Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.7
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pp.667-674
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2020
The adsorption of reactive orange 16 (RO 16) dye by activated carbon was investigated using the amount of adsorbent, pH, initial concentration, contact time and temperature as adsorption variables. The investigated process parameters were separation coefficient, rate constant, rate controlling step, activation energy, enthalpy, entropy, and free energy. The adsorption of RO 16 was the highest at pH 3 due to the electrostatic attraction between the cations (H+) on the surface of the activated carbon and the sulfonate ions and hydroxy ions possessed by RO 16. Isotherm data were fitted into Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models by applying the evaluated separation factor of Langmuir (RL=0.459~0.491) and Freundlich (1/n=0.398~0.441). Therefore, the adsorption operation of RO 16 by activated carbon was confirmed as an appropriate removal method. Temkin's adsorption energy indicated that this adsorption process was physical adsorption. The adsorption kinetics studies showed that the adsorption of RO 16 follows the pseudo-second-order kinetic model and that the rate controlling step in the adsorption process was the intraparticle diffusion step. The positive enthalpy change indicated an endothermic process. The negative Gibbs free energy change decreased in the order of -3.16 <-11.60 <-14.01 kJ/mol as the temperature increased. Therefore, it was shown that the spontaneity of the adsorption process of RO 16 increases with increasing temperature.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.7
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pp.1193-1203
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2000
In this study, in order to remove Cd(II) from aqueous solutions, strongly acidic cation exchange resin(SK1B) by Diaion Co. was employed as an adsorbent. Experiments were mainly performed in two parts at room temperature($25{\pm}5^{\circ}C$) : batch tests and adsorption kinetics tests. In batch tests adsorption equilibrium time, pH effects, temperature effects, several adsorption isotherms, and finally desorption tests were examined. In differential bed tests, an optimum flow rate and an overall adsorption rate were obtained. In the batch experiment, adsorption capability increased with pH and became constant above pH 6 and adsorption quantity increased with temperature. Batch experimental data found that Freundlich and Sips adsorption isotherms were more favorable than Langmuir adsorption isotherm over the range of concentration (5~15ppm). The desorbent used in the desorption test was hydrochloric acid solution with different concentrations(0.01~2N). The degree of regeneration increased with concentration of desorbent and decreased slightly with the number of regeneration. In the continuous flow process using a differential bed reactor, the optimum flow rate was $564m{\ell}/min$ above which the film diffusion resistance was minimized. The overall adsorption rate for the removal of Cd(II) by cation exchange resin was found as follows ; $r=1.3785C_{fc}^{1.2421}-2.0907{\times}10^{0.0746C_i}\;q_e^{0.0121C_i-0.0301}$
To clarify the mechanism of silica adsorption to soil, kinetic study using continuous stirred-flow method was conducted with the Luisiana soil at three pH levels (pH 5.0, 6.5, and 8.0). Silica adsorption increased continuously without showing the maximum adsorption for long enough experimental time. Kinetic curve of silica adsorption could be divided into two stage processes. The first stage process was fitted well to the following equation with highly significant correlation coefficient : $$R_{ad}=K_a*(Q_{OH}^S)^n$$ where, $R_{ad}$ is silica adsorption rate($Si\;{\mu}mal/min$). $Q_{OH}^S$ is the negative charge sites on the soil surface created by alkali titration, and $K_a$ and n are constants. The "n" value of the first stage process was 1.1. This value indicates that the silica adsorption is accomplished by the monodendate ligand bonding. The second stage process was fitted well to the following equation : $$R_{ad}=K_b*(pH)$$ where, $K_b$ is a constant. The equation indicates that the silica adsorption is not proportional to the $OH^-$ ion concentration. Rather, the increasing pattern of silica adsorption rate with the increase of $OH^-$ ion concentration would decrease exponentially.
This article presents an original work on kinetically studying the selective adsorption and recognition by molecularly imprinted polymer (MIP). With S-naproxen as template, the imprinted polymer was prepared. The result indicates that the prepared polymer shows a more complicated sorption toward S-naproxen than toward its enantiomer R-naproxen. The rate constant in the case of template appears to be a variable. There are also significant deviations from the idealized Langmuir model. Related information indicates that these, in logic, can be a result of biomimic structural and functional complements between imprint and the template, which makes the polymer capable of selectively recognizing the imprint species.
