The amount of the contaminants that can be adsorbed on the drain was evaluated for the effective remediation of the contaminated soil, and the contaminants adsorptivity of the drain was evaluated by comparing the isothermal adsorption model after carrying out the contaminants adsorption test of the reactants coated on the surface of the drain. The reactant used in the experiment is a natural zeolite, and the contaminants are copper, lead and cadmium. The results that Freundlich and Langmuir adsorption isotherm model are compared to the adsorption amount according to the change of the initial concentration by the contaminants. As a result of the component analysis, because Si, Al and O are contained approximately 28%, 11% and 48%, respectively, it is identified that the material coated on the surface of the drain is the component of the zeolite which is the reactant for the adsorption of the heavy-metal (Cu, Pb, Cd) contaminants. The heavy-metal adsorption kinetic of the zeolite which is the reactant was decreased in order of lead, copper and cadmium. The important factor of the performance evaluation of the adsorbent is the reaction rate, and if zeolite is used as the reactant in the relationship between the maximum amount of adsorption and reaction rate, it can be utilized as the design factor that determine the removal order of the complex heavy-metal. In other words, because the maximum adsorption quantity of lead is smaller compared to copper but the reaction rate is relatively fast, it can be primarily removed, and copper can be removed after removing the lead. It was analyzed that Cadmium can be finally removed after that other heavy-metal is removed.
Kim, Youngjung;Yoo, Yerim;Kim, Min Gyeong;Choi, Jong-Ha;Ryoo, Keon Sang
Journal of the Korean Chemical Society
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v.64
no.5
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pp.249-258
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2020
The potential use of egg shell and calcined egg shell as adsorbent was evaluated and compared to remove Cd2+ from aqueous solution. The samples were characterized using Thermogravimetry and Differential Thermal Analysis (TG/DTA), Scanning Electron Microscope (SEM), X-ray Diffractometer (XRD), Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDX) and BET Surface Analyzer. The batch-type adsorption experiment was conducted by varying diverse variables such as contact time, pH, initial Cd2+ concentrations and adsorbent dosage. The results showed that, under the initial Cd2+ concentrations ranged from 25 to 200 mg g-1, the removal efficiencies of Cd2+ by egg shell powder (ESP) were decreased steadily from 96.72% to 22.89% with increase in the initial Cd2+ concentration at 2.5 g of dosage and 8 h of contact time. However, on the contrary to this, calcined egg shell powder (CESP) showed removal efficiencies above 99% regardless of initial Cd2+ concentration. The difference in the adsorption behavior of Cd2+ may be explained due to the different pH values of ESP and CESP in solution. Cd2+ seems to be efficiently removed from aqueous solution by using the CESP with a basicity nature of around pH 12. It was also observed that an optimum dosage of ESP and CESP for nearly complete removal of Cd2+ from aqueous solution is approximately 5.0 g and 1.0 g, respectively. Consequently, Cd2+ is more favorably adsorbed on CESP than ESP in the studied conditions. Adsorption data were applied by the pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetics models and Freundlich and Langmuir isotherm models, respectively. With regard to adsorption kinetics tests, the pseudo-second-order kinetics was more suitable for ESP and CESP. The adsorption pattern of Cd2+ by ESP was better fitted to Langmuir isotherm model. However, by contrast with ESP, CESP was described by Freundlich isotherm model well.
In this study, adsorption characteristics of coconut shell-based granular activated carbon (CS-GAC) on Basic Blue 3 (BB3) were evaluated. As the dosage of CS-GAC increased, the removal efficiency of BB3 tended to increase and the initial dye concentration of 50 mg/L was completely removed at 0.2 g dosage. Adsorption equilibrium achieved within 270 and 420 min at the initial concentrations of 25 and 50 mg/L, respectively, and the experimental data were represented by the pseudo-second-order model. The maximum uptakes ($q_{max}$) predicted by the Langmuir model were 34.45, 46.63 and 53.10 mg/g at 298, 308 and 318 K, respectively. The $q_{max}$ value increased as the temperature increased. Also, the Gibbs free energy (${\Delta}G$) was changed to -7.37, -8.19 and -10.40 kJ/mol with increasing temperature. The enthalpy change (${\Delta}H$) and the entropy change (${\Delta}S$) were 34.47 kJ/mol and 0.15 J/mol K, respectively. Therefore adsorption of BB3 by CS-GAC was spontaneous and endothermic.
