In this study, a magnetic adsorbent was synthesized by growing ferrite nanoparticles substituted with metals (Me = Co, Mn, Ni) on zeolite 4A for the efficient separation of waste adsorbents present in the solution after the adsorption of Cu(II). The metal ferrite grown on the surface of zeolite was prepared by solvothermal synthesis. Characteristics of the magnetic adsorbent were analyzed by X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and physical property measurement system (PPMS). The saturation magnetization of the A type zeolite coated with Co-ferrite (CFZC) was the highest at 5 emu/g and the Cu(II) adsorption performance was also excellent. The adsorption results of Cu(II) on CFZC were well fitted by the Langmuir model at 298 K. Also, the adsorption of Cu(II) on CFZC follows a pseudo-second order kinetic. The Gibbs free energy values (${\Delta}G^0$) ranging from -4.63 to -5.21 kJ/mol indicates that the Cu(II) adsorption is spontaneous in the temeprature range between 298 and 313 K.
Ethylenediaminetetraacetic acid-modified bentonite (EMB) was used for adsorption of zinc ion (Zn) from aqueous solution, compared with unmodified bentonite (UB). Parameters such as dose (0.750 ~ 3.125 g/L), mixing intensity (10 ~ 150 rpm), contact time (0.17 ~ 30 min), pH (2 ~ 7), and temperature (298 ~ 338 K), were studied. Zn removal efficiency for EMB was 20 ~ 30 % higher, than that for UB, in all experiments. Thermodynamic studies demonstrated that adsorption process was spontaneous with Gibb's free energy (${\Delta}G$) values, ranging between -5.211 and -7.175 kJ/mol for EMB, and -0.984 and -2.059 kJ/mol for UB, and endothermic with enthalpy (${\Delta}H$) value of 9.418 kJ/mol for EMB and 7.022 kJ/mol for UB. Adsorption kinetics was found to follow the pseudo-second order kinetics model, and its rate constant was 3.41 for EMB and $2.00g/mg{\cdot}min$ for UB. Adsorption equilibrium data for EMB were best represented by the Langmuir adsorption isotherm, and calculated maximum adsorption capacity was 2.768 mg/g. It was found that the best conditions for Zn removal of EMB within the range of operation used, were 3.125 g/L dose, 90 rpm intensity, 10 min contact time, pH 4, and 338 K. Therefore, EMB has good potential for adsorption of Zn.
Activated carbon (AC) was synthesized from Phoenix dactylifera stones and then modified by $CoFe_2O_4$ magnetic nanocomposite for use as a Cr(VI) adsorbent. Both $AC/CoFe_2O_4$ composite and AC were fully characterized by FTIR, SEM, XRD, TEM, TGA, and VSM techniques. Based on the surface analyses, the addition of $CoFe_2O_4$ nanoparticles had a significant effect on the thermal stability and crystalline structure of AC. Factors affecting chromium removal efficiency like pH, dosage, contact time, temperature, and initial Cr(VI) concentration were investigated. The best pH was found 2 and 3 for Cr adsorption by AC and $AC/CoFe_2O_4$ composite, respectively. The presence of ion sulfate had a greater effect on the chromium sorption efficiency than nitrate and chlorine ions. The results illustrated that both adsorbents can be used up to seven times to adsorb chromium. The adsorption process was examined by three isothermal models, and Freundlich was chosen as the best one. The experimental data were well fitted by pseudo-second-order kinetic model. The half-life ($t_{1/2}$) of hexavalent chromium using AC and $AC/CoFe_2O_4$ magnetic composite was obtained as 5.18 min and 1.52 min, respectively. Cr(VI) adsorption by AC and $AC/CoFe_2O_4$ magnetic composite was spontaneous and exothermic. In general, our study showed that the composition of $CoFe_2O_4$ magnetic nanoparticles with AC can increase the adsorption capacity of AC from 36 mg/L to 70 mg/L.
The potentials of NixZn1-xFe2O4 (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0) nanoadsorbents were investigated for removal of Cd and Cr from contaminated water from an electroplating industry in Himachal Pradesh, India. Optimal values were recorded under batch adsorption experiments performed to remove dissolved heavy metal ions from industrial wastewater. The specific surface area (SSA) of nanoadsorbents perceived to vary in a range 35.75-45.29 cm2/g and was calculated from the XRD data. The influence of two operating parameters, contact time and dopant (Ni) concentration was also investigated at pH ~7 with optimum dosage. Kinetic studies were conducted within a time range of 2-10 min with rapid adsorption of cadmium and chromium ions onto Ni0.2Zn0.8Fe2O4 nanoadsorbents. Pseudo-second-order kinetic model was observed to be well fitted with the adsorption data that confirmed the only existence of chemisorption throughout the adsorption process. The maximum adsorption efficiency values observed for Cd and Cr were 51.4 mg/g and 40.12 mg/g, respectively for different compositions of prepared series of nanoadsorbents. The removal percentage of Cd and Cr was found to vary in a range of 47.7%-95.25% and 21%-50% respectively. The prepared series of nanoferrite found to be suitable enough for adsorption of both heavy metal ions.
