In order to investigate the adsorption characteristics for Sr ion using the Na-X zeolite synthesized from coal fly ash, batch tests and response surface analyses were carried out. The adsorption kinetic data for Sr ions, using Na-X zeolite, fitted well with the pseudo-second-order model. The uptake of Sr ions followed the Langmuir isotherm model, with a maximum adsorption capacity of 196.46 mg/g. Thermodynamic studies were conducted at different reaction temperatures, with the results indicating that Sr ion adsorption by Na-X zeolite was an endothermic (${\Delta}H^o$>0) and spontaneous (${\Delta}G^o$<0) process. Using the response surface methodology of the Box-Behnken method, initial Sr ion concentration ($X_1$), initial temperature ($X_2$), and initial pH ($X_3$) were selected as the independent variables, while the adsorption of Sr ions by Na-X zeolite was selected as the dependent variable. The experimental data fitted well with a second-order polynomial equation by multiple regression analysis. The value of the determination coefficient ($R^2=0.9937$) and the adjusted determination coefficient (adjusted $R^2=0.9823$) was close to 1, indicating high significance of the model. Statistical results showed the order of Sr removal based on experimental factors to be initial pH > initial concentration > temperature.
Preliminary studies on the synthesis of magnetic nanoparticles including nanoporous carbon materials have been done via a direct carbonization process from resol, ferric nitrate and triblock copolymer F127. The results show that the nanoporous magnetite/carbon ($Fe_3O_4$/carbon) with a low $Fe_3O_4$ content (1 wt%) possesses an ordered 2-D hexagonal (p6mm) structure, uniform nanopores (3.6 nm), high surface areas (up to 635 $m^2/g$) and pore volumes (up to 0.48 $cm^3/g$). Magnetite nanoparticles with a small particle size (10.2 nm) were confined in the matrix of amorphous carbon frameworks with superparamagnetic property (7.7 emu/g). The nanoporous magnetite/carbon showed maximum adsorption amount (995 mg/g) of ibuprofen after 24 h at room temperature. The nanoporous magnetite/carbon was separated from solution easily by using a magnet. The nanoporous magnetite/carbon material is a good adsorbent for hydrophobic organic drug molecules, i.e. ibuprofen.
The X-ray line broadening technique was used to calculate the grain size of MgO at 1023, 1123, 1223 K respectively either in $CO_2$ or during the thermal decomposition of magnesites in air as well as in vacuum. By referring to the conventional grain growth equation, $D^n=kt$, the activation energy and pre-exponential factor for the process in air are gained as 125.8 kJ/mol and $1.56{\times}10^8\;nm^4/s$, respectively. Ranman spectroscopy was employed to study the surface structure of MgO obtained during calcination of magnesite, by which the mechanism of grain growth was analyzed and discussed. It is suggested that a kind of highly reactive MgO is produced during the thermal decomposition of magnesites, which is exactly the reason why the activation energy of the grain growth during the thermal decomposition of magnesite is lower than that of bulk diffusion or surface diffusion.
Astragalus uliginosus L.-stems as a by-product of oriental medicine are produced largely in a northern area of Chungbuk province. These by-products do not have any demand and thus usually discarded into the fields as a waste. In this work, a biochar was prepared from the Astragalus uliginosus L.-stem waste for recycling. The biochar was used to investigate the removal characteristics of cadmium and manganese ions dissolved in water. When adsorption equilibrium experiments were performed to treat 50 and 100 mg/L of cadmium ions, the removal efficiencies of cadmium were 100 and 95%, respectively. In addition, the maximum of adsorption amount for manganese ions in 5 h at an initial concentration of 50 and 100 mg/L was found to be as 36.1 and 37.9 mg/g, respectively. Based on the experimental results, it was found that the adsorption amount of Astragalus uliginosus L.-stem biochar for the removal of both cadmium and manganese ions was four times higher than that of the activated carbon. The surface analysis of both biochar and activated carbon samples using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis showed that the oxygen content and O/C ratio of biochar was 2.1 and 2.4 times higher than that of the activated carbon, respectively. In order to enhance the removal capability of manganese, 50 and 100 mg/L of manganese ions were operated at different temperatures. It was observed that these equilibrium was attained in 4 h under 45 ℃ and removal efficiencies were 92 and 53%, respectively. Consequently, the experimental results can be utilized as a new removal technology for eco-friendly and economically treating cadmium and manganese ions dissolved in water.
