The kinetic and thermodynamic parameters of Acid Red 66, adsorbed by granular activated carbon, were investigated on areas of initial concentration, contact time, and temperature. The adsorption equilibrium data were applied to Langmuir, Freundlich, Temkin, Redlich-Peterson, and Temkin isotherms. The agreement was found to be the highest in the Freundlich model. From the determined Freundlich separation factor (1/n = 0.125 ~ 0.232), the adsorption of Acid Red 66 by granular activated carbon could be employed as an effective treatment method. Temkin's constant related to adsorption heat (BT = 2.147 ~ 2.562 J mol-1) showed that this process was physical adsorption. From kinetic experiments, the adsorption process followed the pseudo-second order model with good agreement. The results of the intraparticle diffusion equation showed that the inclination of the second straight line representing the intraparticle diffusion was smaller than that of the first straight line representing the boundary layer diffusion. Therefore, it was confirmed that intraparticle diffusion was the rate-controlling step. From thermodynamic experiments, the activation energy was determined as 35.23 kJ mol-1, indicating that the adsorption of Acid Red 66 was physical adsorption. The negative Gibbs free energy change (ΔG = -0.548 ~ -7.802 kJ mol-1) and the positive enthalpy change (ΔH = +109.112 kJ mol-1) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, respectively. The isosteric heat of adsorption increased with the increase of surface loading, indicating lateral interactions between the adsorbed dye molecules.
Han, Jang Hoon;Ji, Seong-Bin;Kim, Ye-Sol;Lee, Seung-Hyun;Park, Seo-Hui;Kim, Jin-Hyun
Korean Chemical Engineering Research
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v.55
no.6
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pp.807-815
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2017
This study investigated the removal efficiency of residual pentane from paclitaxel according to the drying temperature in the case of rotary evaporation, and performed a kinetic and thermodynamic analysis of the drying process. At all the temperatures (25, 30, 35, 40, and $45^{\circ}C$), a large amount of the residual solvent was initially removed during the drying, and the drying efficiency increased when increasing the drying temperature. Five drying models (Newton, Page, modified Page, Henderson and Pabis, Geometric) were then used for the kinetic analysis, where the Henderson and Pabis model showed the highest coefficient of determination ($r^2$) and lowest root mean square deviation (RMSD), indicating that these models were the most suitable. Furthermore, in the thermodynamic analysis of the rotary evaporation, the activation energy ($E_a$) was 4.9815 kJ/mol and the standard Gibbs free energy change (${\Delta}G^0$) was negative, whereas the standard enthalpy change (${\Delta}H^0$) and standard entropy change (${\Delta}S^0$) were both positive, indicating that the drying process was spontaneous, endothermic, and irreversible.
The adsorption equilibrium, kinetic, and thermodynamic parameters of brilliant green adsorbed by coconut based granular activated carbon were determined from various initial concentrations ($300{\sim}500mg\;L^{-1}$), contact time (1 ~ 12 h), and adsorption temperature (303 ~ 323 K) through batch experiments. The equilibrium adsorption data were analyzed by Langmuir, Freundlich, Temkin, Harkins-Jura, and Elovich isotherm models. The estimated Langmuir dimensionless separation factor ($R_L=0.018{\sim}0.040$) and Freundlich constant ($n^{-1}=0.176{\sim}0.206$) show that adsorption of brilliant green by activated carbon is an effective treatment process. Adsorption heat constants ($B=12.43{\sim}17.15J\;mol^{-1}$) estimated by the Temkin equation corresponded to physical adsorption. The isothermal parameter ($A_{HJ}$) by the Harkins-Jura equation showed that the heterogeneous pore distribution increased with increasing temperature. The maximum adsorption capacity by the Elovich equation was found to be much smaller than the experimental value. The adsorption process was best described by the pseudo second order model, and intraparticle diffusion was a rate limiting step in the adsorption process. The intraparticle diffusion rate constant increased because the dye activity increased with increases in the initial concentration. Also, as the initial concentration increased, the influence of the boundary layer also increased. Negative Gibbs free energy ($-10.3{\sim}-11.4kJ\;mol^{-1}$), positive enthalpy change ($18.63kJ\;mol^{-1}$), and activation energy ($26.28kJ\;mol^{-1}$) indicate respectively that the adsorption process is spontaneous, endothermic, and physical adsorption.
