The three domestic natural zeolites(Yong dong-ri (Y), Daesin-ri (D), Seogdong-ri (S)) harvested in Kyeongju-shi and Pohang-shi, Kyungsangbug-Do, were pretreatd with each of the NaOH, $Ca(OH)_2$ and NaOH following HCl solutions, and the removal performances of divalent haevy metals(Cu, Mn, Pb, and Sr) for natural and pretreated zeolites were investigated and compared in the single and mixed solutions. The natural zeolite-heavy metal system attained the final equilibrium plateau within 20 min, irrespective of initial heavy metal concentration. The heavy metal uptakes increased with increasing initial heavy metal concentration and pH. The heavy metal uptakes for natural zeolites decreased in the following sequences : D>Y>S among the natural zeolites; Pb>Cu>Sr>Mn among the heavy metals. The pretreated zeolites showed higher heavy metal removal performances than natural zeolites and decreased in the order of NaOH, NaOH following HCl, $Ca(OH)_2$ treatment among the pretreatment methods. The heavy metal ion exchange capacity by natural and pretreated zeolites was described either by Freundlich equation or Langmuir equation, but it followed the former better than the latter. The heavy metal uptakes for natural zeolites decreased in the mixed solution, in comparing with those in the single solution and especially, the manganese uptake decreased greatly in the mixed solution. The pretreated zeolites showed the improved removal performances of heavy metals in the mixed solution than in the single solution and the heavy metal uptakes by those in the mixed solution showed the same trends in the single solution among the chemical treatment methods and heavy metals.
The removal performances of divalent heavy metal ions ($Pb^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Cd^{2+}$, $Sr^{2+}$ and $Mn^{2+}$) were studied using the Na-P1 zeolite synthesized from Jeju scoria in the batch and continuous fixed column reactor. The uptakes of heavy metal ions by synthetic Na-P1 zeolite decreased in the order of $Pb^{2+}$ > $Cu2^{2+}$ > $Cd^{2+}$ > $Sr^{2+}$ > $Mn^{2+}$ based on the selectivity of each ion to ionic exchange site of Na-P1 zeolite for single and mixed solutions in batch or continuous fixed column reactor. For mixed solution, each heavy metal ion uptake was lower than that in single solution, and especially the uptake for $Mn^{2+}$ decreased greatly. In batch reactor, the uptakes of heavy metal ions by synthetic Na-P1 zeolite were described by Freundlich or Langmuir equation, but they followed the former better than the latter. In continuous fixed column reactor, the maximum ion exchange capacity obtained for each of heavy metal ions, was about 90----- of that in batch reactor. The uptakes of heavy metal ions by synthetic Na-P1 zeolite increased with the increase of initial heavy metal concentration and solution pH, and the decrease of the amount and particle size of synthetic zeolite.
Current methods of evaluating soil contamination by heavy metals rely on analyzing samples for total contents of metals or quantities recovered in various chemical extracting solutions. Results from these approaches provide only an index for evaluation because these methodologies yield values not directly related to bioavailability of soil-borne metals. In addition, even though concentrations of metals may be less than those required to cause toxic effects to biota, they may cause substantial effects on soil chemical parameters that determine soil quality and sustainable productivity. The objective of this research was to characterize effects of Cu or Cd additions on soil solution chemistry of soil quality indices, such as pH, EC, nutrient cation distribution and quantity/intensity relations (buffer capacity). Metals were added at rates ranging from 0 to 400 mg/kg of soil. Soil solution was sequentially extracted from saturated pastes using vacuum. Concentrations of Cu or Cd remaining in soil solutions were very low as compared to those added to the soils, warranting that most of the added metals were recovered as nonavailable (strongly adsorbed) fractions. Adsorption of the added metals released cations into soil solution causing increases of soluble cation contents and thus ionic strength of soil solution. At metal additions of 200~400 mg/kg, EC of soil solution increased to as much as 2~4 dS/m; salinity levels considered high enough to cause detrimental effects on plant production. More divalent cations (Ca+Mg) than monovalent cations (K+Na) were exchanged by Cu or Cd adsorption. The loss of exchangeable nutrient cations decreased long-term nutrient supplying capacity or each soil. At 100 mg/kg or metal loading, the buffering capacity was decreased by 60%. pH of soil solution decreased linearly with increasing metal loading rates, with a decrement of up to 1.3 units at 400 mg Cu/kg addition. Influences of Cu on each of these soil quality parameters were consistently greater than those of Cd. These effects were of a detrimental nature and large enough in most cases to significantly impact soil productivity. It is clear that new protocols are needed for evaluating potential effects of heavy metal loading of soils.