Eosin Y is used a colorant and dye but eosin Y is harmful toxic substance. In this study, the adsorption characteristics of granular activated carbon have been investigated for the adsorption of eosin dye dissolved in water. The effects of initial dye concentration, contact time, pH and temperature on adsorption of eosin by a fixed amount of activated carbon have been studied in batch adsorber and fixed bed. The adsorptivity of activated carbon for eosin Y were largely improved by pH control. When the pH was 3 in the sample, the eosin Y could be removed 99% of initial concentration (10 mg/L). The adsorption equilibrium data are successfully fitted to the Freundlich isotherm equation in the temperature range from 293 to 333 K. The estimated values of k and ${\beta}$ are 19.56-134.62, 0.442-0.678, respectively. The effects of the operation conditions of the fixed bed on the breakthrough curve were investigated. When the inlet eosin Y concentration is increased from 10 to 30 mg/L, the corresponding adsorption breaktime appears to decrease from 470 to 268 min at bed height of 3 cm and a constant flow rate of 2 g/min. When the initial eosin Y flow rate is increased from 1 to 3 g/min, the corresponding adsorption breaktime appears to decrease from 272 to 140 min at bed height of 3 cm and inlet concentration of 10 mg/L. Also, breaktime increased with increasing bed height at flow rate of 2 g/min and inlet concentration of 10 mg/L. And length of adsorption zone showed similar patterns.
The phase-shift method for determining the Langmuir, Frumkin, and Temkin adsorption isotherms ($\theta_H\;vs.\;E$) of H for the cathodic $H_2$ evolution reaction (HER) at a Pt/0.1 M KOH solution interface has been proposed and verified using cyclic voltammetric, differential pulse voltammetric, and electrochemical impedance techniques. At the Pt/0.1 M KOH solution interface, the Langmuir and Temkin adsorption isotherms ($\theta_H\;vs.\;E$), the equilibrium constants ($K_H=2.9X10^{-4}mol^{-1}$ for the Langmuir and $K_H=2.9X10^{-3}\exp(-4.6\theta_H)mol^{-1}$ for the Temkin adsorption isotherm), the interaction parameters (g=0 far the Langmuir and g=4.6 for the Temkin adsorption isotherm), the rate of change of the standard free energy of $\theta_H\;with\;\theta_H$ (r=11.4 kJ $mol^{-1}$ for g=4.6), and the standard free energies (${\Delta}G_{ads}^{\circ}=20.2kJ\;mol^{-1}$ for $k_H=2.9\times10^{-4}mol^{-1}$, i.e., the Langmuir adsorption isotherm, and $16.7<{\Delta}G_\theta^{\circ}<23.6kJ\;mol^{-1}$ for $K_H=2.9\times10^{-3}\exp(-4.6\theta_H)mol^{-1}$ and $0.2<\theta_H<0.8$, i.e., the Temkin adsorption isotherm) of H for the cathodic HER are determined using the phase-shift method. At intermediate values of $\theta_H$, i.e., $0.2<\theta_H<0.8$, the Temkin adsorption isotherm ($\theta_H\;vs.\;E$) corresponding to the Langmuir adsorption isotherm ($\theta_H\;vs.\;E$), and vice versa, is readily determined using the constant conversion factors. The phase-shift method and constant conversion factors are useful and effective for determining the Langmuir, Frumkin, and Temkin adsorption isotherms of intermediates for sequential reactions and related electrode kinetic and thermodynamic data at electrode catalyst interfaces.
Adsorption characteristics of erythrosine dye onto the activated carbon has been investigated in a batch system with respect to initial concentration, contact time and temperature. Kinetic studies of the adsorption of erythrosine were carried out at 298 K, using aqueous solutions with 100, 250 and 500 mg/L concentration of erythrosine. The adsorption process followed a pseuo second order model, and the adsorption rate constant (k2) decreased with increasing the initial concentration of erythrosine. The equilibrium process can be well discribed by Freundlich isotherm in the temperature range from 298 to 318 K. Free energy of adsorption (${\Delta}G^o$), enthalpy (${\Delta}H^o$), and entropy (${\Delta}S^o$) change were calculated to predict the nature the adsorption. The estimated values for ${\Delta}G^o$ were -3.72~-9.62 kJ/mol over the activated carbon at 250 mg/L, indicated toward a spontaneous process. The positve value for ${\Delta}H^o$ indicates that the adsorption of erythrosine dye on activated carbon is an endothermic process.
