In the present work, Arthrobacter sp. 25, a lead-tolerant bacterium, was assayed to remove lead(II) from aqueous solution. The biosorption process was optimized by response surface methodology (RSM) based on the Box-Behnken design. The relationships between dependent and independent variables were quantitatively determined by second-order polynomial equation and 3D response surface plots. The biosorption mechanism was explored by characterization of the biosorbent before and after biosorption using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, and Fourier transform infrared spectroscopy. The results showed that the maximum adsorption capacity of 9.6 mg/g was obtained at the initial lead ion concentration of 108.79 mg/l, pH value of 5.75, and biosorbent dosage of 9.9 g/l (fresh weight), which was close to the theoretically expected value of 9.88 mg/g. Arthrobacter sp. 25 is an ellipsoidal-shaped bacterium covered with extracellular polymeric substances. The biosorption mechanism involved physical adsorption and microprecipitation as well as ion exchange, and functional groups such as phosphoryl, hydroxyl, amino, amide, carbonyl, and phosphate groups played vital roles in adsorption. The results indicate that Arthrobacter sp. 25 may be potentially used as a biosorbent for low-concentration lead(II) removal from wastewater.
Janghee Lee;Seungsoo Jang;Min-Jae Lee;Woo-Sung Cho;Joo Yeon Kim;Sangsoo Han;Sung Gyun Shin;Sun Young Lee;Dae Hyuk Jang;Miyong Yun;Song Hyun Kim
Journal of Radiation Protection and Research
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v.48
no.4
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pp.175-183
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2023
Background: Recently, biological adsorbents have been developed for removing radionuclides from radioactive liquid waste due to their high selectivity, eco-friendliness, and renewability. However, since they can be damaged by radiation in radioactive waste, a method for estimating the bio-adsorbent performance as a time should consider the radiation damages in terms of their renewability. This paper aims to develop a simulation method that applies a deep learning technique to rapidly and accurately estimate the adsorption performance of bio-adsorbents when inserted into liquid radioactive waste. Materials and Methods: A model that describes various interactions between a bio-adsorbent and liquid has been constructed using numerical methods to estimate the adsorption capacity of the bio-adsorbent. To generate datasets for machine learning, Monte Carlo N-Particle (MCNP) simulations were conducted while considering radioactive concentrations in the adsorbent column. Results and Discussion: Compared with the result of the conventional method, the proposed method indicates that the accuracy is in good agreement, within 0.99% and 0.06% for the R2 score and mean absolute percentage error, respectively. Furthermore, the estimation speed is improved by over 30 times. Conclusion: Note that an artificial neural network can rapidly and accurately estimate the survival rate of a bio-adsorbent from radiation ionization compared with the MCNP simulation and can determine if the bio-adsorbents are reusable.
People spend approximately 80 ~ 90 % of their time in various kinds of indoor spaces. And, in metropolitan area, most people spend more than 1 hour in public transportation everyday. For this reason, people's interest in the indoor air quality is drastically increasing. Among various indoor air pollutants, $CO_2$ is one of the most severe environmental concerns. Ventilation is commonly used to keep low $CO_2$ concentration in the passenger cabin. However, ventilation may worse the indoor air quality problem in case of subway because the tunnel is seriously polluted by particulate matters. In this study, an alternative way to remove $CO_2$ was suggested. The adsorption of $CO_2$ by $CO_2$ adsorbent was studied. Zeolite modified with base was prepared, and $CO_2$ removal performance was tested in $4m^3$ and $24m^3$ environmental chambers. It was found that $CO_2$ adsorbent could effectively remove $CO_2$ in the chambers.
