In this study, zirconium fumarate of metal-organic framework (MOF-801) was solvothermally synthesized at 130 ℃ and characterized through powder X-ray diffraction (PXRD) analyses and porosity measurements from N2 sorption isotherms at 77 K. The ability of MOF-801 to act as an adsorbent for the phosphate removal from aqueous solutions at 25 ℃ was investigated. The phosphate removal efficiency (PRE) obtained by 0.05 g/L adsorbent dose at an initial phosphate concentration of 60 ppm after 3 h was 72.47%, whereas at 5 and 20 ppm, the PRE was determined to be 100% and 89.88%, respectively, after 30 min for the same adsorbent dose. Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and pore volume of the bare MOF-801 sample were 478.25 ㎡/g and 0.52 ㎤/g, respectively, whereas after phosphate adsorption (at an initial concentration of 60 ppm, 3 h), the BET surface area and pore volume were reduced to 331.66 ㎡/g and 0.39 ㎤/g, respectively. The experimental data of kinetic (measured at initial concentrations of 5, 20 and 60 ppm) and isotherm measurements followed the pseudo-second-order kinetic equation and the Freundlich isotherm model, respectively. This study demonstrates that MOF-801 is a promising material for the removal of phosphate from aqueous solutions.
We evaluated the performance of in-situ capping to prevent the release of phenol, one of hazardous chemicals of concern for their impact on sediment. Sediment near the estuary of Hyeongsan River, Korea, and commercially-available sand were collected to evaluate their physical properties and phenol sorption characteristics. Biodegradation kinetics of phenol spiked into the sediment was evaluated under freshwater and estuarine salinity conditions. These experimental measurements were parameterized and used as input parameters for executing CapSim, a software predicting the performance of in-situ capping. The CapSim simulation demonstrated that capping with 50-cm sand reduced the phenol release by several orders of magnitude over 0.25- and 1-year duration for almost all simulation scenarios. The variables tested, i.e., cap thickness, pore-water movement, and biodegradation rate, showed high correlation to each other to influence the extent of phenol release from sediment to the water column. The findings and the framework employed to evaluate the performance of in-situ capping in this study can be adopted to determine whether in-situ capping is appropriate remedial approach at sediment sites impacted by hazardous chemicals due to accidental spills.
The objective of the study, to develop adsorbent based purifier for removal of radiological and nuclear contaminants from contaminated water. In this regard, 3-aminopropyl silica functionalized with ethylenediamine tetraacetic acid (APS-EDTA) adsorbent prepared and characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray Diffraction (XRD). Prepared APS-EDTA used for adsorptive studies of Cs(I), Co(II), Sr(II), Ni(II) and Cd(II) from contaminated water. The effect on adsorption of various parameters viz. contact time, initial concentration of metal ions and pH were also analyzed. The batch method has been employed using metal ions in solution from 1000-10000 ㎍/L, contact time 5-60 min., pH 4-10 and material quantities 50-200 mg at room temperature. The obtained adsorption data were used for drawing Freundlich and Langmuir isotherms model and both models were found suitable for explaining the metal ions adsorption on APS-EDTA. The adsorption data were followed pseudo second order reaction kinetics. The maximum adsorption capacity obtained 1.3037-1.4974 mg/g for above said metal ions. The results show that APS-EDTA have great potential to remove Cd(II), Co(II), Cs(I), Ni(II) and Sr(II) from aqueous solutions through chemisorption and physio-sorption.
Arsenic contamination may be brought about by a variety of natural and anthropogenic causes. Among diverse naturally-occurring chemical speciations of arsenic, trivalent (As(III), arsenite) and pentavalent (As(V), arsenate) forms have been reported to be the most predominant ones. It has been well known that the behavior of arsenic is chiefly affected by aluminum, iron, and manganese oxides. For this reason, this study was initiated to evaluate the applicability of manganese slag (Mn-slag) containing high level of Mn, Si, and Ca as an efficient sorbent of arsenic. The main properties of Mn-slag as a sorbent were investigated and the sorption of each arsenic species onto Mn-slag was characterized from the aspects of equilibrium as well as kinetics. The specific surface area and point of zero salt effect (PZSE) of Mn-slag were measured to be $4.04m^2/g$ and 7.73, respectively. The results of equilibrium experiments conducted at pH 4, 7 and 10 suggest that the sorbed amount of As(V) was relatively higher than that of As(III), indicating the higher affinity of As(V) onto Mn-slag. As a result of combined effect of pH-dependent chemical speciations of arsenic as well as charge characteristics of Mn-slag surface, the sorption maxima were observed at pH 4 for As(V) and pH 7 for As(III). The sorption of both arsenic species reached equilibrium within 3 h and fitting of the experimental results to various kinetic models shows that the pseudo-second-order and parabolic models are most appropriate to simulate the system of this study.