Competitive binding of $C_{60}$ and $C_{70}$ to meso-substituted porphyrins was studied by mass spectrometry (MS). Electrospray ionization MS was employed to acquire the mass spectra of 1 : 1 porphyrin-fullerene complexes formed in a mixture of mesosubstituted porphyrin and fullerite to determine the ratio of complexes between $C_{60}$ and $C_{70}$. Matrix-free laser desorption ionization MS was used to obtain the mass spectra of fullerite to measure the mole fraction of $C_{60}$ and $C_{70}$. The binding constant ratio ($K_{70}$/$K_{60}$) was determined from the mass spectral data. The difference in standard Gibbs free energy change, ${\Delta}({\Delta}G^o)_{70-60}$, for the competitive binding of $C_{60}$ and $C_{70}$ was calculated from $K_{70}$/$K_{60}$. Of the five porphyrins, tetraphenyl, tetra(4-pyridyl), tetra(4-carboxyphenyl), tetra(3,5-di-tert-butylphenyl), and tetra(pentafluorophenyl) porphyrins, the first three non-bulky porphyrins yield negative values of ${\Delta}({\Delta}G^o)_{70-60}$, whereas the other two bulky porphyrins result in positive values of ${\Delta}({\Delta}G^o)_{70-60}$. This result indicates that $C_{70}$ binding to porphyrin is thermodynamically favored over $C_{60}$ binding in non-bulky porphyrins, but disfavored in bulky ones. It also suggests that the binding mode of $C_{70}$is different between non-bulky and bulky porphyrins, which is in line with previous experimental findings of the "side-on" binding to non-bulky porphyrins and the $C_{60}$-like "end-on" binding to bulky porphyrins.
In the present study, batch experiments were carried out for the utilizatioin of activated carbon as a potential adsorbent to remove a hazardous malachite green from an aqueous solution. The effects of various parameters such as temperature, contact time, initial concentration on the adsorption system were investigated. On the basis of adsorption data Langmuir and Freundlich adsorption isotherm model were also confirmed. The equilibrium process was described well by Langmuir isotherm model. From determined separation factor, the activated carbon could be employed as an effective treatment for removal of malachite green. From kinetic experiments, the adsorption process followed the pseudo second order model, and the adsorption rate constant ($k_2$) decreased with increasing both the initial concentration of malachite green and the adsoprtion temperature. Thermodynamic parameters like that activation energy, change of free energy, enthalpy, and entropy were also calculated to predict the adsorption nature. The activation energy calculated from Arrhenius equation indicated that the adsortpion of malachite green on the zeolite was physical process. The negative Gibbs free energy change ($\Delta$G = -3.68~-7.76 kJ/mol) and the positive enthalpy change ($\Delta$H = +26.34 kJ/mol) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption in the temperature range of 298~318 K.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.7
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pp.667-674
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2020
The adsorption of reactive orange 16 (RO 16) dye by activated carbon was investigated using the amount of adsorbent, pH, initial concentration, contact time and temperature as adsorption variables. The investigated process parameters were separation coefficient, rate constant, rate controlling step, activation energy, enthalpy, entropy, and free energy. The adsorption of RO 16 was the highest at pH 3 due to the electrostatic attraction between the cations (H+) on the surface of the activated carbon and the sulfonate ions and hydroxy ions possessed by RO 16. Isotherm data were fitted into Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models by applying the evaluated separation factor of Langmuir (RL=0.459~0.491) and Freundlich (1/n=0.398~0.441). Therefore, the adsorption operation of RO 16 by activated carbon was confirmed as an appropriate removal method. Temkin's adsorption energy indicated that this adsorption process was physical adsorption. The adsorption kinetics studies showed that the adsorption of RO 16 follows the pseudo-second-order kinetic model and that the rate controlling step in the adsorption process was the intraparticle diffusion step. The positive enthalpy change indicated an endothermic process. The negative Gibbs free energy change decreased in the order of -3.16 <-11.60 <-14.01 kJ/mol as the temperature increased. Therefore, it was shown that the spontaneity of the adsorption process of RO 16 increases with increasing temperature.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.14
no.3
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pp.223-234
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2016
This study aimed to the adsorption-removal of high- radioactive iodide (I) contained in the initially generated high-radioactive seawater waste (HSW), with the use of AgX (Ag-impregnated X zeolite). Adsorption of I by AgX (hereafter denoted as AgX-I adsorption) was increased by increasing the Ag-impregnated concentration in AgX, and its concentration was suitable at about 30 wt%. Because of AgCl precipitation by chloride ions contained in seawater waste, the leaching yields of Ag from AgX (Ag-impregnated concentration : about 30~35 wt%) was less than those in distilled water (< 1 mg/L). AgX-I adsorption was above 99% in the initial iodide concentration ($C_i$) of 0.01~10 mg/L at m/V (ratio of weight of adsorbent to solution volume)=2.5 g/L. This shows that efficient removal of I is possible. AgX-I adsorption was found to be more effective in distilled water than in seawater waste, and the influence of solution temperature was insignificant. Ag-I adsorption was better described by a Freundlich isotherm rather than a Langmuir isotherm. AgX-I adsorption kinetics can be expressed by a pseudo-second order rate equation. The adsorption rate constants ($k_2$) decreased by increasing $C_i$, and conversely increased by increasing the ratio of m/V and the solution temperature. This time, the activation energy of AgX-I adsorption was about 6.3 kJ/mol. This suggests that AgX-I adsorption is dominated by physical adsorption with weaker bonds. The evaluation of thermodynamic parameters (a negative Gibbs free energy and a positive Enthalpy) indicates that AgX-I adsorption is a spontaneous reaction (forward reaction), and an endothermic reaction indicating that higher temperatures are favored.
