Environmental pollution from heavy metal ions (HMIs) is a global concern. Recently, biosorption methods using cellulose sorbents have gained popularity. The objective of this study was to assess the removal efficiency of Cu(II), Pb(II), and Hg(II) ions at low concentration levels (100-700 ppb) from aqueous solutions using three different cellulose fiber-based filter media. Sample A was pure cellulose fiber, Sample B was 10% activated carbon-cellulose fiber, and Sample C was cellulose fiber-glass fiber-30% activated carbon-20% amorphous titanium silicate (ATS). The samples were characterized by several physicochemical techniques. The porosity measurements using N2 sorption isotherms revealed that Samples A and B are nonporous or macroporous materials, whereas the addition of 50% filler materials into the cellulose resulted in a microporous material. The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and pore volume of Sample C were found to be 320.34 m2/g and 0.162 cm3/g, respectively. The single ion batch adsorption experiments reveal that at 700 ppb initial metal ion concentration, Sample A had removal efficiencies of 7.5, 11.5, and 13.7% for Cu(II), Pb(II), and Hg(II) ions, respectively. Sample B effectively eliminated 99.6% of Cu(II) ions compared to Pb(II) (14.2%) and Hg(II) (31.9%) ions. Cu(II) (99.37%) and Pb(II) (96.3%) ions are more efficiently removed by Sample C than Hg(II) (68.2%) ions. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) wild survey spectrum revealed the presence of Cu(II), Pb(II), and Hg(II) ions in HMI-adsorbed filter media. The high-resolution C1s spectra of Samples A and B reveal the presence of -C-OH and -COOH groups on their surface, which are essential for HMIs adsorption via complexation reactions. Additionally, the ATS in Sample C facilitates the adsorption of Pb(II) and Hg(II) ions through ion exchange.
Si-immobilized Sargassum horneri was used to study the adsorption characteristics along with maximum adsorption conditions of heavy metal ions, Cd(II) and Ph(II) on the Si-immobilized Sargassum horneri. More amount of Cd(II) and Pb(II) ions on the Si-immobilized Sargassum horneri than Sargassum horneri were adsorbed. And Pb(II) ions were more adsorbed in all algae than Cd(II) ions more effectively in alkaline than in acidity. Recovery ratios of Cd(II) and Pb(II) ions on the Sargassum horneri were 58.0-62.6%, 61.2-64.4% respectively, Si-immobilized Sargassum horneri 56.8-92.7%, 37.8-47.9%. Recovery ratio of Cd(II) ion was higher on the Si-immobilized Sargassum horneri but it of Pb(II) ion was lower on the Si-immobilized Sargassum horneri.
Removal of Cu(II), Cr(III) and Pb(II) ions from aqueous solutions using the adsorption process on the loesses has been investigated. Variations of contact time, pH, adsorption isotherms and selectivity of coexisting ions were experimental parameters. pH of KJ and YIK samples diluted to 1% solution, was rearly the same with each value of pH 5.58 and 5.49, and both samples showed weak acidic properties. From chemical analysis, both samples contain remarkably different amounts of ${SiO}_{2}$, ${Al}_{2}O_{3}$ and ${Fe}_{2}O_{3}$. From XRD measurement, quartz was mainly observed in both samples. Kaolinite was also observed, also in both samples, but Feldspar was only observed in KJ sample. Adsorption of metal ions on the loesses were reached at equilibrium by shaking for about 30min. The adsorption of Cr(III) ion was higher than that of Cu(II) oand Pb(II) ions. The order of amount adsorbed among the investigated ions was Cr(III)>Pb(II)>Cu(II). In acidic solution, the adsorptivity of loesses was increased as pH increased. The adsorption of Cr(III) ion on the loesses were fitted to the Freundlich isotherms. Freundlich constants(1/n) of KJ and YIK loesses were 0.54 and 0.55, respectively.
Kim, Sohyun;Song, Jinyoung;Yoon, Kwangsuk;Kang, Eunmi;Song, Hocheol
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.22
no.5
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pp.128-134
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2017
This work presents the adsorption capability of green tea and ginseng leaves to adsorb heavy metals such as Cd(II), Cu(II), and Pb(II) in aqueous solution. FT-IR analysis indicates the presence of oxygen containing functional groups (carboxyl groups) in two kinds of leaves. High pH condition was favorable to the adsorption of heavy metal ions due to the enhanced electrostatic attraction and the precipitation reaction of metal ions. The adsorption of Cd(II), Cu(II), and Pb(II) reached equilibrium within 10 min, achieving high removal efficiencies of 80.3-97.5%. The adsorption kinetics data of heavy metal ions were fitted well with the pseudo-second-order kinetic model. The maximum adsorption amounts of Cd(II), Cu(II), and Pb(II) ions were 8, 3.5, and 15 mg/g, respectively, in the initial concentration range from 0.15 to 0.75 mM. Based on the fitting data obtained from isotherm models, heavy metal adsorption by green tea and ginseng leaves could occur via multi-layer sorption.