Seon Yong Lee;Chul-Min Chon;Gil-Jae Yim;So-Jeong Kim;Sue A Kang;Young Jae Lee
Economic and Environmental Geology
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v.57
no.5
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pp.577-592
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2024
This study presents the synthesis and characterization of MgAl-layered double hydroxide (LDH)/rice husk hydrochar (RHH) nanocomposites (MgAl-LDH/RHHs) via an in situ one-pot hydrothermal route at 150 ℃, utilizing Mg:Al molar ratio of 2:1 for arsenic remediation. The formation of MgAl-LDH/RHHs and their physicochemical properties were evaluated under varying hydrothermal aging times systematically. Prolonging the aging period to 12 hrs significantly enhanced the crystallinity and crystal size of the LDHs, resulting in a 3D hierarchical structure with the highest specific surface area (27.98 m2/g) formed on the hydrochar surface. The hexagonal crystal structure (d003 = 0.8246 nm) was characterized by a rhombohedral unit cell with lattice parameters a = 0.3049 nm and c = 2.4738 nm, and a high positive charge density of 4.284 e/nm2. These properties were found to be favorable for the sorption of arsenic oxyanions. Batch adsorption experiments were conducted to assess the potential of MgAl-LDH/RHHs-12h for the remediation of arsenic-contaminated soils. The original soil sample (CY) was mechanically sieved into fine-grained (CYF, < 75 ㎛) and coarse-grained (CYC, 75 ㎛-2 mm) fractions. When these soil samples were reacted with deionized water, arsenate was identified as the dissolved arsenic species, with concentrations of 2.85 mg/L for CY, 4.02 mg/L for CYF, and 2.55 mg/L for CYC, respectively. Kinetic sorption experiments, conducted at pH 5.0 and 8.0 in the presence and absence of 0.1 M NaCl as a background electrolyte, revealed that arsenic sorption onto MgAl-LDH/RHHs-12h was inhibited at pH 8 in the presence of NaCl. These findings suggest that effective arsenic sorption requires low pH conditions with minimal background electrolytes in soils.
Kinetic studies using stirred-flow methods were conducted with the Luisiana soil at three pH levels(pH 5, 6.5, and 8) and three temperature levels(10, 25, and $40^{\circ}C$) to explore effects on the rate of silica retention and release and to find out reaction mechanisms. In this study the maximum silica retention could not be obtained for long enough experimental time. The silica sorption isorption was C type fitted well to Freundlich equation. The pH of the soil suspension increased by the silica release process at low pH treatments(pH 5 and 6.5), while decreased at high pH treatment(pH 8). From the above findings It can be deduced that the mechanism of silica retention is a multilayer forming process to change the ligand form depending on pH condition. In the proposed mechanism the sorbed silica provide new binding sites for additional sorption of silica, while the activation energy for the formation of subsequent layers increases correspondingly. The silica retention and release process were well described by first-order and parabolic diffusion equation. However, clear interpretation for silica sorption mechanism using these equations could not be made. The validity of the fraction term (Fa and Fd) included in first-order and parabolic diffusion equation requires further examinations because the temperature effect on apparent rate constant shows no constant trends among temperature treatments, while there was a good trend in Elovich and modified Freundlich equation where the fraction term was not included.
