Yu, Mi Jin;Park, Sung Hoon;Jeon, Jong-Ki;Park, Young-Kwon
Applied Chemistry for Engineering
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v.23
no.1
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pp.42-46
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2012
In this study, a mesoporous carbon (CMK-3) activated using KOH was applied to the adsorption of formaldehyde, a representative indoor air pollutant. Activation process was carried out by putting KOH-treated CMK-3 in a reactor maintained at $700^{\circ}C$ in $N_2$ atmosphere. The activated sample was characterized using BET, XRD, XPS and FT-IR analysis. The formaldehyde adsorption performance of the mesoporous carbon was improved, which is attributed to the formation of oxygen and nitrogen functional groups on the mesoporous carbon surface by the activation process.
Magnetic biochar produced from pyrolysis of dairy cattle manure was used to develop an effective sorbent for arsenic purification from aqueous solution. Biomass and magnetized biomass were pyrolyzed in a tube furnace with 10 ℃/min heating rate at 450 ℃ under nitrogen flow of 100 cm3/min for 2 h. Biochars were characterized by SEM-EDX, BET, XDR, FTIR, TGA, zeta potential analysis. The resultant biochar and magnetic biochar were opposed to 50-100-500 ppm As(V) laden aqueous solution. Adsorption experiments were performed by using ASTM 4646-03 batch method. The effects of concentration, pH, temperature and stirring rate on adsorption were evaluated. As(V) was successfully removed from aqueous solution by magnetic biochar due to its highly porous structure, high aromaticity and polarity. The results suggest dairy cattle manure pyrolysis is a promising route for managing animal manure and producing a cost effective biosorbent for efficient immobilization of arsenic in aqueous solutions.
Metal treated activated carbons are prepared using various metals. Adsorption behaviors, morphologies, as well as antibacterial effects of metal treated samples are compared before and after solvent washing. Adsorption isotherms are used to characterize the porous structure of metal treated activated carbons before and after the solvent washing with acetone or ethyl alcohol. From these data, it is noticed that the changes in physicochemical properties of metal treated activated carbons depend on the solvents employed. Similar results are observed from BET data obtained from nitrogen adsorption isotherms. From scanning electron microscopy (SEM) studies, the changes in shape and size of metal particles are observed after the samples are washed with solvents. These changes result in different blocking effects, which, in turn, affect the adsorption behavior of metal treated activated carbons. X-ray diffraction (XRD) patterns of the samples treated with different metals are different each other. High intense sharp peaks attributed to metals are observed from silver treated samples, while the peaks are not observed from copper treated samples. To compare thermodynamic behavior of metal treated activated carbons washed with different type of solvents, differential scanning calorimetric (DSC) analysis is carried out. The analysis shows similar endothermic curves for all of the samples. Finally, antibacterial effects of metal treated activated carbon against Escherichia coli are discussed. Comparing the effects among the metals employed, highest effects are obtained from Cd, while lowest effects are obtained from Cu. Antibacterial activity becomes higher with the increase of the amount of metals treated, Optimum concentrations of metals to treat activated carbons, obtained from a shake flask test, are known to be 0.4, 0.1, and 0.6 moles for Ag, Cd, and Cu, respectively.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.6
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pp.325-331
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2017
Adsorption experiments of carbon dioxide were performed on ZSM5 and Molecular Sieve 13X (MS13X) impregnated with Monoethanol Amine (MEA). Adsorption efficiency of $CO_2$ was investigated in a U type packed column with GC/TCD. The adsorption capacities of adsorbents are estimated in the temperature range of $30-80^{\circ}C$. The modified adsorbents was characterized by BET surface area, $N_2$ adsorption/desorption isotherms, X-ray diffraction and FT-IR. Surface analysis results showed that the impregnation method did not affect the crystallinity of any adsorbents. BET surface area of the MS13X impregnated amine decreased to $19.945m^2/g$ from $718.335m^2/g$. These reults showed that amine molecules were filled with the pore volume in MS13X, as a results restricting access of nitrogen into the pores. The MEA modified MS13X showed improvement in $CO_2$ adsorption capacity over the ZSM5 impregnated with MEA. The MS13X-MEA showed the highest adsorption capacity due to physical adsorption and chemical adsorption by amino-group content. This results also showed that adsorption capacity of MS13X-MEA increases with the temperature range of $60-80^{\circ}C$ compared with pristine MS13X.
