In this experiment we investigated the influence of various anions including oxalic acid encountered as solution phase in soil on the adsorption and desorption of sulfate in Chungwon Bt soil. The effect of chloride and nitrate on the adsorption of sulfate was not significant, suggesting that sulfate was better able to compete for adsorption sites at concentrations studied, in contrast to the large reduction in the amount of chloride adsorbed in the presence of sulfate. The results of competition for sorption sites between sulfate and anion showed that the simultaneous presence of two anions in solution was effective in reduction of competing anion at a maximum value of adsorption, due to the similar adsorption mechanism for anion competition. Therefore, the variation in the buffer power of the acids will produce a change in the strength and amount of adsorption and the competitive ability.
So-Hui Kim;Seung-Gyu Lee;Jin-Ju Yun;Jae-Hyuk Park;Se-Won Kang;Ju-Sik Cho
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.41
no.4
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pp.252-260
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2022
BACKGROUND: The number of biomass power plants is increasing around the world and the amount of wastes from power plants is expected to increase. But the bottom ash (BA) is not recycled and has been dumped in landfill. This study was conducted to find out functional groups of BA and adsorption rate of heavy metals on BA. METHODS AND RESULTS: The BA was dried in oven at 105℃ for 24 hours, and characterized by analyzing the chemistry, functional group, and surface area. The adsorption rates of heavy metals on BA were evaluated by different concentration, time, and pH. As a result, the adsorption amount of the heavy metals was high in the order of Zn> Cu> Cd> Ni and the removal rates of Zn, Cu, Cd, and Ni by BA was 49.75, 30.20, 32.46, and 36.10%, respectively. Also, the maximum adsorption capacity of BA was different by the heavy metal in the environmental conditions, and it was suggested that the isotherms for Zn, Ni, Cd, and Cu were adequate to Langmuir model. CONCLUSION(S): It is suggested that it would be effective to remove heavy metals in aqueous solution by using BA from biomass power plants in South Korea.
Adsorption kinetics of aqueous ferric ion ($Fe^{3+}$) onto bio-natural rice grains (BRG) have been studied in a batch system. The influence of contact time (0-180 minutes), the dosage of BRG adsorbent (10, 20, 40, and $60gL^{-1}$), and ambient temperature (27, 37, 47, and $57^{\circ}C$) for the adsorption system have been reported. The equilibrium time achieved after 20 minutes of adsorption contact time. The maximum removal of ferric ion is 99% by using $60gL^{-1}$ of BRG, $T=37^{\circ}C$, and $50mgL^{-1}$ ferric ion solution. Adsorption kinetic and diffusion models, such as pseudo-first order, pseudo-second order, and Weber-Morris intra-particle diffusion model, have been used to describe the adsorption rate and mechanism of the ferric ion onto BRG surface. The sorption data results are fitted by Lagergren pseudo-second order model ($R^2=1.0$). The kinetic parameters, rate constant, and sorption capacities have been calculated. The new information in this study suggests that BRG could adsorb ferric ion from water physiosorption during the first 5 minutes. Afterward, the electrostatic interaction between ferric ion and BGR-surface could take place as a very weak chemisorptions process. Thus, there is no significant change could be noticed in the FTIR spectra after adsorption. I recommend producing BGR as a bio-natural filtering material for removing the ferric ion from water.
Nitrogen applied to soil is highly prone to leaching and volatilization leading to gaseous emissions of nitrous oxide (N2O) and ammonia (NH3) which are of great environmental concern. Usage of biochar to reduce the discharge of nitrogen to the environment has attracted much interest in the recent past. Biochar is produced by pyrolyzing various biomasses under oxygen-limited conditions. Biochar is a carbonized material with high adsorptive powers for not only plant nutrients but also heavy metals. The objective of this study was to investigate the adsorption characteristics of NH4-N onto biochar made from pine needles. The biochar was produced at various pyrolysis temperatures including 300, 400 and 500℃ and holding times of 30 and 120 minutes. The Langmuir isotherm was used to evaluate the adsorption test results. The chemical properties of the biochar varied with the pyrolysis conditions. In particular, the pH, EC and total carbon content increased with the increasing pyrolysis conditions. The rate of adsorption of NH4-N by the biochar decreased with the increasing pyrolysis conditions. Of these conditions, biochar that was pyrolyzed at 300℃ for 30 minutes showed the highest adsorption rate of approximately 0.071 mg·g-1. Thus, the use of biochar pyrolyzed at low temperatures with a short holding time can most efficiently reduce ammonia emissions from agricultural land.
Bio-filtration utilizes microorganisms fixed to a porous medium to metabolize pollutants present in an air stream. The microorganisms grow in a bio-film on the surface of a medium or are suspended in the water phase surrounding the medium particles. Therefore, bio-filter support media play one of the most important key roles in bio-filtration of gas phase pollutants. To characterize and select the appropriate support media, gas adsorption capacity and microorganism immobilization were investigated in lab-scale experiments for the selected target support media which were compost I (compost from lab-scale process), compost II (compost from municipal facility), bark, wood chip, orchid stone and vermiculite. As odor materials, ammonia and trimethylamine were utilized. From the result of experiments, bark was superior to any other support media tested in adsorption capacity as much as 12.5 mg ammonia per 1 g bark. In trimethylamine adsorption, bark and wood chip showed a remarkable results of 21.1 and 14.1 mg/g respectively. On the other hand, microorganism fixation test determined by the count of nitrogen oxidizing microbes population, the compost II and wood chips showed the best results. Considering the characteristics of materials and the operating condition of the bio-filter, bark, wood chip, and compost II are applicable to the support media of bio-filter when they are appropriately blended on the basis of studying the media pH, packing porosity and moisture contents.