This research uses the $TiO_2$/UV process to verify the most suitable condition and possibility to dispose dyeing wastewater that contains pigment and a large amount of pollutants. For this, this research has enforced experiments that compare photo adsorption, photolysis, and photo catalyst oxidation reaction, and also evaluated and analyzed the change of pH and $TiO_2$ dosage, irradiation rates of ultraviolet rays and the dosage change and injection method of $H_2O_2$. According to the results of the dyeing wastewater experiment of storehouse catalyst that uses the new form of $TiO_2$, the photo catalyst oxidation reaction proved to be more effective than photo adsorption and photolysis; 35%, 21% in the case of $TCOD_{cr}$ and 39%, 28% in the case of chromaticity. Taking into consideration the reaction time, amount of photo catalyst reaction and irradiation amount of ultraviolet rays, the decomposition efficiency of pH change proved to be most effective at pH 4. On the whole, the acidity area proved to be effective in dyeing water exclusion than neutral and alkalinity areas. Having evaluated the influence of $TiO_2$ dosage, not only does the decomposition efficiency continuously improve as the $TiO_2$ dosage increases but the shielding effect does not occur also when the $TiO_2$ is at a fixed state. The influence of ultraviolet irradiation amount concluded in the result that as the ultraviolet irradiation amount increases the decomposition efficiency continually increased, but in the case of chromaticity when the irradiation amount was higher than 37.8mW/cm2 the removal efficiency is slowed remarkably. The influence of $H_2O_2$ dosage evaluation reached the results that although the decomposition efficiency increases with the increase of $H_2O_2$ dosage, when above 150mg (total dosage: 1200mg) $H_2O_2$ consumes OH radical itself and reduces the decomposition efficiency. Also in the case of the $H_2O_2$ injection method rather than injecting in the whole amount of $H_2O_2$ (1200mg) needed at the beginning all at once, injecting divided quantities of $H_2O_2$ whenever the electric current density falls below 10mgfl reduces the wases of OH radical due to an excess of $H_2O_2$ and in tum heightens the decomposition efficiency.
Catalysts were prepared by using incipient wetness impregnation method with 17 wt% Ni on a support ($SiO_2-Y_2O_3$, $Al_2O_3$, $SiO_2-ZrO_2$, $SiO_2$, $TiO_2$, MgO) and the catalytic activity in the reductive amination of ethanol with ammonia in the presence of hydrogen was compared and evaluated. The catalysts used before and after the reaction were characterized using X-ray diffraction, nitrogen adsorption, ethanol-temperature programmed desorption (EtOH-TPD), isopropanol-temperature programmed desorption (IPA-TPD), and hydrogen chemisorption etc. In the case of preparing $ZrO_2$ and $Y_2O_3$ supports, the small amount of Si dissolution from the Pyrex reactor surface provoked the formation of mixed oxides $SiO_2-ZrO_2$ and $SiO_2-Y_2O_3$. Among the catalysts used, $Ni/SiO_2-Y_2O_3$ catalyst showed the best activity, and this good activity was closely related to the highest nickel dispersion, and low desorption temperature in EtOH-TPD and IPA-TPD. The low catalytic activity on Ni/MgO catalysts showed low activity due to the formation of NiO-MgO solid-solutions. In the case of $Ni/TiO_2$, the reactivity was low due to the low nickel metal phase due to strong metal-support interaction. In the case of using a support as $SiO_2-Y_2O_3$, $Al_2O_3$, $SiO_2-ZrO_2$, and $SiO_2$, the selectivities of ethylamines and acetonitrile were not significantly different at similar ethanol conversion.
Yeon-Jin, Lee;Jae-In, Lee;Chang-Gu, Lee;Seong-Jik, Park
Membrane and Water Treatment
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v.14
no.1
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pp.1-10
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2023
This study explored the feasibility of calcium-rich food waste, Mactra veneriformis shells (MVS), as an adsorbent for phosphate removal, and its removal efficiency was enhanced by the thermal activation process. The CaCO3 in MVS was converted to CaO by thermal activation (>800 ℃), which is more favorable for adsorbing phosphate. Thermal activation did not noticeably influence the specific surface area of MVS. The MVS thermally activated at 800 ℃ (MVS-800), showed the highest phosphate adsorption capacity, was used for further adsorption experiments, including kinetics, equilibrium isotherms, and thermodynamic adsorption. The effects of environmental factors, including pH, competing anions, and adsorbent dosage, were also studied. Phosphate adsorption by MVS-800 reached equilibrium within 48h, and the kinetic adsorption data were well explained by the pseudo-first-order model. The Langmuir model was a better fit for phosphate adsorption by MVS-800 than the Freundlich model, and the maximum adsorption capacity of MVS-800 obtained via the Langmuir model was 188.86 mg/g. Phosphate adsorption is an endothermic and involuntary process. As the pH increased, the phosphate adsorption decreased, and a sharp decrease was observed between pH 7 and 9. The presence of anions had a negative impact on phosphate removal, and their impact followed the decreasing order CO32- > SO42- > NO3- > Cl-. The increase in adsorbent dosage increased phosphate removal percentage, and 6.67 g/L of MVS-800 dose achieved 99.9% of phosphate removal. It can be concluded that the thermally treated MVS-800 can be used as an effective adsorbent for removing phosphate.