Lim, Hyungryul;Lim, Ji-ae;Choi, Jong Hyuk;Kwon, Ho-jang;Ha, Mina;Kim, Heon;Park, Jung-duck
Toxicological Research
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제32권1호
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pp.57-64
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2016
Recently several studies reported that the renal toxicity of lead (Pb) and cadmium (Cd) may exist in even a low level exposure. In terms of the deterioration of tubular function, it affects the loss of divalent metals and leads to other complications, so renal tubular effect of heavy metals should be well managed. Considering the exposure to heavy metals in reality, it is hard to find the case that human is exposed to only one heavy metal. We designed a cross-sectional study using Korean Research Project on the Integrated Exposure Assessment (KRIEFS) data to investigate the renal effects of multiple metal exposure in general population. We used blood Pb and urinary Cd as exposure measures, and urinary N-acetyl-${\beta}$-D-glucosaminidase (NAG) and ${\beta}_2$-microglobulin (${\beta}_2$-MG) as renal tubular impairment outcome. We conducted linear regression to identify the association between each heavy metal and urinary NAG and ${\beta}_2$-MG. And then, we conducted linear regression including the interaction term. Of 1953 adults in KRIEFS (2010~2011), the geometric mean of blood Pb and urinary Cd concentration was $2.21{\mu}g/dL$ (geometric $SD=1.49{\mu}g/dL$) and $1.08{\mu}g/g\;cr$ (geometric $SD=1.98{\mu}g/g\;cr$), respectively. In urinary Cd, the strength of the association was also high after adjusting (urinary NAG: ${\beta}=0.44$, p < 0.001; urinary ${\beta}_2$-MG: ${\beta}=0.13$, p = 0.002). Finally, we identified the positive interactions for the two renal biomarkers. The interaction effect of the two heavy metals of ${\beta}_2$-MG was greater than that of NAG. It is very important in public health perspective if the low level exposure to multiple heavy metals has an interaction effect on kidney. More epidemiological studies for the interaction and toxicological studies on the mechanism are needed.
The objective of this research was to characterize effects of Cu or Cd additions on chemistry of soil quality indices, such as pH, EC, cation distribution and buffering capacity. Metals were added at rates ranging from 0 to 400 mg $kg^{-1}$ of soil. Soil solution was sequentially extracted from saturated pastes using vacuum. Concentrations of Cu or Cd remaining in soil solutions were very low as compared to those added to the soils, warranting that most of the added metals were recovered as nonavailable fractions. Adsorption of the added metals released cations into soil solution causing increases of ionic strength of soil solution. At metal additions of $200{\sim}400\;mg\;kg^{-1}$, EC of soil solution increased to as much as $2{\sim}4\;m^{-1}$; salinity levels considered high enough to cause detrimental effects on plant production. More divalent cations than monovalent cations were exchanged by Cu or Cd adsorption. The nutrient buffering capacity of soils was decreased due to the metal adsorption and release of cations. pH of soil solution decreased linearly with increasing metal loading rates, with a decrement of up to 1.3 units at 400 mg Cu $kg^{-1}$ addition. Influences of Cu on each of these soil quality parameters were consistently greater than those of Cd. These effects were of a detrimental nature and large enough in most cases to significantly impact soil productivity. It is clear that new protocols are needed for evaluating potential effects of heavy metal loading of soils.
