Continuous adsorption of silver and copper by Verde-lodo bentonite in a fixed bed flow-through column

Freitas, Emanuelle Dantas de; Almeida, Hewellyn Joacy de; Neto, Ambrósio Florêncio de Almeida; Vieira, Melissa Gurgel Adeodato

doi:10.1016/j.jclepro.2017.10.036

Cited by 47 publications

(14 citation statements)

References 28 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Freitas and their co-scientists were experimented for binary adsorption of silver and copper onto bentonite (Verde-lodo clay), in which first flow rate was optimized. Thereafter, effects of initial concentration and molar fraction were investigated using this optimum flow rate (Freitas et al 2018).…”

Section: Adsorption Of Metal and Ionmentioning

confidence: 99%

Fixed-bed column adsorption study: a comprehensive review

Patel¹

2019

Appl Water Sci

436

188

View full text Add to dashboard Cite

Present paper involved the review of fixed-bed column studies for removal of various contaminants from synthetic wastewater. Basic concept of adsorption, its types (i.e., chemisorption and physisorption) and its mechanism, adsorbents and adsorbates were included. Comparison of batch and column adsorption study is mentioned. Complete study of breakthrough curve for designing adsorptive column is interpreted. This paper explicates the detailed explanation of various process parameters and isotherm models for column study. Fixed-bed adsorption studies using various adsorbates, i.e., metal, ion, dye and other hazardous materials, are reviewed, in which adsorption of chromium metal is most exploitable. Conclusion and some challenges for utilization in real world are also exposed.

show abstract

Section: Adsorption Of Metal and Ionmentioning

confidence: 99%

Fixed-bed column adsorption study: a comprehensive review

Patel¹

2019

Appl Water Sci

436

188

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The authors verified loss of water in the range of 76− 81 °C and loss of hydroxyls in the range of 478−483 °C. 34 Above 800 °C, the derivative thermogravimetric (DTG) curve showed oscillations that can be attributed to the decomposition, crystallization, and fusion of some minerals present in CVL. 15,36 In addition, the pH at which the adsorbent surface charge is zero was also obtained in the literature, in which at pH > 2.7, the CVL surface has a negative surface charge.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 82%

“…36 Moreover, the CVL clay also had an affinity for inorganic composts, such as copper and silver. 34 These results indicate that CVL bentonite clay has affinity for varied types of contaminants and can be considered a promising material for large-scale applications.…”

Section: Effect Of Inlet Concentrationmentioning

confidence: 99%

Fixed-Bed Adsorption of Ciprofloxacin onto Bentonite Clay: Characterization, Mathematical Modeling, and DFT-Based Calculations

Antonelli

Malpass

Silva

et al. 2021

Ind. Eng. Chem. Res.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The objective of this paper was to examine the adsorption of the antibiotic ciprofloxacin (CIP) in a calcined Verdelodo (CVL) clay-packed fixed-bed system. The characterization study of the fresh and contaminated clay indicated filling of the clay pores by the CIP (pore volume decreased from 65.4 to 31.1 cm 3 g −1 ) and did not evidence significant changes in the clay texture. The fixed-bed system reached a breakthrough adsorption capacity of 0.038 mmol g −1 (12.6 mg g −1 ) and a mass transfer zone of 4.29 cm. Five mathematical models were fitted to the breakthrough curves, and the dual-site diffusion displayed the best fit to the experimental data (R 2 > 0.98). The adsorption performance of CIP was compared to that of the antibiotic ofloxacin, reported in the literature, in which density functional theory (DFT) computations were performed to clarify the particularities of the adsorption of both compounds onto CVL clay.

show abstract

“…The dynamic sorption of PTEs by mineral amendments has been investigated using zeolite (Medvidović et al, 2008;Trgo et al, 2011;Nguyen et al, 2015), laterite (Maiti et al, 2008;Chotpantarat et al, 2012), and sepiolite (Brigatti et al, 2000;Turan et al, 2005). Smectites have also been used after thermal or acid treatment in order to minimize their expandability (Bertagnolli et al, 2011;Gimenes et al, 2013;da Rosa et al, 2015;de Freitas et al, 2018). These studies involve the investigation of various parameters that control sorption in clay beds, such as the bed height, the flow rate and the initial elemental concentration, and the experimental data are fitted to the respective dynamic kinetics models.…”