Little research has been conducted to explore the heavy metal removal potential of biochar. The adsorption characteristics of heavy metals by sesame waste biochar (pyrolysis at $600^{\circ}C$ for 1 hour) as heavy metal absorbent were investigated. The sesame waste biochar was characterized by SEM-EDS and FT-IR, and heavy metal removal was studied using Freundlich and Langmuir equations. The removal rates of heavy metals were higher in the order of Pb>Cu>Cd>Zn, showing that the adsorption efficiency of Pb was higher than those of any other heavy metals. Freundlich and Langmuir adsorption isotherms were used to model the equilibrium adsorption data obtained for adsorption of heavy metals on biochar produced from sesame waste. Pb, Cu, Cd and Zn equilibrium adsorption data were fitted well to the two models, but Pb gave a better fit to Langmuir model. Heavy metals were observed on the biochar surface after adsorption by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Main functional groups were aromatic C=O ring (at $1160cm^{-1}$, $1384cm^{-1}$ and $1621cm^{-1}$) by FT-IR analysis. Thus, biochar produced from sesame waste could be useful adsorbent for treating heavy metal wastewaters.
Competition among anion species in solution for same sorption sites and soil surface can be of major significance in determining the effective mobility of any potentially adsorbing species. Major soil anion species include $OH^-$, $F^-$, $Cl^-$, $HCO_3{^-}$, $CO_3{^-}$, $NO_3{^-}$, $SO_4{^{2-}}$, and $PO_4{^{3-}}$. And some micro nutrients such as boron and molybdenum exist as $H_2BO_3{^-}$ and $MoO_4{^{2-}}$, as do some heavy metals such as chrome and arsenic as $CrO_4{^{2-}}$ and $HAsO_4{^{2-}}$. Pesticides such as 2,4,5-T and 2,4-D also exist as anions. Many anion species are retained by more complex mechanisms than the simple electrostatic attractions involved in most cation adsorption reactions. In binary system composed of two anions, the adsorption of one anion is influenced by the other anion due to the competition for the available and limited binding sites in soil constituents. The specifically adsorbed anions may compete more effectively for sorption sites than that of nonspecifically adsorbed anion. In this study, we aim to evaluate the mathematical models to determine the magnitude of concentration variations in adsorption due to competitive interactions between anions introduced to a system in binary mixtures.
BACKGROUND: Biochar has ability to reduce N loss, increase crop yield, and sequestrate carbon in the soil However, there is still limited study concerning the interactive effects of various biochars on NH3 loss and plant growth. This study, therefore, was conducted to investigate the NH4+ adsorption characteristics of biochar derived from rice and maize residues. METHODS AND RESULTS: By-products were pyrolyzed under oxygen-limited conditions at 300-700℃ for 1 hour and used for experiment of NH4+ adsorption in aqueous solution. The adsorption characteristics of biochar were studied using Langmuir isotherm. Biochar yield and hydrogen content decreased with increasing pyrolysis temperatures, whereas pH, EC, and total carbon content increased. The biochar pyrolyzed at lower temperatures was more efficient at NH4+ adsorption than those produced at higher temperatures. In addition, the RL values, indicating equilibrium coefficient were between 0 and 1, confirming that the result was suitable for Langmuir isotherm. CONCLUSION: The maize stalk biochar pyrolyzed at 300℃ was the most efficient to adsorb NH4+ from the aqueous solution. Furthermore, the adsorption results of this experiment were lower than those of other prior studies, which were ascribed to different experimental conditions such as ingredients, and pyrolysis conditions.
Kim, Kyoung-Min;Park, Chung-Berm;Choi, Ae-Jin;Choy, Jin-Ho;Oh, Jae-Min
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.32
no.7
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pp.2217-2221
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2011
We investigated the selective deoxyribonucleic acid (DNA) adsorption on layered double hydroxide (LDH) nanoparticles via studying the interaction between positively charged LDH nanoparticle as adsorbent and negatively charged adsorbates such as methyl orange (MO), fluorescein (FL), and DNA strands. The size controlled LDH $(Mg_{0.78}Al_{0.22}(OH)_2(CO_3)_{0.11}{\cdot}mH_2O)$ was prepared by conventional coprecipitation method, followed by the hydrothermal treatment. According to the adsorption isotherms, the adsorbed amounts of MO and FL were similar, however, that of DNA were much larger. The adsorption behaviors were well fitted to Freundlich adsorption model. The concentration dependent adsorption behavior on LDH surface was described in order to verify the selective DNA separation ability. The result showed that the LDH has advantages in selective adsorption of DNA competing with single molecular anions.
Micro-/macroporous carbons (MMCs) were prepared using a hollow mesoporous silica capsule (HMSC) as a sacrificial hard template. The carbonization process after the infiltration of furfuryl alcohol into the template-free HMSC material afforded MMC materials in high yield. The hard template HMSC could be removed by HF etching without deteriorating the structure of MMC. The MMC materials were fully characterized by SEM, TEM, PXRD, XPS, and Raman spectroscopy. The replication processes were so successful that MMCs exhibited a hollow capsular structure with multimodal microporosity. Detailed textural properties of MMC materials were investigated by volumetric $N_2$ adsorption-desorption analysis at 77 K. To explore the gas sorption abilities of MMCs for other gases, $H_2$ and $CO_2$ sorption analyses were also performed at various temperatures. The multimodal MMC materials were found to be good sorbents for both $H_2$ and $CO_2$ at low pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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