CEDI-BPM(Continuous Electrodeionization-Bipolar Membrane) has advantages due to high ion permselectivity through ion exchange membranes and the production of $H^+$ and $OH^-$ ions on the bipolar membrane surfaces for regeneration of ion exchange resin during electrodeionization operation. In this study, hardness materials were removed by the CEDI-BPM without scale formation and the ion exchange resins were electrically regenerated during the operation. The adsorption characteristic of ion exchange resin surface, the influence of flow rate on the hardness removal and electric regeneration were investigated in the study. The removal efficiency of Ca was higher than that of Mg in the CEDI-BPM, which was related to the high adsorption capacity of Ca on the cation exchange resin. With increasing flow rate, the flux of Ca and Mg was enhanced by the permselectivity of a cation exchange membrane. In the electric regeneration of CEDI-BPM, it was shown that the regeneration efficiency was higher with a lower regeneration potential applied between cathode and anode.
In this experiment we transformed the Ca-bentonite into Na-bentonite with two inorganic Na-chemicals under different temperatures. These two Na-chemicals were selected among five different Na-chemicals which carries Na as cation. The swelling capacity of the Na chemical-treated bentonite was increased with increasing Na concentration, while the maximum concentration of Na solution decreased with increasing temperature. $Na_2CO_3$ was most effective in exchanging Ca ions and resulting in the highest swelling index among the Na-chemicals. The swelling index was significantly increased with increasing temperature to $100^{\circ}C$. But the equilibration time reversely affected the swelling index due to a rapid increase in evaporation of water. Within same amount of Na treatment SI slightly decreased not only with increasing contacting time but also with increasing temperature. The adsorption for the transformed Na-bentonite was increased with increasing equilibrium concentrations of Pb and Cd ions for all the activated Na-B and indigenous Ca-B and Na-B while the adsorbability of $Pb^{2+}$ onto each Na-B sample is more than that of $Cd^{2+}$. And the maximum adsorption capacity sequence of Na-B samples for Pb and Cd has been found to be 5 % $Na_2CO_3.$ - 5 % $NaHCO_3$ > 3 % $NaHCO_3$ > 3 % $Na_2CO_3$ > 1 % $NaHCO_3$ > 1 % $Na_2CO_3$ > indigenous Na-B > indigenous Ca-B, showing that there are contradictory results about the relationship of cation adsorption to CEC.
Sang-Woo Lee;Woo-Chun Lee;Seong Hee Kim;Sang Heon Jeong;Bo Young Lee;Sang-Hwan Lee;Soon-Oh Kim
Korean Journal of Mineralogy and Petrology
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v.36
no.1
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pp.19-32
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2023
This study was conducted to remove fluorine (F) (initial concentration of 9.5 mg/L) from leachate of reclaimed mine waste dump site via different methods: (1) co-precipitation using Ca-based materials; (2) adsorption using activated carbon and fly ash; and (3) coagulation and sedimentation using alum. The F removal efficiencies of each case were estimated as 65.6% (Ca co-precipitation), 27.9% (adsorption of activated carbon), 71.5% (adsorption of fly ash), and 96.6% (alum coagulation and sedimentation). In addition, the applicability of the continuous treatment process using alum coagulation was evaluated by lab-scale experiments using simulated mine drainage containing F of lower (6.4 mg/L) and higher (15.7 mg/L) concentrations, and it was confirmed that the treatment of both cases met the domestic standard (below 3 mg/L) for discharged water in clean areas. Furthermore, the results of bench-scale field tests indicated that the water quality standard of discharged water could be satisfied with the proper operation and management of the process.
In order to understand the breakthrough behaviour of iodine vapours on impregnated carbon systems, an active carbon, 80 CTC grade, $12{\times}30$ BSS particle size and $1104\;m^2/g$ surface area, was impregnated with metal salts such Cu, Cr, Ag, Mo and Zn, and an organic compound Triethylene diamine (TEDA) to prepare different carbon systems such as whetlerite, whetlerite/TEDA, whetlerite/KI/KOH and ASZMT. The prepared adsorbents along with active carbon were characterized for surface area and pore volume by $N_2$ adsorption at liquid nitrogen temperature. These carbon systems were compared for their CT (concentration X time) values at 12.73 to 53.05 cm/sec space velocities and 2 to 5 cm carbon column bed heights. The carbon column of 5.0 cm bed height and 1.0 cm diameter was found to be providing protection against iodine vapours up to 5.5 h at 3.712 mg/L iodine vapour concentration and 12.73 cm/sec space velocity. The study clearly indicated the adsorption capacities of carbon systems to be directly proportional to their surface area values. Dead layer with all the prepared carbon systems was found to be less than 2.0 cm indicating it to be minimum bed height to have protection against $I_2$ vapours. Effect of carbon bed height and flow rate was also studied. The active carbon showed maximum protection at all bed heights and flow rates in comparison to all other impregnated carbon systems, showing that only physical adsorption is responsible for the removal of iodine vapours.