Section: Stabilization Of Ptes By Mineral Amendments -State Of the Artmentioning

confidence: 99%

“…Kaprara et al, 2016;Kumar and Chakraborty, 2009;Maji et al, 2012;Mondal, 2009;Vijaya and Krishnaiah, 2010;Wan Ngah et al, 2012), however, the use of clays, especially smectites, in such set-ups is minimal, presumably because of their expandable and impermeable nature. In these cases a calcined form is used instead, which is non-expandable but has different physicochemical characteristics than the original material (lower SSA and CEC) (Bertagnolli et al, 2011;de Almeida Neto et al, 2012Gimenes et al, 2013;de Freitas et al, 2018).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Geochemical processes during the stabilization of potentially toxic elements (PTEs) in contaminated soil by using mineral amendments

Kypritidou¹,

Κυπριτίδου²

View full text Add to dashboard Cite

Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει τα αποτελέσματα σχετικά με τις γεωχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη σταθεροποίηση δυνητικά τοξικών στοιχείων (ΔΤΣ) ρυπασμένων εδαφών με χρήση γεωυλικών. Τα τελευταία χρόνια διάφορα γεωυλικά, συμπεριλαμβανομένων των αργίλων, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην απορρύπανση εδαφών και υδάτων. Η αποδοτικότητα τους γενικά αποδίδεται στις ιδιαίτερες δομικές και φυσικοχημικές ιδιότητες τους. Η απομάκρυνση των δυνητικά τοξικών στοιχείων (ΔΤΣ) από υδατικά διαλύματα οφείλεται σε αντιδράσεις ιοντοενναλλαγής, επιφανειακής συμπλοκοποίησης και καθίζησης. Ωστόσο, το σύστημα έδαφος-άργιλος-ΔΤΣ είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο, και οι γεωχημικές διεργασίες που ελέγχουν τη σταθεροποίηση των ΔΤΣ δεν είναι πλήρως κατανοητές. Η μεθοδολογία της έρευνας στηρίχθηκε στη μελέτη του υδατικού συστήματος αργίλου-ΔΤΣ με σταδιακή αύξηση της πολυπλοκότητας του. Αυτό επετεύχθη δίνοντας έμφαση αρχικά σε μονοστοιχειακά υδατικά διαλύματα νιτρικών αλάτων Pb και Cu, ενώ κατόπιν μελετήθηκε η συγκράτηση των ΔΤΣ που ελευθερώνονται στο υδατικό εκχύλισμα και το πορικό νερό ρυπασμένων εδαφών που προέρχονται από διαφορετικές περιοχές. Η παρούσα έρευνα είναι μια συγκριτική μελέτη που σκοπό έχει να συνδέσει τις φαινομενολογικές παρατηρήσεις σχετικά με τη συγκράτηση των ΔΤΣ από διαφορετικούς τύπους αργίλων με τις γεωχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στη ζώνη αλληλεπίδρασης αργίλου-εδάφικού -διαλύματος. Τα προσροφητικά υλικά που μελετήθηκαν περιλαμβάνουν Fe-Mg-ούχες αργίλους πλούσιες σε παλυγορσκίτη (κωδ. PCM), σμεκτίτη (κωδ. SCM) και μείγμα παλυγορσκίτη/σμεκτίτη (κωδ. MCM), από τη Βόρεια Ελλάδα, προϊόντα της αποσάθρωσης υπερβασικών πετρωμάτων. Μελετήθηκαν επίσης ένας μπετονίτης από την Κίμωλο (κωδ. ΚΙΜ), η γένεση του οποίου σχετίζεται με την υδροθερμική εξαλλοίωση ηφαιστειακών τόφφων, καθώς και μια παλυγορσκιτική άργιλος (κωδ. ATAUS) από τη λίμνη Νερραμύνε της