In this study, the behaviour of $SO_2$ and $NO_2$ adsorption on aminated ultrafine fibrous PP-g-AAc ion exchanger was investigated, The amount of adsorbed $SO_2$ increased with increasing the initial concentration of $SO_2$. The adsorption breakthrough time in the low concentration of $SO_2$ was faster than high concentration. The adsorption breakthrough occurred within 60 min. Approximately 80% of $SO_2$ was adsorbed below 100 ppm $SO_2$ and 90% of $SO_2$ over 100 ppm $SO_2$ respectively. The selective adsorption rate for $NO_2$ was lower than that of $SO_2$. The adsorption rate for $SO_2$ was decreased with increasing flow rate and that of $NO_2$ was 60%. The breakthrough occurred within 60 min. The adsorption rate for $SO_2$ was 92% in the 250 mL/g water content. Isotherm adsorption model for $SO_2$ was close to the Langmuir rather than Freundlich model.
Adsorption of metanil yellow onto granular activated carbon were studied in a batch system. Various operation parameters such as adsorbent dosage, pH, initial concentration, contact time and temperature were optimized. Experimental equilibrium adsorption data were analyzed by Langmuir and Freundlich adsorption isotherm. The equilibrium process was described well by Freundlich isotherm model. From determined separation factor (1/n), adsorption of metanil yellow by granular activated carbon could be employed as effective treatment method. By analysis of kinetic experimental data, the adsorption process were found to confirm to the pseudo second order model with good correlation and the adsorption rate constant ($k^2$) decreased with increasing initial concentration. Thermodynamic parameters like activation energy, change of free energy, enthalpy, and entropy were also calculated to predict the nature adsorption in the temperature range of 298~318 K. The activation energy was determined as 23.90 kJ/mol. It was found that the adsortpion of metanil yellow on the granular activated carbon was physical process. The negative Gibbs free energy change (${\Delta}G=-2.16{\sim}-6.55kJ/mol$) and the positive enthalpy change (${\Delta}H=+23.29kJ/mol$) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, respectively.
The adsorption of disperse yellow 3 (DY 3) on granular activated carbon (GAC) was investigated for isothermal adsorption and kinetic and thermodynamic parameters by experimenting with initial concentration, contact time, temperature, and pH of the dye as adsorption parameters. In the pH change experiment, the adsorption percent of DY 3 on activated carbon was highest in the acidic region, pH 3 due to electrostatic attraction between the surface of the activated carbon with positive charge and the anion (OH-) of DY 3. The adsorption equilibrium data of DY 3 fit the Langmuir isothermal adsorption equation best, and it was found that activated carbon can effectively remove DY 3 from the calculated separation factor (RL). The heat of adsorption-related constant (B) from the Temkin equation did not exceed 20 J mol-1, indicating that it is a physical adsorption process. The pseudo second order kinetic model fits well within 10.72% of the error percent in the kinetic experiments. The plots for Weber and Morris intraparticle diffusion model were divided into two straight lines. The intraparticle diffusion rate was slow because the slope of the stage 2 (intraparticle diffusion) was smaller than that of stage 1 (boundary layer diffusion). Therefore, it was confirmed that the intraparticle diffusion was rate controlling step. The free energy change of the DY 3 adsorption by activated carbon showed negative values at 298 ~ 318 K. As the temperature increased, the spontaneity increased. The enthalpy change of the adsorption reaction of DY 3 by activated carbon was 0.65 kJ mol-1, which was an endothermic reaction, and the entropy change was 2.14 J mol-1 K-1.