In this study, the adsorption behavior from aqueous solution as well as kinetic and thermodynamic parameters of Acid Black 1 were investigated through batch reaction using coconut shell based granular steam activated carbon. The effects of various adsorption parameters such as pH, initial concentration, contact time, temperature were studied. To confirm the effect of pH, pHpzc measurements were analyzed followed by measuring removal efficiencies of Acid Black 1 at the pH range from 3 to 11. Experimental equilibrium adsorption data were fitted using Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich adsorption isotherm. The conformity of adsorption reaction for pseudo first and second order model were evaluated through kinetic analysis. Values of enthalpy change and activation energy were also investigated through thermodynamic analysis and it was confirmed that the adsorption process was endothermic. The spontaneity of adsorption process was evaluated using the values of entropy and Gibbs free energy changes.
In this paper, for the first time, the electroanalytical study of Triethylenediamine, TEDA was done on a typically graphene modified carbon paste electrode (Gr/CPE) in pH=10.5 of phosphate buffer solutions (PBS). The surface morphology of the bare and modified electrodes was characterized by scanning electron microscopy (SEM), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV). The electro-oxidation of TEDA was investigated at the surface of modified electrode. The results revealed that the oxidation peak current of TEDA at the surface of Gr/CPE is 2.70 times than that shown at bare-CPE. A linear calibration plot was observed in the range of 1.0 to 202.0 ppm. In this way, the detection limit was found to be 0.18 ppm. The method was then successfully applied to determination of TEDA in aqueous samples obtained from two kinds of activated carbon from the masks of war. On the other hand, density functional theory (DFT) method at B3LYP/6-311++G** level of theory and a conductor-like Polarizable Continuum Model (CPCM) was used to calculate the $pK_a$ values of TEDA. The energies of lowest unoccupied molecular orbital ($E_{LUMO}$) and highest occupied molecular orbital ($E_{HOMO}$), gap energy (${\Delta}E$) and some thermodynamic parameters such as Gibbs free energy of TEDA and its conjugate acid ($HT^+$) were calculated. The results of calculated $pK_a$ were found to be in good agreement with the experimental values.
Mohamed, Mervate Mohamed;Alsaiari, Raiedhah;Al-Qadri, Fatima A.;Shedaiwa, Iman Mohammad;Alsaiari, Mabkhoot;Musa, Esraa Mohamed;Alkorbi, Faeza;Alkorbi, Ali S.
Corrosion Science and Technology
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v.21
no.5
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pp.381-389
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2022
Cyclic Voltammetry and weight loss measurements were used to investigate corrosion prevention of tin in a 0.5M citric acid solution containing Anthocyanins extracted from grapes at various concentrations and temperatures. Results showed that the investigated chemicals, Anthocyanins extracted from grapes, performed well as tin corrosion inhibitors in 0.5M citric acid. Increasing the concentration of Anthocyanins increased their corrosion inhibition efficiencies. When the temperature dropped, their inhibition efficiencies, increased indicating that higher temperature tin dissolution predominated the adsorption of Anthocyanins at the surface of tin metal. When inhibitor concentrations were increased, their inhibition efficiencies were also increased. These results revealed that corrosion of tin metal was inhibited by a mixed type of adsorption on the metal surface. The adsorption isotherm of Langmuir governed the adsorption of Anthocyanins. Thermodynamic parameters such as the enthalpy of adsorption, the entropy of adsorption, and Gibbs free energy and kinetic parameters such as activation energy, enthalpy of activation, and entropy of activation were computed and discussed in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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