Δ. Αυστραλίας. Οι ορυκτολογικές, δομικές και φυσικοχημικές ιδιότητες των αργίλων μελετήθηκαν εκτενώς. Τα δύο παλυγορσκιτικά δείγματα, (>70% παλ.), PCM και ATAUS, έχουν ινώδη υφή, μικρή ιοντοενναλακτική ικανότητα (CEC~0.3 meq g-1), υψηλό σημείο μηδενικού φορτίου (PZC~9) και μεγάλη ειδική επιφάνεια (SSA>125 m2 g-1). Το δείγμα SCM είναι ένας Fe-πλούσιος σμεκτίτης (>70% σμ), με υψηλό PZC (~9) και CEC (0.6 meq g-1), και υψηλή SSA (123 m2 g-1). Αντίθετα, το δείγμα ΚΙΜ είναι πλούσιο σε μοντμοριλλονίτη (60% σμ) με PZC~7.5, CEC~0.4 meq g-1 και SSA ~42 m2 g-1. Τέλος, το δείγμα MCM (40% σμ+20% παλ) παρουσιάζει ίδιες τιμές PZC, SSA and CEC με το δείγμα PCM. Όλα τα δείγματα περιέχουν επίσης σημαντικές ποσότητες συνδρόμων ορυκτών (~30-40%) που αντικατοπτρίζουν το γεωλογικό περιβάλλον σχηματισμού των αργίλων. H προσροφητικότητα των αργίλων ως προς τον Pb μελετήθηκε υπό στατικές και δυναμικές πειραματικές συνθήκες, και συγκρίθηκε ως προς αυτή του Cu, ώστε να προσδιοριστεί η προσροφητική συμπεριφορά και οι μηχανισμοί συγκράτησης σε κάθε περίπτωση. Η ικανότητα συγκράτησης του Pb και του Cu από τις αργίλους υπό στατικές συνθήκες είναι MCM≥SCM>KIM>PCM(=ATAUS), με μέγιστες συγκεντρώσεις 27-52 mg g-1 για τον Pb και 7-17 mg g-1 για τον Cu, αντίστοιχα. Σε δυναμικές συνθήκες, η προσροφητική ικανότητα είναι MCM≥SCM>KIM>PCM για τον Pb και SCM>KIM>MCM>PCM για τον Cu. Τα δείγματα MCM και SCM συγκράτησαν πολύ περισσότερο Pb (123-164 mg g-1) στα δυναμικά παρά στα στατικά πειράματα. Η ποσότητα Cu που συγκρατήθηκε από τα υλικά ήταν ίδια μεταξύ των στατικών και δυναμικών δοκιμών. Για την ποσοτικοποίηση της συμβολής κάθε διεργασίας (δηλ. ιοντοενναλλαγής, συμπλοκοποίησης και καθίζησης) στην ολική απομάκρυνση του Pb και του Cu των υδατικών διαλυμάτων συναρτήσει των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των προσροφητών, κατασκευάστηκε ένα γενικό μοντέλο προσρόφησης. Η ιδιαίτερη προσροφητική ικανότητα του MCM ως προς την συγκράτηση του Pb και του Cu στα στατικά πειράματα οφείλεται στο συνδυασμό της επιφανειακής συμπλοκοποίησης (~55%) και της ιοντοενναλλαγής (40-45%), λόγω της συνύπαρξης παλυγορσκίτη και σμεκτίτη. Επίσης η συγκράτηση του Pb εξαρτάται πολύ από το pH, οπότε υπάρχει καθίζηση μολυβδούχων φάσεων επί της αργιλικής επιφάνειας σε αλκαλικό pH (όπως οξειδίων) ή λόγω υπερκορεσμού (όπως ανθρακικών). Αντιθέτως, η συγκράτηση του Cu επηρεάζεται λιγότερο από το pH, και υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες, δεν παρατηρήθηκε η δημιουργία ιζημάτων. Η προσρόφηση του Cu εξαρτάται από την CEC των αργίλων, οπότε το SCM επέδειξε σχετικά μεγαλύτερη ικανότητα συγκράτησης κατά τα τη στατική και δυναμική προσρόφηση (~20 mg g-1). Η προσροφητική ικανότητα των Fe-Mg-ούχων αργίλων (PCM, SCM, MCM) σε φυσικά συστήματα αξιολογήθηκε περαιτέρω ως προς την απορρύπανση τριών ρυπασμένων εδαφών με διαφορετικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά. Τα