Fast industrial and agricultural expansion result in the production of heavy metal ions (HMIs). These are exceedingly hazardous to both humans and the environment, and the necessity to eliminate them from aqueous systems prompts the development of novel materials. In the present study, a UIO-66 (COOH)2 metal-organic framework (MOF) containing free carboxylic acid groups was post-synthetically modified with L-glutamic acid via the solid-solid reaction route. Pristine and glutamic acid-treated MOF materials were characterized in detail using several physicochemical techniques. Single-ion batch adsorption studies of Pb(II) and Hg(II) ions were carried out using pristine as well as amino acid-modified MOFs. We further examined parameters that influence removal efficiency, such as the initial concentration and contact time. The bare MOF had a higher ion adsorption capacity for Pb(II) (261.87 mg/g) than for Hg(II) ions (10.54 mg/g) at an initial concentration of 150 ppm. In contrast, an increased Hg(II) ion adsorption capacity was observed for the glutamic acid-modified MOF (80.6 mg/g) as compared to the bare MOF. The Hg(II) ion adsorption capacity increased by almost 87% after modification with glutamic acid. Fitting results of isotherm and kinetic data models indicated that the adsorption of Pb(II) on both pristine and glutamic acid-modified MOFs was due to surface complexation of Pb(II) ions with available -COOH groups (pyromellitic acid). Adsorption of Hg(II) on the glutamic acid-modified MOF was attributed to chelation, in which glutamic acid grafted onto the surface of the MOF formed chelates with Hg(II) ions.
MCM-41(Mobil's Composition of Matter-41) and expanded graphite(EG) were investigated as potential adsorbents for heavy metal ions including Pb(II), Cu(II) and Ni(II) in various aqueous chemistries. MCM-41 showed shorter equilibrium times and higher adsorption capacities for all three heavy metal ions compared to expanded graphite. The adsorption of three heavy metal ions was significantly affected by the solution pH due to the competition with $H_{3}O^{+}$ at lower pH and precipitation at neutral or higher pH. Adsorptions of heavy metal ions onto MCM-41 and expanded graphite were successfully described with the pseudo-second-order model. During the competitive adsorption of three heavy metal ions, the selectivity of Pb(II) was highest and almost same selectivity was observed with Cu(II) and Ni(II) when MCM-41 was used as an adsorbent, while the expanded graphite exhibited the highest selectivity to Pb(II), followed by Ni(II) and Cu(II).
In the present study, the removal of Pb (II) ions on oxidized activated carbons (ACs) was investigated. ACs were derived from activation of indigenous cotton stalks waste with potassium hydroxide (KOH) in two-stage process. The KOH-ACs were subjected to liquid-phase oxidation with hot $HNO_3$ and one untreated sample was included for comparison. The obtained carbons were characterized by Fourier transform infrared (FTIR), slurry pH and $N_2$-adsorption at 77 K, respectively. Adsorption capacity of Pb (II) ions on the resultant carbons was determined by batch equilibrium experiments. The experimental results indicated that the oxidation with nitric acid was associated with a significant increase in mass of yield as well as a remarkable reduction in internal porosity as compared to the untreated carbon. The AC-800N revealed higher adsorption capacity than that of AC-800, although the former sample exhibited low surface area and micropore volume. It was observed that the adsorption capacity enhancement attributed to pore widening, the generation of oxygen functional groups and potassium containing compounds leading to cation-exchange on the carbon surface. These results show that the oxidized carbons represented prospective adsorbents for enhancing the removal of heavy metals from wastewater.
Kalash, Khairi R.;Alalwan, Hayder A.;Al-Furaiji, Mustafa H.;Alminshid, Alaa. H.;Waisi, Basma I.
Korean Chemical Engineering Research
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v.58
no.2
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pp.301-306
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2020
We investigated the individual biosorption removal of lead, copper, and nickel ions from aqueous solutions using Chara sp. algae powder in a batch mode. The impact of several parameters, such as initial concentration of the metal ions, contacting time, sorbent dose, and pH on the removal efficiency, was investigated. The maximum removal efficiency at optimum conditions was found to be 98% for Pb(II) at pH = 4, 90% for Cu(II) at pH = 5, and 80% for Ni(II) at pH = 5. The isotherm study was done under the optimum conditions for each metal by applying the experimental results onto the well-known Freundlich and Langmuir models. The results show that the Langmuir is better in describing the isotherm adsorption of Pb(II) and Ni(II), while the Freundlich is a better fit in the case of Cu(II). Similarly, a kinetic study was performed by using the pseudo-first and second-order equations. Our results show that the pseudo-second-order is better in representing the kinetic adsorption of the three metal ions.
Resins were synthesized with 1-aza-15-crown-5 macrocyclic ligand attached to styrene(dangerous matter) divinylbenzene(DVB) copolymer with crosslink of 1, 2, 6 and 15% by substitution reaction. The synthesis of these resins was confirmed by content of chlorine, element analysis, and IR-spectrum. The effects of pH, time and crosslink on adsorption of metal ion from water fire extinguishing agent by the synthetic resin adsorbent were investigated. The metal ion was showed fast adsorption on the resins above pH 3. The optimum equilibrium time for adsorption of metallic ions was about two hours. The adsorption selectivity determined in water was in increasing order of $Mg^{2+}>Al^{3+}>Pb^{2+}$. The adsorption was in the order of 1, 2, 6, and 15% crosslink resin.
The influence of carbon surface area, carbon-oxygen groups associated with the carbon surface and the solution pH on the adsorption of Pb(II) ions from aqueous solutions has been studied using three activated carbons. The adsorption isotherms are Type I of BET classification and the data obeys Langmuir adsorption equation. The BET surface area has little effect on the adsorption while it is strongly influenced by the presence of acidic carbon oxygen surface groups. The amount of these surface groups was enhanced by oxidation of the carbons with different oxidizing agents and reduced by eliminating these groups on degassing at different temperatures. The adsorption of Pb(II) ions increases on each oxidation and decreases on degassing the oxidized carbons. The increase in adsorption on oxidation has been attributed to the formation of acidic carbon-oxygen surface groups and the decrease to the elimination of these acidic surface groups on degassing. The adsorption is also influenced by the pH of the aqueous solution. The adsorption is only small at pH values lower than 3 but is considerably larger at higher pH values. Suitable mechanisms consistent with the adsorption data have been suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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