We conducted this investigation to observe competitive adsorption phenomena among the heavy metals onto the available sorption sites of soil particle surfaces in sandy clay loam and clay soil collected from Nonsan city, Chungnam and Yoosung, Daejeon in Korea, respectively. Polluted and contaminated soils can often contain more than one heavy metal species, resulting in competition for available sorption sites among heavy metals in soils due to complex competitive ion exchange and specific sorption mechanism. And the adsorption characteristics of the heavy metals were reported that the selectivity for the sorption sites was closely related with electropotential and electro negativity carried by the heavy metals. The heavy metals were treated as single, binary and ternary systems as bulk solution phase. Adsorption in multi-element system was different from single-element system as Cr, Pb and Cd. The adsorption isotherms showed the adsorption was increased with increasing equilibrium concentrations. For binary and ternary systems, the amount of adsorption at the same equilibrium concentration was influenced by the concentration of individual ionic species and valence carried by the respective heavy metal. Also we found that the adsorption isotherms of Cd and Pb selected in this experiment were closely related with electronegativity and ionic potential regardless number of heavy metals in solution, while the adsorption of Cr carried higher valance and lower electro negativity than Cd and Pb was higher than those of Cd and Pb, indicating that adsorption of Cr was influenced by ionic potential than by electronegativity. Therefore adsorption in multi-element system could be influenced by electronegativity and ionic potential and valance for the same valance metals and different valance, respectively. But it still needs further investigation with respect to ionic strength and activity in multi-element system to verify sorption characteristics and reaction processes of Cr, especially for ternary system in soils.
Characteristics of cell growth and heavymetal adsorption by recombinant Saccharomyus cerevisiae strains harboring multiple copies of the CUP1 gene encoding metallothione (MT) protein were studied in batch cultures. Recombinant S. cerevisiae strains harboring multiple copies of the CUP1 gene were superior to the host and wild-type yeast strains in terms of cell growth and heavy metal removal, indicating that the copy number of the CUP1 gene for MT expression played an important role in the adsorption of heavy metals. It was suggested that the CUP1 promoter for the MT expression is induced by manganese and zinc as well as copper An optimum copper concentration for MT expression and concomitant adsorption of heavy metals by recombinant S. cerevisiae was found to be 0.31 mM. A nonionic surfactant Triton X-100 enhanced cell growth by 17.7% and removal of zinc by 6.1% compared with the control case.
The adsorption and desorption of Pb, Cd, Co, Zn, Cr, Co, Ni, and Mo on the waste Undaria sp. were studied. Except for Pb. the mono adsorption rate for all heavy metals were lower than that of the heavy metals mixed. However, the adsorption capacity of the heavy metals by 1g of biosorption, in mixed heavy metals increased According to FT-IR analysis of the biosorbent after heavy metal biosorption, the replacement of the functional group by the heavy metals ions could be confirmed and the inverted peaks became larger after heavy metals adsorption. The adsorption equilibrium of heavy metals was reached in about 1 hour. The equilibrium parameters were determined based on Langmuir and Freundlich isotherms. The affinity of metals on the biosorbent decreased in the following order: Pb>Cu>Cr>Cd>Co. The desorption rate decreased in the following sequence: NTA>$H_2SO_4$>HCl>EDTA. The desorption rate of heavy metals by NTA increased with increase in the concentration from 0.1 to 0.3% but the desorption rate became constant beyond 0.3%. Therefore, it represented that desorption rate of heavy metals was suitable under optimized condition ($30^{\circ}C$, pH 2 and 0.3% NTA solution) and was fast with 80% or more the uptake occurring within 10 min of contact time.
In Korea, large amounts of chestnut shell as by-products are produced from food industries. However, most of the by-products exist with no disposal options. Biosorption uses biomass that are either abundant or wastes from industrial operations to remove toxic metals from water. Objective of this research was to evaluate the feasibility of using chestnut shell as by-products for removal of metal ions(Pb, Cu and Cd) from aqueous solution. The chestnut shell was tested for its efficiency for metal removal by adopting batch-type adsorption experiments. The adsorption selectivity of chestnut shell for metals was Pb > Cu > Cd at solution pH 5.5. The Langmuir isotherm adequately described the adsorption of chestnut shell for each metal. Using The maximum adsorption capacity predicted using Langmuir equation was 31.25 mg $g^{-1}$ 7.87 mg $g^{-1}$ and 6.85 mg $g^{-1}$ for Pb, Cu and Cd, respectively. Surface morphology, functional group and existence of metals on chestnut shell surface was confirmed by FT-IR, SEM and EDX analysis. The chestnut shell showed an outstanding removal capability for Pb compared to various adsorbents reported in the literatures. The overall results suggested that chestnut shell might can be used for biosorption of Pb from industrial wastewater.
Heavy metal adsorption on peat was studied to examine the utilization of abundant natural resouces as pollution control. The smaller the peat particle size, the more the heavy metals studied were adsorbed. Adsorption of heavy metals on peat was greater in single metal solutions than in mixed solutions, and the order of adsorption amount on peat was Cu > Cd > Zn. The most effective pH range of the adsorption of Cd, Zn, and Cu was between 4 and 6. With increasing the concentration of heavy metals the amount of adsorption on peat was increased, but the adsorption ratio was decreased. The adsorption of heavy metals on peat was fitted to the Freundlich isotherm and peat was appeared to be an effective adsorbent of the heavy metals. The treatment of polyethyleneimine(PEI) on the peat surface effectively increased adsorption capacity of the heavy metals. Because of its higher energy content, the heavy metal adsorbed peat could be utilized as a energy source. After burning the peat, the reduced peat volume could be save the expenses for waste disposal.
