Sorption kinetics of 2-chlorophenol(2-ChP), 2,4-dichlorophenol(2,4-DChP) and 2,4,5-trichlorophenol (2,4,5-TChP), onto montmorillonite modified with hexadecyltrimethyl ammonium cations(HDTMA-mont) were investigated. One-site mass transfer model(OSMTM) and two compartment first-order kinetic model(TCFOKM) were used to analyze kinetics. As expected from the number of model parameters involved, the three-parameter TCFOKM was better than the two-parameter OSMTM in describing sorption and desorption kinetics of chlorophenols in HDTMA-mont. For all chlorophenols, the results of OSMTM analysis indicate that the predominant deprotonated speciation(at pH 9.15) exhibited higher mass transfer coefficient( $k_{s}$ ) than the protonated speciation(at pH 4.85). This is because the deprotonated speciation has stronger hydrophobic interaction than protonated speciation. Most sorption completes in three hours. The fraction of the fast sorption and the first-order sorption rate constants for the fast and slow compartments in TCFOKM were determined by fitting experimental data to the TCFOKM. The results of kinetics reveal that the fraction of the fast sorption( $f_1$) and the sorption rate constants in the fast compartments( $k_1$) were in the order 2,4,5-TChP > 2,4-DChP > 2-ChP, which agrees with the magnitude of the $K_{ow}$ . The first-order sorption rate constants in the fast compartment(10$^{0.8}$ - 10$^{1.22}$ h $r^{-1}$ ) were much larger than those in the slow compartment(10$^{-1}$.74/ - 10$^{-2}$.622/ h $r^{-1}$ ).> ).).
Black carbon (BC), a kind of high surface area carbonaceous material (HSACM), was isolated from Andong lake sediment. Sorption and desorption kinetics of naphthalene (Naph) and phenanthrene (Phen) in organic carbon (OC) and BC in the Andong lake sediment were investigated. Several kinetic models such as one-site mass transfer model (OSMTM), two-compartment first-order kinetic model (TCFOKM), and a newly proposed modified two-compartment first-order kinetic model (MTCFOKM) were used to describe the sorption and desorption kinetics. The MTCFOKM was the best fitting model. The MTCFOKM for sorption kinetics showed that i) the sorbed amounts of PAHs onto BC were higher than those onto OC, consistent with BET surface area; ii) the equilibration time for sorption onto BC was longer than those onto OC due to smaller size of micropore ($11.67{\AA}$) of BC than OC ($38.18{\AA}$); iii) initial sorption velocity of BC was higher than OC; and iv) the slow sorption velocity in BC caused the later equilibrium time than OC even though the fast sorption velocity was early completed in both BC and OC. The MTCFOKM also described the desorption of PAHs from the OC and BC well. After desorption, the remaining fractions of PAHs in BC were higher than those in OC due to stronger PAHs-BC binding. The remaining fractions increased with aging for both BC and OC.
Sorption of $Ni^{2+}$ in aqueous solution was studied using montmorillonite. The experimental and equilibrium data fitted well to the Langmuir isotherm model. From the kinetics data for nickel sorption onto montmorillonite, the diffusion of $Ni^{2+}$ inside the clay particles was the dorminant step controlling the sorption rate and as such more important for $Ni^{2+}$ sorption than the external mass transfer. $Ni^{2+}$ was sorbed due to strong interactions with the active sites of the sorbent and the sorption process tends to follow the pseudo second-order kinetics. Thermodynamic parameters (${\Delta}G^{\circ},\;{\Delta}H^{\circ},\;{\Delta}S^{\circ}$) indicated a non spontaneous and endothermic adsorption process while the positive low value of the entropy change suggests low randomness of the solid/solution interface during the uptake of $Ni^{2+}$ by montmorilionite. Heavy metals such as $Ni^{2+}$ in aqueous bodies can effectively be sorbed by montmorillonite.