In this study, the heterogeneous ion exchange membranes prepared by the combination of the carbon electrode and mixed the cation and anion exchange polymers and polyvinylidene fluoride as the basic polymer together were made to recognize the efficiency of the salt removal for the application of the membrane capacitive deionization process. The mixing weight ratio of the solvent, basic polymer and ion exchange resin was 7 : 2 : 1 and this mixed solution was directly cast on the electrode. As for the operating conditions of the adsorption voltage and time, feed flow rate, desorption voltage and time of the feed solution NaCl 100 mg/L, the salt removal efficiencies (SRE) were measured. Apart from this NaCl, the $CaCl_2$ and $MgSO_4$ solutions were investigated in terms of SRE as well. Typically, SRE for NaCl 100 mg/L solution under the conditions of adsorption voltage/time, 1.5 V/3 min, desorption voltage/time -0.1 V/3 min, was shown 98%. And for the $CaCl_2$ and $MgSO_4$ solutions, the SREs of 70 and 59% were measured under the conditions of adsorption voltage/time, 1.2 V/3 min, desorption voltage/time -0.5 V/5 min, respectively.
Kang, Jin Kyun;Chung, Yong Sik;Bai, Byong Chol;Ryu, Ji Hyun
Journal of Adhesion and Interface
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v.21
no.2
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pp.51-57
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2020
Recently, there has been growing interest in the study of removal of harmful and hazardous pollutants emitted by industrial activities. In this study, we have developed porous activated carbon fibers prepared by a water vapor activation method and analyzed the adsorptions of the harmful gases with electrochemical responses of activated carbon fibers. To control the uniformity of pore structures, active reaction areas, and active sites, the reaction conditions of activation temperatures were varied from 750 to 850 ℃ with the predetermined reaction time intervals (30 to 240 min). The SO2 and NO gas adsorptions of activated carbon fibers prepared by various reaction conditions were analyzed and monitored by electrochemical sensor responses. In particular, the activated carbon fibers prepared at the reaction temperature of 850 ℃ and time of 45 min showed the highest specific surface area (1,041.9 ㎡/g) and pore characteristics (0.42 ㎤/g), and excellent adsorption capabilities of SO2 (1.061 mg/g) and NO (1.210 mg/g) gases, respectively.
Choi, Han Ah;Park, Ha Neul;Moon, Hye Woon;Kim, Eun Bin;Jang, Yeon Woo;Won, Sung Wook
Clean Technology
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v.23
no.2
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pp.188-195
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2017
This research studied the adsorption of basic dye, Basic Blue 3 (BB3) by using coal-based granular activated carbon (C-GAC) from aqueous solution. All experiments were performed in batch processes, and adsorption parameters such as C-GAC dosage, contact time, initial dye concentration and temperature were evaluated. The removal efficiency of BB3 was increased with increasing the C-GAC dosage and 100% of initial concentration, $50mg\;L^{-1}$ was removed above 0.2 g of C-GAC. Also, the time to reach equilibrium depended on the initial dye concentration. According to the Langmuir model, the maximum uptakes of C-GAC were calculated to be 66.45, 84.97 and $87.19mg\;g^{-1}$ at 25, 35 and $45^{\circ}C$, respectively. In addition, thermodynamic parameters such as Gibbs free energy change, enthalpy change and entropy change were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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