Na-X and Na-A zeolites that give high adsorption capacity for heavy metals in an aqueous system were synthesized from the coal fly ash obtained from a thermoelectric power plant using a fusion method. The characteristics and Cu(II) adsorption capacity of the synthetic zeolites were also compared to those of using a commercial zeolite. For the selection of optimum conditions of zeolite synthesis, the effects of major parameters in the fusion method such as a dosage ratio of NaOH, aging time, hydrothermal reaction time, and also the dosage ratio of NaAlO2 (Na-A) on the characteristics and Cu(II) adsorption capacity of the synthetic zeolites were studied. For the analysis of characteristics of the synthetic zeolites, X-ray diffraction (XRD), cation exchange capacity (CEC), Brunaue-Emmett-Teller (BET) and scanning electron microscopy (SEM) were used. The optimum conditions for the synthesis of zeolites with a high adsorption capacity for cationic heavy metals including Cu(II) were the aging time of 6 h, hydrothermal reaction time of 6 h and NaOH and NaAlO2 dosage ratio of 1.5 and 0.5 (Na-A), respectively. According to the Langmuir isotherm test, maximum Cu(II) adsorption capacities of the synthetic and commercial Na-X and Na-A zeolites were found to be 90.1, 105.26, 102.05, and 109.89 mg/g, respectively. This indicates that the adsorption capacity of synthetic zeolites was comparable to commercial ones. The results of this study also suggest that the coal fly ash can be potentially used as a raw material for the zeolite synthesis.
The acid catalytic reactions of toluene with n-propylalcohol were investigated and the adsorption experiments of dialkylbenzene isomers were carried out at 100$^{\circ}C$ over modified HZSM-5 zeolites. ZSM-5 zeolite was synthesized by the hydrothermal reaction using 4-propylammonium ion, sodium aluminate and colloidal silica etc., and several zeolite catalysts, including H-, K-, Sr-, P-Mg-HZSM-5, H-Y and H-mordenite, were prepared by conventional methods. The main reaction products of toluene with n-propylalcohol over HZSM-5 catalyst include not only xylenes, propyltoluenes, but also ethyltoluenes and high para-selectivity among dialkylbenzene isomers was observed on P-Mg-HZSM-5 zeolite. The diffusion coefficients of various p-dialkylbenzenes are nearly the same, about 1 ${times}$ 10$^{-10}$ cm$^2$/sec and that of m-xylene was about one tenth of o-xylene. These reaction and adsorption characteristics were interpreted in the light of the shape-selectivity related to related to the zeolite pore structure and the zeolitic acidity.
Vivianite (Fe32+(PO4)2·8H2O) and green rust ([Fe42+Fe23+(OH)-12][SO42-·2H2O]2-), ferrous containing minerals, could remove aqueous U(VI) in 5 min. and the efficiencies of green rust were roughly 2 times higher than that of vivianite. The zeta potential measurement results implies that the better performance of green rust might be attributed to the favorable surface charge toward uranyl phosphate species. The removal behaviors of the minerals were well fitted by pseudo-second order kinetic model (R2 > 0.990) indicating the dominant removal process was chemical adsorption. Effects of Ca2+ and CO32- at pH 7 were examined in terms of removal kinetic and capacity. The kinetic constants of aqueous U(VI) were 8 and 13 times lower (0.492 × 10-3 g/(mg·min); 0.305 × 10-3 g/(mg·min)) compared to the value in the absence of the ions. The thermodynamic equilibrium calculation showed that the stable uranyl species (uranyl tri-carbonate) were newly formed at the condition. Surface investigation on the reacted mineral with uranyl phosphates species were carried out by XPS. Ferrous iron and U(VI) on the green rust surface were completely oxidized and reduced into Fe(III) and U(IV) after 7 d. It suggests that the ferrous minerals can retard U(VI) migration in phosphate-rich groundwater through the adsorption and subsequent reduction processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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