자연습지 토양에서 소수성 유기화합물(염화벤젠 및 페난쓰린)의 흡착동력학을 실험실규모의 회분식 반응기를 이용하여 조사하였다. 단일영역 물질전달모델 (one-site mass transfer model, OSMTM)과 두영역 1차속도모델 (two compartment first-order kinetic model, TCFOKM)을 사용하여 흡착속도를 분석하였다. OSMTM 분석결과 염화벤젠의 경우 10${\sim}$75시간 이내에, 페난쓰린의 경우 약 2시간 이내에 각각 겉보기 흡착평형에 도달하였다. 염화벤젠의 경우, 표면 토양에서의 흡착평형시간이 하부 토양보다 길게 나타났는데, 이는 토양 유기탄소의 물리화학적 특성의 차이에 기인한다. 그러나, 페난쓰린의 경우 각 토양간에 흡착평형시간의 차이는 없었다. 관련 모델매개변수의 수에서 기대되듯이 변수가 3개인 TCFOKM이 변수가 2개인 OSMTM보다 흡착속도를 더 잘 표현할 수 있었다. 실험결과에 대한 TCFOKM의 곡선맞춤으로부터 얻은 매개변수인 빠른 흡착영역의 분율($f_1$)과 빠른 흡착영역과 느린 흡착영역의 1차 흡착속도 상수($k_1$,및 $k_2$)를 얻을 수 있었다. TCFOKM 분석결과 빠른 흡착영역에서의 흡착속도 상수는 느린 흡착영역에서의 흡착속도 상수 보다 큰 것으로 나타났다. 빠른 흡착영역의 분율 ($f_1$)과 흡착속도상수 ($k_1$)는 $k_{ow}$ 값이 증가(페난쓰린>염화벤젠)함에 따라 증가하였다. 빠른 흡착영역과 느린 흡착영역에서의 1차 흡착 속도상수는 각각$10^{-0.1}\;-10^{+1}$과 $10^{-4}\;-10^{-2}$의 범위에서 변화하였다.
Galhoum, Ahmed A.;Mahfouz, Mohammad G.;Atia, Asem A.;Gomaa, Nabawia A.;Abdel-Rehem, Sayed T.;Vincent, Thierry;Guibal, Eric
Advances in environmental research
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제5권1호
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pp.1-18
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2016
Magnetic nano-based sorbents have been synthesized for the recovery of two rare earth elements (REE: Nd(III) and Yb(III)). The magnetic nano-based particles are synthesized by a one-pot hydrothermal procedure involving co-precipitation under thermal conditions of Fe(III) and Fe(II) salts in the presence of chitosan. The composite magnetic/chitosan material is crosslinked with epichlorohydrin and modified by grafting alanine and serine amine-acids. These materials are tested for the binding of Nd(III) (light REE) and Yb(III) (heavy REE) through the study of pH effect, sorption isotherms, uptake kinetics, metal desorption and sorbent recycling. Sorption isotherms are well fitted by the Langmuir equation: the maximum sorption capacities range between 9 and 18 mg REE $g^{-1}$ (at pH 5). The sorption mechanism is endothermic (positive value of ${\Delta}H^{\circ}$) and contributes to increase the randomness of the system (positive value of ${\Delta}S^{\circ}$). The fast uptake kinetics can be described by the pseudo-second order rate equation: the equilibrium is reached within 4 hours of contact. The sub-micron size of sorbent particles strongly reduces the contribution of resistance to intraparticle diffusion in the control of uptake kinetics. Metal desorption using acidified thiourea solutions allows maintaining sorption efficiency for at least four successive cycles with limited loss in sorption capacity.
Chemically activated carbons were prepared from maize cobs, using phosphoric acid of variable concentration. The textural parameters of the activated carbons were determined from the nitrogen adsorption isotherms measured at 77 K. The chemistry of the carbon surface was determined by measuring the surface pH, the pHPZC and the concentration of the carbon - oxygen groups of the acid type on the carbon surface. Kinetics of Cr(VI) sorption/reduction was investigated at 303 K. Two processes were investigated in terms of kinetics and equilibrium namely; Cr(VI) removal and chromium sorption were studied at various initial pH (1-7). Removal of Cr(VI) shows a maximum at pH 2.5. At pH<2.5, sorption decreases because of the proton competition with evolved Cr(III) for ion exchange sites. The decrease of sorption at pH>2.5 is due to proton insufficiency and to the decrease of the extent of Cr(VI) reduction. The chemistry of the surface of activated carbon is an important factor in determining its adsorption capacity from aqueous solutions particularly when the sorption process involves ion exchange.
Sivarajasekar, N.;Srileka, S.;Samson Arun Prasath, S.;Robinson, S.;Saravanan, K.
Carbon letters
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제9권3호
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pp.181-187
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2008
Batch sorption experiments were carried out for the removal of metylene blue from its aqueous solution using $H_3PO_4$ activated Acacia arabica carbon (AAC). The prepared activated carbon was characterized and was found as an effective adsorbent material. The operating variables studied were initial metylene blue concentration, AAC concentration and solution pH. AAC activated carbon posses a maximum sorption capacity for the range of initial dye concentrations studied (60~100 mg $L^{-1}$). The sorption kinetics were analyzed using reversible first order kinetics, second order, reversible first order, pseudo-first order, and pseudo-second order model. The sorption data tend to fit very well in pseudo-second order model for the entire sorption time. The average pseudo-second order rate constant, $K_{II}$ and regression coefficient value were determined to be 0.0174 mg $g^{-1}$$min^{-1}$ and 0.9977. The biosorption process also fit well to reversible I order kinetics with a regression coefficient of 0.9878.