Arsenic is a highly toxic element, and its contamination is widespread around the world. The natural materials with high selectivity and efficiency toward pollutants are important in wastewater treatment technology. In this study, the mesoporous synthetic hectorite was synthesized by facile hydrothermal crystallization of gels comprising silica, magnesium hydroxide, and lithium fluoride. Additionally, the naturally available clay was modified using zirconium at room temperature. Both synthetic and modified natural clays were employed in the removal of arsenate from aquatic environments. The materials were fully characterized by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform-infrared (FT-IR) analyses. The synthesized materials were used to remove arsenic (V) under varied physicochemical conditions. Both materials, i.e., Zr-bentonite and Zr-hectorite, showed high percentage removal of arsenic (V) at lower pH, and the efficiency decreased in an alkaline medium. The equilibrium-state sorption data agrees well with the Langmuir and Freundlich adsorption isotherms, and the maximum sorption capacity is found to be 4.608 and 2.207 mg/g for Zr-bentonite and Zr-hectorite, respectively. The kinetic data fits well with the pseudo-second order kinetic model. Furthermore, the effect of the background electrolytes study indicated that arsenic (V) is specifically sorbed at the surface of these two nanocomposites. This study demonstrated that zirconium intercalated synthetic hectorite as well as zirconium modified natural clays are effective and efficient materials for the selective removal of arsenic (V) from aqueous medium.
Perfluorooctanoic acid(PFOA) was one of widely used per- and poly substances(PFAS) in the industrial field and its concentration in the surface and groundwater was found with relatively high concentration compared to other PFAS. Since various processes have been introduced to remove the PFOA, adsorption using GAC is well known as a useful and effective process in water and wastewater treatment. Surface modification for GAC was carried out using Cu and Fe to enhance the adsorption capacity and four different adsorbents, such as GAC-Cu, GAC-Fe, GAC-Cu(OH)2, GAC-Fe(OH)3 were prepared and compared with GAC. According to SEM-EDS, the increase of Cu or Fe was confirmed after surface modification and higher weight was observed for Cu and Fe hydroxide(GAC-Cu(OH)2 and GAC-Fe(OH)3, respectively). BET analysis showed that the surface modification reduced specific surface area and total pore volumes. The highest removal efficiency(71.4%) was obtained in GAC-Cu which is improved by 17.9% whereas the use of Fe showed lower removal efficiency compared to GAC. PFOA removal was decreased with increase of solution pH indicating electrostatic interaction governs at low pH and its effect was decreased when the point of zero charges(pzc) was negatively increased with an increase of pH. The enhanced removal of PFOA was clearly observed in solution pH 7, confirming the Cu in the surface of GAC plays a role on the PFOA adsorption. The maximum uptake was calculated as 257 and 345 ㎍/g for GAC and GAC-Cu using Langmuir isotherm. 40% and 80% of removal were accomplished within 1 h and 48 h. According to R2, only the linear pseudo-second-order(pso) kinetic model showed 0.98 whereas the others obtained less than 0.870.
The kinetic and thermodynamic parameters of Acid Red 66, adsorbed by granular activated carbon, were investigated on areas of initial concentration, contact time, and temperature. The adsorption equilibrium data were applied to Langmuir, Freundlich, Temkin, Redlich-Peterson, and Temkin isotherms. The agreement was found to be the highest in the Freundlich model. From the determined Freundlich separation factor (1/n = 0.125 ~ 0.232), the adsorption of Acid Red 66 by granular activated carbon could be employed as an effective treatment method. Temkin's constant related to adsorption heat (BT = 2.147 ~ 2.562 J mol-1) showed that this process was physical adsorption. From kinetic experiments, the adsorption process followed the pseudo-second order model with good agreement. The results of the intraparticle diffusion equation showed that the inclination of the second straight line representing the intraparticle diffusion was smaller than that of the first straight line representing the boundary layer diffusion. Therefore, it was confirmed that intraparticle diffusion was the rate-controlling step. From thermodynamic experiments, the activation energy was determined as 35.23 kJ mol-1, indicating that the adsorption of Acid Red 66 was physical adsorption. The negative Gibbs free energy change (ΔG = -0.548 ~ -7.802 kJ mol-1) and the positive enthalpy change (ΔH = +109.112 kJ mol-1) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, respectively. The isosteric heat of adsorption increased with the increase of surface loading, indicating lateral interactions between the adsorbed dye molecules.