Allura Red (AR) is a water-soluble harmful tar-based food colorant (FD & C Red 40). Batch adsorption studies were performed for the removal of AR using bituminous coal based granular activated carbon as adsorbent by varying the operation parameters such as adsorbent dosage, initial concentration, contact time and temperature. Experimental equilibrium adsorption data were analyzed by Langmuir, Freundlich and Temkin isotherms. The equilibrium process was described well by Freundlich isotherm. From determined separation factor ($R_L$), adsorption of AR by granular activated carbon could be employed as effective treatment method. Temkin parameter, B was determined to 1.62~3.288 J/mol indicating a physical adsorption process. By estimation of adsorption rate experimental data, the value of intraparticle diffusion rate constant ($k_m$) increased with the increasing adsorption temperature. The adsorption process were found to confirm to the pseudo second order model with good correlation. Thermodynamic parameters like change of free energy, enthalpy, and entropy were also calculated to predict the nature adsorption in the temperature range of 298~318 K. The negative Gibbs free energy change (${\Delta}G$ = -2.16~-6.55 kJ/mol) and the positive enthalpy change (${\Delta}H$ = + 23.29 kJ/mol) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, respectively.
The adsorption of disperse yellow 3 (DY 3) on granular activated carbon (GAC) was investigated for isothermal adsorption and kinetic and thermodynamic parameters by experimenting with initial concentration, contact time, temperature, and pH of the dye as adsorption parameters. In the pH change experiment, the adsorption percent of DY 3 on activated carbon was highest in the acidic region, pH 3 due to electrostatic attraction between the surface of the activated carbon with positive charge and the anion (OH-) of DY 3. The adsorption equilibrium data of DY 3 fit the Langmuir isothermal adsorption equation best, and it was found that activated carbon can effectively remove DY 3 from the calculated separation factor (RL). The heat of adsorption-related constant (B) from the Temkin equation did not exceed 20 J mol-1, indicating that it is a physical adsorption process. The pseudo second order kinetic model fits well within 10.72% of the error percent in the kinetic experiments. The plots for Weber and Morris intraparticle diffusion model were divided into two straight lines. The intraparticle diffusion rate was slow because the slope of the stage 2 (intraparticle diffusion) was smaller than that of stage 1 (boundary layer diffusion). Therefore, it was confirmed that the intraparticle diffusion was rate controlling step. The free energy change of the DY 3 adsorption by activated carbon showed negative values at 298 ~ 318 K. As the temperature increased, the spontaneity increased. The enthalpy change of the adsorption reaction of DY 3 by activated carbon was 0.65 kJ mol-1, which was an endothermic reaction, and the entropy change was 2.14 J mol-1 K-1.
The adsorption characteristics of amatanth dye by granular activated carbon were experimently investigated in the batch adsorption. Kinetic studies of adsorption of amaranth dye were carried out at 298, 308 and 318 K, using aqueous solutions with 100, 200 and 300 mg/L initial concentration of amatanth. It was established that the adsorption equilibrium of amaranth dye on granular activated carbon was successfully fitted by Langmuir isotherm equation at 298 K. The pseudo first order and pseudo second order models were used to evaluate the kinetic data and the pseudo second order kinetic model was the best with good correlation. Values of the rate constant ($k_2$) have been calculated as 0.1076, 0.0531, and 0.0309 g/mg h at 100, 200 and 300 mg/L initial concentration of amatanth, respectively. Thermodynamic parameter such as activation energy, standard enthalpy, standard entropy and standard free energy were evaluated. The estimated values for standard free energy were -5.08 - -8.10 kJ/mol over activated carbon at 200 mg/L, indicated toward a spontaneous process. The positive value for enthalpy, 38.89 kJ/mol indicates that adsorption interaction of amatanth dye on activated carbon is an endothermic process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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