The statistical model was introduced to satisfy various experimental condition on the sorption of heavy metals (Pb, Cu, Cd, and Zn) by bentonite. The Box-Behnken model designed statistically was applied to determine relative impact among three variables such as pH, HCO$_3$ contents and heavy metal concentrations on the sorption. The SAS program was used to obtain the statistical solution. The statistical surface response analysis indicates that initial concentration of heavy metals and pH have an important effect on the sorption, and bicarbonate is not a serious variable. The sorption capability about heavy metals of bentonite is in the order of Pb>Cu>Zn>Cd. The precipitation as hydroxyl and carbonate complexes of heavy metals was thermodynamically analyzed as major mechanism of sorption under alkaline pHs and high bicarbonate solution. It was found that there is a little difference between the model prediction on the precipitation of heavy metals and the results of batch sorption experiment. The thermodynamic data of the programs have to revise to obtain the best fit condition between the model prediction and the experimental results.
The characteristics of heavy metal biosorption on the seaweeds were investigated to develop a biological treatment technology for wastewater polluted with heavy metals. The heavy metal biosorption on seaweeds ranked in the tallowing order: U. pinnatifida$\geq$E. stolonifera$\geq$Laminaria sp.>G. amansii. The Pb was biosorbed in the range of $93{\sim}99%$, and the Cu and Cd were biosorbed in the range of $70{\sim}80%$ at the concentration of the heavy metal of $100mg/{\ell}$ respectively. The seaweed which was pretreated with $CaCl_2$ solution improved the biosorption of the heavy metals. The temperature and pH didn't affect the biosorption of heavy metals. The Langmuir isotherm reasonably fit the data of heavy metal biosorption compared to the Freundlich isotherm. The affinity of metals on the biosorption ranked in the following order: Pb>Zn>Cu>Cd. The biosorption efficiency of the heavy metals on the U. pinnatifida decreased in the multi-component rather than the single component. The heavy metals adsorbed on the U. pinnatifida were recovered using 0.3%-NTA. U. pinnatifida among the seaweed used in this work showed the best performance for the biosorption of the heavy metals.
The statistical modeling was introduced to satisfy various experimental conditions on the sorption of heavy metals (Pb, Cu, Cd, and Zn) by clay minerals, i.e. kaolinite, illite and chlorite. The Box-Behnken model designed statistically was applied to determine a relative impact among three variables such as pH, HCO3(or K) concentration and initial concentration of heavy metals. The SAS program was used to obtain the statistical solution by surface response analysis. The results of a statistical sorption modelling indicated that pH is a strong impact of the variables influencing the sorption of heavy metals. A relative effect between an initial concentration of heavy metals and bicarbonate(or K) concentration is dependent on solution condition. The sorption edge of heavy metals as function of pH shows sigmoidal curve, and a great increase in the range of pH 6~8. The sorption sequence among heavy metals is Cu>Pb>>Zn>Cd. The solution chemistry exerts greater influence on the sorption of heavy metals rather than the crystal chemistry of clay minerals. The potassium exerts some effect into a sorption competition with heavy metals. The research suggests that the statistical modeling is an effective method to demonstrate sorption results in three dimension and to reduce the effort of batch sorption experiment.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.04a
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pp.135-138
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2004
본 연구는 중금속으로 오염된 폐수처리에 있어 친환경적 유기흡착제로서 휴믹물질의 활용성을 평가하기 위한 기초 연구로서 이탄(peat moss)으로부터 Humin을 분리 한 후, 중금속 이온(Cd(II),Cu(II))과의 흡착특성을 조사하였다. 이탄으로부터 추출한 peat-Humin의 함량은 94%이상을 나타냈으며, 분자의 작용기 특성은 일반 토양 휴믹물질(soil humic substance)과 유사하였다. peat-Humin과 중금속 이온(Cd(II),Cu(II))과의 흡착 반응은 5분내에 빠른 흡착형을 보였으며, pH 5-6에서 가장 높은 중금속 제거율을 보였다. pH 3의 산성조건에서도 50%정도의 제거율을 보였다. pH 5에서의 등온흡착 실험결과를 Freundlich 등온식에 적용하여 해석한 결과, 각의 중금속에 대한 peat-Humin의 흡착상수(Kf)는 Cd(II)이 8.07 그리고 Cu(II)가 4.56으로 나타났다.
The adsorption of heavy-elements to zeolite has been investigated at various adsorptional condition for purification of waste water. Four heavy elements, Cd, Cr, Cu and Pb, were examined, because they are concerned to the major heavy-element contamination. The adsorption efficiencies are measured at the different conditions such as adsorption times and pHs. The practical adsorption was achived and reaches to maximum within 30 minute by using of 2-g zeolite for 50 mL of heavy-element solution. The overall adsorption efficiencies for Cr and Cu are high and become better at low pH. Cd and Pb have 95% of adsorption ratio and this is lower than other two elements. Cadmium shows an abnormally low adsorption at low pH.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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