Cadmium (Cd) adsorption onto the activated carbon containing hydroxyapatite (HAP) was investigated in batch experiments and response surface methodology (RSM) using the Box-Behnken methods were applied to the experimental results. Cd adsorption with different HAP mass ratio of from 10% to 30%. With more HAP, Cd was more adsorbed. These results suggest that the higher HAP mass causes an increase of the ion exchange potential of the HAP sorbent. Equilibrium experimental results from Cd adsorption was fitted to Langmuir and Freundlich isotherm models. Cd adsorption on HAP sorbent were found to follow the Freundlich isotherm model well in the initial adsorbate concentration range. Also, Cd adsorption was a function of the HAP mass ratio ($x_1$), initial Cd concentration ($x_2$), and initial pH ($x_3$) from the application of the RSM. Statistical results showed the order of significance of the independent variables to be initial Cd concentration > HAP mass ratio > initial pH.
최근 들어 지질기원에 의해 발생되는 지하수내 비소오염이 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 지하수내 비소를 효과적으로 제거하거 위하여 철침착 입상활성탄(Fe-GAC)을 제조하고 이에 대한 흡착능을 평가하였다. Fe-GAC는 질산 염철 용액으로 입상활성탄에 철화합물을 침착시켜 제조하였으며, 이를 이용하여 침착반응시간에 따른 등온흡착, pH에 따른 비소 동력학 흡착반응 및 수처리시스템 예비평가를 위한 칼럼 실험을 수행하였다. 연구결과 침착반응 시간이 최소 12시간 이상에서 비소 제거에 필요한 철의 함량을 가진 Fe-GAC가 제조되었으며, 이들의 흡착능은 등온흡착실험에서도 확인되었다. 입상활성탄에 침착된 철화합물은 XRD 분석결과 대부분 질산염수산화철($Fe_4(OH)_{11}NO_3{\cdot}2H_20$)이었으나 일부 소량의 적철석($Fe_2O_3$)도 관찰되었다. 등온흡착실험은 Langmuir가 Freundlich 모델보다 더 적합하였으며, 모델링 결과 얻어진 Freundlich 분배계수($K_F$) 및 Langmuir 최대 흡착량($Q_m$)은 입상활성탄에 침착된 철 함량과 로그-로그 양의 상관관계를 보여주었다. 동력학 흡착실험 결과 pH 11을 제외한 모든 조건 (pH 4-9)에서 Fe-GAC는 비소에 대해 뛰어난 흡착능을 나타내었으며, 따라서 일반적인 지하수의 pH가 6-8 사이임을 고려하면 Fe-GAC는 비소를 흡착에 매우 효과적인 흡착제로 이용될 것이다. 동력학 모델링 결과 Fe-GAC와 비소의 흡착은 화학적 흡착(chemisorption) 과정을 나타내는 pseudo-second order 모델이 가장 적합하였다. 비소 수처리시스템에 대한 예비 평가를 위하여 칼럼실험을 수행한 결과, 지연계수 482.4이고 분배계수 581.1 L/mg으로 이는 12-24시간 침착반응에서 제조된 Fe-GAC의 Freundlich 등온흡착 모델의 분배계수(511.5-592.5 L/mg)와 유사한 값을 나타내었다. 이러한 연구결과는 향후 지하수를 활용하는 마을상수도 수처리시스템에서 Fe-GAC가 지하수의 비소를 제거하는 뛰어난 흡여재로 사용될 수 있음을 나타내는 것이다.
This study was carried out to investigate the characterization of iron oxide nanotubes (INTs) by anodization method and applied adsorption isotherms and kinetic models for phosphate adsorption. SEM analysis was conducted to examine the INTs surface formation. Further XRD and XPS analysis were performed to observe the crystal structure of INTs before and after phosphate adsorption. AFM analysis was conducted to determine of Fe foil surface before and after anodization. Phosphate stock solution for adsorption experiment was prepared by $KH_2PO_4$. The batch experiment was conducted using 20 ml phosphate stock solution and $40cm^3$ of INTs in 50 ml conical tube. Adsorption isotherms were applied Langmuir and Freundlich models for adsorption equilibrium test of INTs. Pseudo first order and pseudo second order models were applied for interpretation of adsorption rate by reaction time. The determination coefficient ($R^2$) values of Langmuir and Freundlich models were 0.9157 and 0.8876 respectively.