Three activated carbons (ACs) were prepared using NaOH (N) as an activating agent. Hydrofluoric acid pre-leached rice husk was used as a precursor. After leaching, the precursor was washed with distilled water, dried, crushed, and then sieved; a size fraction of 0.3-0.5 mm was selected for carbonization in the absence of air at $600^{\circ}C$. The carbonization product (LC) was mixed with NaOH at ratios of 1:2, 1:3, and 1:4 (wt of LC: wt of NaOH) and the produced ACs after activation at $800^{\circ}C$ were designated NLC21, NLC31, and NLC41, respectively. Surface and textural properties were determined using nitrogen adsorption at $-196^{\circ}C$, scanning electron microscopy images, thermogravimetric analysis, and Fourier transform infrared spectra. These ACs were used as adsorbents for lead(II) from aqueous solutions. The effects of the textural properties and the chemistry of the carbon surfaces were investigated and the impact of the operation conditions on the capacity for lead(II) sorption was also considered. Modification of NLC41 with $H_2O_2$ and $HNO_3$ gave two other adsorbents, $H_{NLC41}$ and $N_{NLC41}$ respectively. These two new samples exhibited the highest removal capacities for lead(II), i.e.117.5 and 128.2 mg/g, respectively. The adsorption data fitted the Langmuir isotherm and the kinetic adsorption followed pseudo-second order kinetics. The thermodynamic parameters have been determined and they indicated a spontaneous endothermic process.
In this study, polyacrylonitrile (PAN)-based porous carbon nanofibers were prepared from PAN polymer solution by electrospinning and KOH activation with various concentrations, and the characterization of pore structures and carbon dioxide adsorption was investigated. Manufactured PAN-based activated carbon nanofibers tend to decrease diameter and increase surface oxygen functional groups depending on the increasing concentration of KOH solution. In addition, according to the results of nitrogen adsorption for pore properties analysis, it indicated increase of the specific surface area in conformity with increasing concentration of KOH solution. Micropore volume of treated activated carbon nanofibers (ANCF) by 4 M KOH was the largest compared with other samples and mesopore volume of treated ANCF by 8 M KOH was the largest volume, respectively. The concentration of KOH effects textural and surface properties, as represented by BET and XPS, which enhance carbon dioxide adsorption capacity at 0 and $25^{\circ}C$.
Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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2019.10a
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pp.134-134
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2019
Utilization of organic waste as a renewable energy source is promising for sustainability and mitigation of climate change. Pyrolysis converts organic waste to gas, oil, and biochar by incomplete biomass combustion. Biochar is widely used as a soil conditioner and adsorbent. Biochar adsorbs/desorbs metals and ions depending on the soil environment and condition to act as a nutrient buffer in soils. Biochar is also regarded as a carbon storage by fixation of organic carbon. Phosphorus (P) and nitrogen (N) are strictly controlled in many wastewater treatment plants because it causes eutrophication in water bodies. P and N is removed by biological and chemical methods in wastewater treatment plants and transferred to sludge for disposal. On the other hand, P is an irreplaceable essential element for all living organisms and its resource (phosphate rock) is estimated about 100 years of economical mining. Therefore, P and N recovery from waste and wastewater is a critical issue for sustainable human society. For the purpose, intensive researches have been carried out to remove and recover P and N from waste and wastewater. Previous studies have shown that biochars can adsorb and desorbed phosphates implying that biochars could be a complementary fertilizer. However, most of the conventional biochar have limited capacity to adsorb phosphates and nitrate. Recent studies have focused on biochar impregnated with metal salts to improve phosphates and nitrate adsorption by synthesizing biochars with novel structures and surface properties. Metal salts and metal oxides have been used for the surface modification of biochars. If P removal is the only concern, P adsorption kinetics and capacity are the only important factors. If both of P and N removal and the application of recovery are concerned, however, P and N desorption characteristics and bioavailability are also critical factors to be considered. Most of the researches on impregnated biochars have focused on P removal efficiency and kinetics. In this study, coffee waste is thermally treated to produce biochar and it was impregnated with Mg/Al to enhance phosphates and nitrate adsorption/desorption and P bioavailability to increase its value as a fertilizer. Kinetics of phosphates and nitrate adsorption/desorption and bioavailability analysis were carried out to estimate its potential as a P and N removal adsorbent in wasewater and a fertilizer in soil.