고층습지식물의 생리생태학적 특성을 규명하기 위하여 경상남도 양산시에 위치한 정족산 무제치늪에 서식하는 14과 22종의 식물을 대상으로 체내 무기양이온(K, Ca, Mg), 중금속이온(Al, Fe, Mn), 질소 및 인 함량의 계절적인 변화를 정량적으로 분석하였다. 무제치의 물은 15∼30 μ S/cm의 전기전도도(EC)와 pH 5.0∼5.6 (토양 4.3∼5.1)의 산도를 나타내었으며, Ca, Mg과 같은 2가 양이온의 함량이 낮은 반면 높은 중금속함량(특히 Al)을 보여 전형적인 산성토양의 특성을 보였다. 조사된 습지식물은 무기양이온함량에 있어 종간 뚜렷한 차이를 보였으며, 골풀, 진퍼리새, 기장대풀, 억새, 진달래, 산철쭉, 개미탑, 끈끈이주걱은 400 μ Mg DW 이하의 매우 낮은 함량을 나타내었으며, 동의나물, 숫잔대, 산제비난, 멱쇠채, 제비꽃, 바디나물은 체내 높은 무기양이 온 함량을 보였다. 특히 국화과의 멱쇠채와 제비꽃과의 제비꽃은 Ca과 Mg을 축적하는 경향성을 보였으며, 생육이 진전됨에 따라 오이풀과 꽃창포의 무기양이온 함량은 점차 감소하는 양상을 나타내었다. 한편 조사된 대부분의 식물들은 토양의 높은 중금속 함량에도 불구하고 체내 낮은 농도의 중금속을 함유하였으며, 축적된 총 중금속함량 및 조성은 식물 종간에 뚜렷한 차이를 보였다. 토양의 낮은 질소 및 인 함량에도 불구하고 조사된 대부분의 식물종들은 생육초기단계에 있어 비교적 높은 질소 및 인 함유하였으며, 생육이 진전됨에 따라 서서히 감소하는 양상을 나타내었다. 결론적으로 무제치늪에 서식하는 식물종들은 생육초기에 무기양이온 및 질소를 축적하고 생육과정에 이를 재이용하고, 중금속을 배제하는 기작을 발달시킴으로서 빈영양의 산성 환경을 극복하는 것으로 생각된다.
Park, Hea Jung;Sung, Nam Kyung;Kim, Su Rhan;Ahn, So Hyun;Yoon, Ung Chan;Cho, Dae Won;Mariano, Patrick S.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제34권12호
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pp.3681-3689
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2013
This study explored a direct SET-photochemical strategy to construct a new family of thioene conjugated-naphthalamide fluorophore based lariat-crown ethers which show strong binding properties towards heavy metal ions. Irradiations of designed nitrogen branched (trimethylsilyl)methylthio-terminated polyethylenoxy-tethered naphthalimides in acidic methanol solutions have led to highly efficient photocyclization reactions to generate naphthalamide based lariat type thiadiazacrown ethers directly in chemo- and regio-selective manners which undergo very facile secondary dehydration reactions during separation processes to produce their corresponding amidoenethio ether cyclic products tethered with electron donating diethyleneoxy- and diethyenethio-side arm chains. Fluorescence and metal cation binding properties of the lariat type enamidothio products were examined. The photocyclized amidoenethio products, thioene conjugated naphthalamide fluorophore containing lariat-thiadiazacrowns exhibited strong fluorescence emissions in region of 330-450 nm along with intramolecular exciplex emissions in region of 450-560 nm with their maxima at 508 nm. Divalent cation $Hg^{2+}$ and $Pb^{2+}$ showed strong binding to sulfur atom(s) in side arm chain and atoms in enethiadiazacrown ether rings which led to significant enhancement of fluorescence from its chromophore singlet excited state and concomitant quenching of exciplex emission. The dual fluorescence emission responses towards divalent cations might provide a new guide for design and development of fluorescence sensors for detecting those metals.