The feasibility of using volcanic ash for lead ion removal from wastewater was evaluated. The adsorption experiments were carried out in batch tests using volcanic ash that was treated with either NaOH or HCl prior to the use. Volcanic ash dose, temperature and initial Pb(II) concentration were chosen as 3 operational variables for a $2^3$ factorial design. Ash dose and concentration were found to be significant factors affecting Pb(II) adsorption. The removal of Pb(II) was enhanced with increasing volcanic ash dose and with decreasing the initial Pb(II) concentration. Pb(II) adsorption on the volcanic ash surface was spontaneous reaction and favored at high temperatures. Calculation of Gibb's free energy indicated that the adsorption was endothermic reaction. The equilibrium parameters were determined by fitting the Langmuir and Freundlich isotherms, and Langmuir model better fitted to the data than Freundlich model. BTV(base-treated volcanic ash) showed the maximum adsorption capacity($Q_{max}$) of 47.39mg/g. A pseudo second-order kinetic model was fitted to the data and the calculated $q_e$ values from the kinetic model were found close to the values obtained from the equilibrium experiments. The results of this study provided useful information about the adsorption characteristics of volcanic ash for Pb(II) removal from aqueous solution.
Uslu, Hasan;Demir, Goksel;Bayat, Cuma;Wasewar, Kailas L.;Bamufleh, Hisham S.
Membrane and Water Treatment
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제5권4호
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pp.295-304
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2014
Adipic acid (hexane-1,6-dioic acid) is one of the most used chemical in industrial applications. This must be separated from any environmental contaminant. In this study, adipic acid separation from wastewater by adsorption method onto Perlite or Perlite + Mn or Perlite + Cu composites was investigated. Adsorption of Adipic acid was investigated in terms of equilibrium, and thermodynamic conditions. For thermodynamic investigations the experiments carried out at three different temperatures (298 K, 318 K, 328 K). In the equilibrium studies, 2 g of perlite and its composites were determined as the optimal adsorbent amount. Freundlich and Langmuir isotherms were applied to the experimental data. Freundlich isotherms for all temperatures used in this work gave some deviations with R square values under 0.98 where as Langmuir isotherm gave good results with R square values upper 0.99 at different temperatures. As a result of thermodynamic studies, adsorption enthalpy (${\Delta}H$), adsorption entropy (${\Delta}S$), and adsorption free energy (${\Delta}G$) have been calculated for each adsorbents.
The activated carbon produced from rubber wood sawdust by chemical activation using phosphoric acid have been utilized as an adsorbent for the removal of Cu(II) from aqueous solution in the concentration range 5-40 mg/l. Adsorption experiments were carried out in a batch process and various experimental parameters such as effect of contact time, initial copper ion concentration, carbon dosage, and pH on percentage removal have been studied. Adsorption results obtained for activated carbon from rubber wood sawdust were compared with the results of commercial activated carbon (CAC). The adsorption on activated carbon samples increased with contact time and attained maximum value at 3 h for CAC and 4 h for PAC. The adsorption results show that the copper uptake increased with increasing pH, the optimum efficiency being attained at pH 6. The precipitation of copper hydroxide occurred when pH of the adsorbate solution was greater than 6. The equilibrium data were fitted using Langmuir and Freundlich adsorption isotherm equation. The kinetics of sorption of the copper ion has been analyzed by two kinetic models, namely, the pseudo first order and pseudo second order kinetic model. The adsorption constants and rate constants for the models have been determined. The process follows pseudo second order kinetics and the results indicated that the Langmuir model gave a better fit to the experimental data than the Freundlich model. It was concluded that activated carbon produced using phosphoric acid has higher adsorption capacity when compared to CAC.