Cobalt can be released into the natural environment as industrial waste from the alloying industry and as acid mine drainage, and it is also a radionuclide (60Co) that constitutes high-level radioactive waste. Smectite is a mineral that can be useful for adsorption and isolation of this element. In this study, Cheto-type montmorillonite (Cheto-MM), which is the source clays of The Clay Mineral Society (CMS) and already well-characterized, was used. The effect of the adsorption site affected by the presence of interlayer water on the adsorption of cobalt before and after dehydration by heating was evaluated and the adsorption mechanism of cobalt on Cheto-MM was studied by applying adsorption kinetics and adsorption isotherm models. The results showed that the adsorption characteristics changed with dehydration and subsequent shrinkage, and cobalt was found to be adsorbed at the edge of Cheto-MM for about 38% and adsorbed at the interlayer site for about 62%, suggesting that the cobalt adsorption of Cheto-MM is significantly influenced by the interlayer. By applying the adsorption kinetic models, the cobalt adsorption kinetics of Cheto-MM is explained by a pseudo-second-order model, and the concentration-dependent adsorption was best described by the Langmuir isotherm adsorption model. This study provides basic knowledge on the adsorption characteristic of cobalt on montmorillonite with different adsorption sites and is expected to be useful in predicting the adsorption behavior of smectite in high-level radioactive waste disposal sites in the future.
Chloride induced corrosion of steel reinforcement inside concrete is a major concern for concrete structures exposed to a marine environment. It is well known that transport of chloride ions in concrete occurs mainly through ionic/molecular diffusion, as a gradient of chloride concentration in the concrete pore solution is set. In the process of chloride transport, a portion of chlorides are bound in cement matrix then to be removed in the pore solution, and thus only the rest of chlorides which are not bound (i.e. free chlorides) leads the ingress of chlorides. However, since the measurement of free/bound chloride content is much susceptible to environmental conditions, chloride profiles expressed in total chlorides are evaluated to use in many studies In this study, the capacity of chloride binding in cement matrix was monitored for 150 days and then quantified using the Langmuir isotherm to determine the portions of free chlorides and bound chlorides at given total chlorides and the redistribution of free chlorides. Then, the diffusion of chloride ion in concrete was modeled by considering the binding capacity for the prediction of chloride profiles with the redistribution. The predicted chloride profiles were compared to those obtained from conventional model. It was found that the prediction of chloride profiles obtained by the model has shown slower diffusion than those by the conventional ones. This reflects that the prediction by total chloride may overestimate the ingress of chlorides by neglecting the redistribution of free chlorides caused by the binding capacity of cement matrix. From the evaluation, it is also shown that the service life prediction using the free chloride redistribution model needs different expression for the chloride threshold level which is expressed by the total chlorides in the conventional diffusion model.
In this research, equilibrium of adsorption and kinetics of As(V) removal were investigated. The coal mine drainage sludge(CMDS) was used as adsorbent. To find out the physical and chemical properties of CMDS, XRD (X-ray diffraction), XRF (X-ray fluorescence spectrometer) analysis were carried out. The CMDS was consist of 70% of goethite and 30% of calcite. From the results, an adsorption mechanism of As(V) with CMDS was dominated by iron oxides. Langmuir adsorption isotherm model was fitted well more than Freundlich isotherm adsorption model. Adsorption capacities of CMDS 1 was not different with CMDS 2 on aspect of amounts of arsenic adsorbed. The maximum adsorption amount of two CMDS were respectively 40.816, 39.682 mg/g. However, the kinetic of two CMDS was different. The kinetic was followed pseudo second order model than pseudo first order model. Concentrations of arsenic in all segments of the polymer in CMDS 2 does not have a constant value, but the rate was greater than the value of CMDS 1. Therefore, CMDS 2, which is containing polymer, is more effective for adsorbent to remove As(V).
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.2
no.1
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pp.63-68
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1982
This study was aimed ultimately to develop an adsorption process treating heavy metal industrial wastewater by utilizing domestically abundant natural zeolite and the study was conducted in a series of investigations. Presented if1 this paper are the results of the preliminary batch mode test. Factors affecting an adsorption process of heavy metals of aqueous waste stream by zeolite are numerous. Factors such as hydrogen ion concentration and temperature are taken into consideration in the investigation to evaluate adsorptive capacity. The mechanisms of adsorption may better be described by an evaluation of adsorption isotherm andi of adsorption kinetics. It is observed from the preliminary investigation that an optimum adsorption occurs at higher pH's than 4. It is further demonstrated that $Cd^{+2}$ adsorption by zeolite follows the BET model better than the Freundlich and the Langmuir model and that the reaction time of at least 10 minutes is required. It is interesting to note that higher adsorptive capacity was found at higher temperature, suggesting that the adsorption is not only due to simple physisorption but also due to chemisorption.
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