The isotherm, kinetic, and thermodynamic parameters of reactive blue 4 adsorbed by activated carbon were investigated for activated carbon dose, pH, initial concentration, contact time, and temperature data. The adsorption of the RB 4 dye by activated carbon showed a concave shape in which the percentage of adsorption increased in both directions starting from pH 7. The isothermal adsorption data were applied to Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherms. Both Freundlich and Langmuir isothermal adsorption models fit well. From determined Freundlich separation factor (1/n = 0.125 ~ 0.232) and Langmuir separation factor (RL = 1.53 ~ 1.59), adsorption of RB 4 by activated carbon could be employed as an effective treatment method. The constant related to the adsorption heat (BT = 2.147 ~ 2.562 J mol-1) of Temkin showed that this process was physical adsorption. From kinetic experiments, the adsorption process followed the pseudo second order model with good agreement. The results of the intraparticle diffusion model showed that the inclination of the first straight line representing the surface diffusion was smaller than that of the second straight line representing the intraparticle pore diffusion. Therefore, it was confirmed that intraparticle pore diffusion is the rate-controlling step. The negative Gibbs free energy change (ΔG = -3.262 ~ -7.581 kJ mol-1) and the positive enthalpy change (ΔH = 61.08 kJ mol-1) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, proving this process to be spontaneous and endothermic.
Adsorption equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of a brilliant green from aqueous solutions at various initial dye concentration (10~30 mg/L), contact time (1~24 h) and temperature (298~318 K) on zeolite were studied in a batch mode operation. The equilibrium adsorption values were analyzed by Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich model. The results indicate that Langmuir and Freundlich model provides the best correlation of the experimental data. Base on the estimated values of Langmuir dimensionless separation factor ($R_L=0.041{\sim}0.057$) and Freundlich constant (1/n=0.30~0.47), this process could be employed as effective treatment method. calculated values of adsorption energy by Dubinin-Radushkevich model were 1.564~1.857 kJ/mol corresponding to physical adsorption. The adsorption kinetics of brilliant green were best described by the pseudo second-order rate model and followed by intraparticle diffusion model. Thermodynamic parameters such as activation energy, free energy, enthalpy and entropy were calculated to estimate nature of adsorption. negative Gibbs free energy (-10.3~-11.4 kJ/mol), positive enthalpy change (49.48 kJ/mol) and Arrehenius activation energy (27.05 kJ/mol) indicates that the adsorption is spontaneous, endothermic and physical adsorption process, respectively.
Park, Jeong-Woo;Ly, Hoang Vu;Oh, Changho;Kim, Seung-Soo
Clean Technology
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v.25
no.2
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pp.129-139
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2019
Bamboo is an evergreen perennial plant, and it is known as one of the most productive and fastest-growing plants in the world. It grows quickly in moderate climates with only moderate water and fertilizer. Traditionally in Asia, bamboo is used for building materials, as a food source, and as versatile raw materials. Bamboo as a biomass feedstock can be transformed to prepare activated carbon using the thermal treatment of pyrolysis. The effect of process variables such as carbonization temperature, activation temperature, activation time, the amount of steam, and the mixing ratio of phosphoric acid and bamboo were systematically investigated to optimize the preparation conditions. Steam activation was proceeded after carbonization with a vapor flow rate of $0.8{\sim}1.8mL-H_2O\;g-char^{-1}\;h^{-1}$ and activation time of 1 ~ 3 h at $700{\sim}900^{\circ}C$. Carbon yield and surface area reached 2.04 ~ 20.59 wt% and $499.17{\sim}1074.04m^2\;g^{-1}$, respectively, with a steam flow rate of $1.4mL-H_2O\;g-char^{-1}\;h^{-1}$ for 2 h. Also, the carbon yield and surface area were 24.67 wt% and $1389.59m^2\;g^{-1}$, respectively, when the bamboo and phosphoric acid were mixed in a 1:1 weight ratio ($700^{\circ}C$, 2 h, $1.4mL-H_2O\;g-char^{-1}\;h^{-1}$). The adsorption of methylene blue into the bamboo activated carbon was studied based on pseudo first order and second order kinetics models. The adsorption kinetics were found to follow the pseudo second order model, which is governed by chemisorption.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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