Most breakthrough tests are conducted at higher concentration levels compared to those in the field of air-purifying respirator applications. For example, typical challenge concentrations for breakthrough tests agains tcarbon tetrachloride are ranged between 250-1000 ppm although applicable concentrations range for air-purifying cartridge is 5-50 ppm for carbon tetrachloride. However, no guarantee has been made that isotherms derived from the experiment at high challenge concentrations could estimate adsorption capacity at the lower concentration range where workers wear usually air-purifying respirators. Three models of adsorption isotherms (Freundlich, Langmuir and Dubinin/Radushkevich(D/R) isotherms) that have been commonly applied for respirator cartridge testing were evaluated. Adsorption capacity at each challenge concentration was calculated from the Reaction Kinetic equation fitted for the breakthrough data. These data were used for derivation of three isotherms. In general, the D/R isotherm has given the best agreement between estimated adsorption capacities and experimentally measured. If the challenge concentration of 100 ppm is included for derivation of models, Freundlich and D/R models could succes sfully produced good estimations for adsorption capacities at 50 ppm level. Estimated adsorption capacities by both models ranged in 94 - 109 % of the experimentally measured. However, Langmuir model gives underes timation in all cases.
활성탄소를 가지고 수용액으로부터 전이금속이온을 제거 능력에 대해 시험했다. 탄소의 물리적, 화학적 그리고 액체-상 흡착 특징은 다음의 기준 절차로 수행하였다. Ni(II), Cu(II) 그리고 Fe(III)이온의 제거 연구는 흡착물질의 양, 금속이온 용액의 pH, 배치 모드에서 시간을 다양하게 하여 시도되었다. 평균 흡착 데이터는 Freundlich와 Langmuir로 맞춰졌고 등온 상수는 계산되었다. 다른 세가지 금속 이온의 평균 시간은 결정되었다. pH는 흡착에 있어서 중요한 역할을 하는 것을 발견했다. 이 과정은 흡열반응이었고, 열역학 인자는 계산되었다. 흡착 연구는 이온교환 메커니즘이 작용되는 것을 나타내고 있다.
High AA new high capacity sorbent for preconcentration and determination of nickel in environmental samples was synthesized. The sorbent was synthesized by copolymerization of allyl glaycidyl ether / imminodiacetic acid with N,N-dimethylacrylamide as functional monomers in the presence of N,N-bismethylenacryl amid as cross linker and characterized by Fourier transform infra red spectroscopy, elemental analysis, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. A recovery of 93.6% was obtained for the metal ion with 0.1 M, sulfuric acid as the eluting agent. The sorption capacity of the functionalized sorbent was 55.9 $mgg^{-1}$. The equilibrium sorption data of Ni(II) on polymeric sorbent were analyzed using Langmuir, Freundlich, Temkin and Redlich.Peterson models. Based on equilibrium adsorption data the Langmuir, Freundlich and Temkin constants were determined 0.87 (L mg-1), 25.87 ($mgg^{-1}$) $(Lmg^{-1})^{1/n}$ and 171.4 ($Jmol^{-1}$) respectively at pH 4.5 and $20^{\circ}C$.
The removal of Cd(II) and Cu(II) from aqueous solution by an agricultural solid waste biomass prepared from Moringa oleifera bark (MOB) was investigated. The biosorbent was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy and elemental analysis. Furthermore, the effect of initial pH, contact time, biosorbent dosage, initial metal ion concentration and temperature on the biosorption of Cd(II) and Cu(II) were studied using the batch sorption technique. Kinetic studies indicated that the biosorption process of the metal ions followed the pseudo-second order model. The biosorption data was analyzed by the Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich, and Temkin isotherm models. Based on the Langmuir isotherm, the maximum biosorption capacities for Cd(II) and Cu(II) onto MOB were 39.41 and 36.59 mg/g at 323 K, respectively. The thermodynamic parameters, Gibbs free energy (${\Delta}G^o$), enthalpy (${\Delta}H^o$), and entropy (${\Delta}S^o$) changes, were also calculated, and the values indicated that the biosorption process was endothermic, spontaneous and feasible in the temperature range of 303-323 K. It was concluded that MOB powder can be used as an effective, low cost, and environmentally friendly biosorbent for the removal of Cd(II) and Cu(II) ions from aqueous solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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