Layered Double Hydroxides is known as a hydrotalcite-like material. It is a type of anionic clay with planar structure. It is composed of layer structure which is able to exchange anion between two layers which includes divalent ion and trivalent ion. Therefore, layered double hydroxide is applicable for eliminating harmful heavy metals and anionic substances which exist in the concrete. Because it is also able to be used as catalyst and has high possibility of utilization, It is getting an large amount of attention recently. In this study, an analysis on the structure of the layerd double hydroxide (LDH) which is possible to bind the anion was carried out.
It is well known that hydroxyapatite [$Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$] have an exchangeability for various heavy metal ions in aqueous solution. To evalute the feasibility of employing the synthetic hydroxyapatites as an eliminatable exchanger for environmentally noxious caions in waste water, the adsorption properties, the removal capacities and the selectivity of the apatites for various cations were investigated in more detailed. The heavy metal cations have been exchanged in calcium part of hydroxyapatite. The order of the degree of amount exchanged of the investigated cations is $Pb^{2+}>Cd^{2+}>Zn^{2+}>Ba^{2+}$. The molar ratios between released $Cd^{2+}$ ions and remeved divalent metal cations in the reacted solution with hydroxyapatite are roughly close to an integer 1.0, suggesting that an ion-exchange reaction could have played a major role in the removal of heavy metals rather then an adsorption effect. The exchangeability of the hydroxyapatite powder of Ca/P molar ratio 1.67, which have specipic surface area of $104.5m^2g^{-1}$, appeared to be better then $237.6{\mu}g$ per g for $Pb^{2+}$ ions. The removal capacity of the heavy metal ions varies directly as particle size of hydroxyapatites. All evidences obtained indicate that the synthesized hydroxyapatite powders by precipitation reaction method can be employed as an effective cation exchanger for eliminating noxious ions in waste water even in some improvemental.
Lab-scale Electrodialysis(ED) system with different membranes combined with before or after pyroma process were carried out to remove nitrate from two pickling acid wastewater containing high concentrations of $NO_3\;^-$(${\approx}$150,000 mg/L) and F($({\approx}$ 160,000 mg/L) and some heavy metals(Fe, Ti, and Cr). The ED system before Pyroma process(Sample A) was not successful in $NO_3\;^-$ removal due to cation membrane fouling by the heavy metals, whereas, in the ED system after Pyroma process(Sample B), about 98% of nitrate was removed because of relatively low $NO_3\;^-$ concentration (about 30,000 mg/L) and no heavy metals. Mono-selective membranes(CIMS/ACS) in ED system have no selectivity for nitrate compared to divalent-selective membranes(CMX/AMX). The operation time for nitrate removal time decreased with increasing the applied voltage from 10V to 15V with no difference in the nitrate removal rate between both voltages. Nitrate adsorption of a strong-base anion exchange resin of $Cl\;^-$ type was also conducted. The Freundlich model($R^2$ > 0.996) was fitted better than Langmuir mode($R^2$ > 0.984) to the adsorption data. The maximum adsorption capacity ($Q^0$) was 492 mg/g for Sample A and 111 mg/g for Sample B due to the difference in initial nitrate concentrations between the two wastewater samples. In the regeneration of ion exchange resins, the nitrate removal rate in the pickling acid wastewater decreased as the adsorption step was repeated because certain amount of adsorbed $NO_3\;^-$ remained in the resins in spite of several desorption steps for regeneration. In conclusion, the optimum system configuration to treat pickling acid wastewater from stainless-steel industry is the multi-processes of the Pyroma-Electrodialysis-Ion exchange.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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