs ions calculated from Langmuir isotherm model were 39.37 mg/g and 55.87 mg/g, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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