Kim, Jong-Doo;Park, Chul-Hwi;Yun, Yeo-Bog;Lee, Dae-Sung;Kim, Hyo-Jeon;Kang, Seok-Tae
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.1
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pp.26-33
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2017
The objective of this study was to evaluate the characteristic of adsorption by using a meso-porous adsorbent (MPA), and investigate the removal efficiency of geosmin which taste and odor causing compounds in drinking water supplies through batch test. The results for the adsorption isotherm was analyzed by using the Langmuir equation and Freundlich equation, generally being applied. And the study showed that the both Langmuir and Freundlich equation explains the results better. Both of pseudo-first-order model and pseudo-second-order model were respectively applied for evaluation of kinetic sorption property of geosmin onto MPA. The adsorption experiment results using MPA showed that maximum adsorption capacity of MPA was lower 7 times than that of GAC, and adsorption rate of MPA was faster 11 times than that of GAC, on the basis of pseudo-first-order model. Therefore, it was determined that MPA was effectively able to remove geosmin in drinking water supplies in short EBCT condition, but regeneration cycle in MAP process was shorter than that in conventional process.
Park, Jung-Hyun;Jeon, Seong-Hee;Van Khoa, Nguyen;Shin, Chae-Ho
Applied Chemistry for Engineering
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v.20
no.4
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pp.453-458
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2009
Iron-containing TNU-9 zeolites were prepared by aqueous ion exchange in the range of Fe contents 0.6~3.3 wt%. Direct decomposition of $N_2O$ was performed varying $N_2O$ concentrations and reaction temperatures. Fe-TNU-9 zeolites used were characterized using XRD, $N_2$ sorption, SEM/EDX. A 2.7 wt% Fe-TNU-9 zeolite showed high activities and above this contents of Fe the effect of catalytic activity was little dominated. Fe-TNU-9 zeolites after ion exchange conserved their TNU-9 structure although the degree of crystallinity was decreased until ca. 60% in 3.1 wt% Fe-TNU-9 zeolite after ion exchange in 0.01 M Fe solution. The decrease in the degree of crystallinity could be correlated with the decrease of surface area and pore volume. The partial reaction order of $N_2O$ in the decomposition of $N_2O$ was dependent on the reaction temperature from 0.69 at $420^{\circ}C$ to 0.97 at $494^{\circ}C$. The activation energy of $N_2O$ was also dependent on the $N_2O$ concentration and its value is ranged to 34~43 kcal/mol.
The hydration characteristics of barley kernels with various polishing yields were investigated at temperatures of $20-60^{\circ}C$ and their sorption kinetics were studied. The moisture gain in initial stage of hydration was directly proportional to square root of hydration time and there was a break point at the moisture gain of 0.45-0.55g $H_2O/g$ solid. The hydration rate was great in order of polishing yield of 50, 70, 95, 90 and 100%, and increased with increasing hydration temperature. The diffusivity of water into barley kernels followed Arrhenius equation, and the activation energies in hydration reaction of polished barley were ranged from 6.9 to 9.5 Kcal/mole and that of non-polished one was 11.6Kcal/mole.
In this study, conventional biofilters packed with flexible synthetic polyurethane (PU) foam carriers were operated to remove toluene from a contaminated air stream. PU foams containing various adsorbents (e.g., zeolite, sepiolite, dolomite and barite) were synthesized for the biofilter media and their adsorption characteristics of toluene were determined. Adsorption capacity of PU-adsorbent foam was in the order of PU-dolomite ${\approx}$ PU-zeolite > PU-sepiolite > PU-barite. During the biofiltration experiment, influent toluene concentration was in the range of 0-160 ppm and EBRT (i.e., empty bed residence time) was 45 seconds. Pressure drop of the biofilter bed was 4-5 mm $H_2O/m$ column height. The maximum removal capacity was in the order of PU-dolomite > PU-zeolite > PU-sepiolite > PU-barite, while the complete removal capacity was in the order of PU-dolomite > PU-sepiolite > PU-zeolite > PU-barite. The better biofiltration performance in PU-dolomite foam was because PU-dolomite foam had lower density and higher porosity than the others providing favorable conditions for microbial growth. The results of biodegradation kinetic analysis showed that PU-dolomite foam had higher maximum removal rate ($V_m\;=\;11.04\;g$ toluene/kg dry material/day) and saturation constant ($K_s\;=\;26.57\;ppm$) than the other PU foams. This supports that PU-dolomite foam was better than the others for biofilteration of toluene.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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