A carbonaceous sorbent was prepared from rice husk via sulphuric acid treatment. After preparation and washing, the wet carbon with moisture content 85% was used in its wet status in this study due to its higher reactivity towards Cr(VI) than the dry carbon. The interaction of Cr(VI) and the carbon was studied and two processes were investigated in terms of kinetics and equilibrium namely Cr(VI) removal and chromium sorption. Cr(VI) removal and chromium sorption were studied at various initial pH (1.6-7), for initial Cr(VI) concentration (100 mg/l). At equilibrium, maximum Cr(VI) removal occurred at low initial pH (1.6-2) where, Cr(III) was the only available chromium species in solution. Cr(VI) removal, at such low pH, was related to the reduction to Cr(III). Maximum chromium sorption (60.5 mg/g) occurred at initial pH 2.8 and a rise in the final pH was recorded for all initial pH studied. For the kinetic experiments, approximate equilibrium was reached in 60-100 hr. Cr(VI) removal data, at initial pH 1.6-2.4, fit well pseudo first order model but did not fit pseudo second order model. At initial pH 2.6-7, Cr(VI) removal data did not fit, anymore, pseudo first order model, but fit well pseudo second order model instead. The change in the order of Cr(VI) removal process takes place in the pH range 2.4-2.6 under the experimental conditions. Other two models were tested for the kinetics of chromium sorption with the data fitting well pseudo second order model in the whole range of pH. An increase in cation exchange capacity, sorbent acidity and base neutralization capacity was recorded for the carbon sorbent after the interaction with acidified Cr(VI) indicating the oxidation processes on the carbon surface accompanying Cr(VI) reduction.
Lead(II) removal efficiency by natural kaolinite was investigated through laboratory experiments. This study was conducted in two phases-sorption and desorption. In the adsorption study, the influence of sorption kinetics and sorption isotherm and various parameters such as pH, temperature, coexisting other heavy metal ions on the lead adsorption was investigated. And desorption study was carried out in order to find the re-usability of kaolinite as an adsorbent. The results of the study are as follows. 1. Sorption kinetics was investigated under the condition of 2.5 mg/l adsorbent concentration, pH 6.5$\pm$0.05, temperature $30\pm 0.5\circ$C, initial lead(II) concentration 25 mg/l. Adsorption rate was initially rapid and the extent of adsorption arrived at adsorption equilibrium with 73% adsorption efficiency in an hour. 2. The sorption isotherm experiment was made with different initial lead(II) concentration. A linearized Freundlich equation was used to fit the acquired experimental data. As a result, Freundlich constants, the sorption intensity (1/n) was 0.47 and the measure of sorption (k) was 2.44. So, it was concluded that sorption of lead(II) by kaolinite is effective. 3. The effect of pH on lead(II) sorption by kaolinite shows that at a pH of 3, only 6% of the total lead(II) was adsorbed and at a pH 9, 97% of the lead(II) was removed. And the effect of temperature on lead(II) sorption by kaolinite shows that as the temperature increased, the amount of lead(II) sorption per unit weight of kaolinite increased. But the effect was minor (p<0.05). 4. Sorption isotherm of lead coexisting cadmium (II) or zinc (II) was lower than that of lead itself. It was caused by the result of competitive sorption to adsorption site. And there was no difference between the sorption isotherm of cadmium and zinc. 5. In desorption studies, only 5.12% desorption took place in distilled water, while 52.08% in 0.1 N hydrochloric acid. Consequently used kaolinite could be regenerated by hydrochoric acid.
Removal characteristics of Mn and Co was studied from the contaminated solutions via surface reaction with various calcium carbonate (calcite). Synthetic calcium carbonates which has different surface morphology as well as surface areas were prepared by a spontaneous precipitation method and used. Mn and Co removal behavior by the different solid surface demonstrate characteristic sorption behaviors depend on the type of calcite used, such as surface area or surface morphology. Calcium carbonate crystals (mostly calcite) which exhibit complicated surface morphology (c-type) shows strong sorption affinity for Mn and Co removal via sorption than on the a-type or b-type calcite crystals of less complicated surfaces. The applicability of two kinetic models, the pseudo-first-order kinetic equation and the Elovich kinetic model was examined on these sorption behavior. Elovich kinetic model was found more suitable to explain the very early stage adsorption kinetics, while the pseudo-first-order kinetic equation was successfully fitted for the adsorption kinetics after 50 hours.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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