Kang, Kwang Cheol;Kwon, Soo Han;Kim, Seung Soo;Choi, Jong Won;Chun, Kwan Sik
Analytical Science and Technology
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v.19
no.4
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pp.285-289
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2006
In this study, the effect of an acidic treatment on granular activated carbon (GAC) and activated carbon fibers (ACF) was investigated for a $Pb^{2+}$ and $Ni^{2+}$ ion adsorption. 1.0 M nitric acid solution was used as the acid solution for the surface treatment. Surface properties of the GAC and ACF were characterized by the pH, elemental analysis and pHpzc (pH of the point of zero charge). Their specific surface area and the pore structure were also evaluated by the nitrogen adsorption data at 77K. As a result, the acidic treatment led to an increase of the oxygen-containing functional groups. Furthermore, the adsorption capacity of the acid-treated GAC and ACF was improved in the order of acidic-ACF > untreated-ACF > acidic-GAC > untreated-GAC, though the decrease in specific surface area induced by a pore blocking of the functional groups was observed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.655-668
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1994
Conventional deodorization filters using soil and compost reach the capacity limitation of deodorization in short period, because its removal mechanism primarily depends on adsorption. Therefore, in this study the experiment was performed on the removal of ammonia which is a strong inorganic malodor, frequently emitted from night soil treatment plants and sewage treatment plants, by seeding activated sludges on the bio-peat containing higher organic contents, water conservation capacity, permeability and lower pressure drop. As a result, in raw peat filter natural ammonia outlet was observed in consequence of pH increase resulted from ammonia ionizing in liquid phase. Ammonia removal mechanism primarily depended on the adsorption onto the anion colloidal substances in peat. In peat bio-filter, theoretical ammonium salts ratio was higher than that of raw peat, resulted from slight pH increase by microorganism activity, however, the experimetal value of ammonia-nitrogen accumulated in bio-peat was lower than that of raw peat because of nitrification by nitrifying bacteria. In the initial reaction period, adsorption was predominant in the ammonia removal mechanism, but nitrification was conspicuous after the middle period. Mass balance of nitrogen was established using experimental data of input $NH_3$ loading, output $NH_3$ loading, $NH_4{^+}$-N, $NO_x$-N, and Org-N. The critical time of unsteady state, which is the maximum activating point of microorganism in bio-filter, was determined using experimental data, and the ammonia adsorption curve was computed using regression analysis. On the basis of the results obtained by above analysis, the delay days for the saturation of adsoption capacity in peat bio-filter was calculated.
The experimental conditions and relationships between parameters such as organic matter, aeration volume, aeration time, and precipitation time for the effective treatment of domestic wastewater were investigated. With the batch systems, the adsorption amount of unit microbe was measured with the change of MLSS concentration, precipitation time, and aeration amount. Theoretical adsorption amount of microbes was then numerically formulated by use of a SPSS multiple analysis as follows: $$Y=-0.0106(X_1)+0.07310(X_2)+42.705(X_3)+62.700$$ In this study, the amount of organisms to be removed in the range of MLSS concentration 2,000~4,500 mg/l were examined. In order to investigate the optimal condition of nitrification, the upper water in the biosorption stage was used as the initial experiment water. The results showed that the C/N ratio was 1.5 and the reaction time for the optimal nitrification was 1.5 hr. When the adsorption efficiency for microbe biosorption was 66%, the optimum denitrification efficiency was 83.3%. When the optimum parameters obtained from the batch experiment were applied to the lab-scale operation, the total retention time from the flow-in to flow-out was 10 hours and the removal efficiency was 93.8% for $COD_{cr}$ and 80.9% for TN. For the full-scale operation, the total retention time was 9.0 hours and the removal efficiency was 94.4% for BOD, 89.6% for $COD_{cr}$, 88.0% for TN, and 86.2% for TP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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