επιλεγμένα εδάφη προέρχονται από την ιστορική μεταλλευτική περιοχή του Λαυρίου (Αττική), την ενεργή εξορυκτική περιοχή μικτών θειούχων μεταλλευμάτων του Στρατωνίου (Χαλκιδική) και το αστικό πάρκο της Καισαριανής, ένα πρώην πεδίο σκοποβολής (Άλσος Σκοπευτηρίου) στην Αθήνα. Και τα τρία εδάφη έχουν υψηλές ολικές και υδατοεκχυλίσιμες συγκεντρώσεις Pb (ως 4800 mg kg-1 και 6160 μg kg-1, αντίστοιχα). Τα οξυνισμένα εδαφικά εκχυλίσματα διήλθαν μέσα από αργιλικές στήλες ώστε να προσδιοριστούν οι μηχανισμοί συγκράτησης των μετάλλων στα φυσικά συστήματα. Σε αντίθεση με τα μονοστοιχειακά διαλύματα, όπου ο Pb και ο Cu εμφανίζονται ως διαλυμένα ιόντα, τα μέταλλα στα εδαφικά εκχυλίσματα συνδέονται με το κολλοειδές Fe-Al-ικό κλάσμα. Η μεγάλη ειδική επιφάνεια των αργίλων λειτούργησε ως υπόστρωμα για την καθίζηση των κολλοειδών και την ταυτόχρονη απομάκρυνση των μετάλλων που αυτά έφεραν, όταν το περιβάλλον της στήλης ήταν αλκαλικό. Στο τέλος του πειράματος ~50% του αρχικού περιεχομένου σε Pb είχε κατακρατηθεί από όλες τις στήλες, χωρίς ιδιαίτερες διαφορές στην προσροφητική ικανότητα μεταξύ των αργίλων. Η ικανότητα σταθεροποίησης των μετάλλων σε ρυπασμένα εδάφη με χρήση Fe-Mg-ούχων αργίλων αξιολογήθηκε περαιτέρω με βάσει τις συγκεντρώσεις Pb και Cu στο πορικό νερό και το βιοδιαθέσιμο μεταλλικό κλάσμα. Οι συγκεντρώσεις Pb και Cu στο πορικό νερό ήταν χαμηλότερες από ότι στα εκχυλίσματα. Μείωση του κινητοποιήσιμου κλάσματος Pb στα εδάφη παρατηρήθηκε με ποσοστιαία ανάμιξη αργίλου 10% κ.β.. Συγκεκριμένα το δείγμα MCM μείωσε αρκετά τη συγκέντρωση Pb στο πορικό νερό του εδάφους της Καισαριανής, το οποίο είχε και τις υψηλότερες συγκεντρώσεις. Οι πιθανοί μηχανισμοί σταθεροποίησης /κινητοποίησης του Pb σε κάθε έδαφος προσδιορίσθηκαν με βάσει τις φάσεις του Pb στο εδαφικό πορικό νερό, όπως αυτές εκτιμήθηκαν μέσα από μαθηματικά μοντέλα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η παρουσία ανθρακικών ορυκτών στο έδαφος της Καισαριανής βοήθησε στη δέσμευση του Pb σε υδροξυανθρακικές φάσεις, οι οποίες μπορούν να καθιζάνουν επί της αργιλικής επιφάνειας. Στο έδαφος του Λαυρίου, ο Pb πιθανόν να κατακρατείται στις αργιλικές επιφάνειες μέσω συμπλοκοποίησης ή να καθιζάνει στα σωματίδια φερριϋδρίτη. Στο έδαφος του Στρατωνίου, που είναι πιο όξινο και χωρίς ανθρακικά, ο Pb υδρολύεται και συγκρατείται μέσω συμπλοκοποίησης στις αργιλικές επιφάνειες. Αν και καμία από τις αργιλικές δοκιμές δεν κατάφερε να ελαττώσει σε σημαντικό βαθμό το βιοδιαθέσιμο κλάσμα μολύβδου, εντούτοις η χρήση 10% αργίλου έδειξε ότι η παρουσία σιδήρου στα αργιλικά υλικά έχει θετική επίδραση στην συγκράτηση του Pb. Γενικά, το είδος και οι ιδιότητες των αργίλων επηρεάζουν την προσροφητική τους συμπεριφορά ως προς τα ΔΤΣ, με την προϋπόθεση ότι απουσιάζουν ανταγωνιστικές ουσίες στο διάλυμα. Ωστόσο σε φυσικά συστήματα, η παρουσία ποικιλίας ορυκτολογικών φάσεων μπορεί να δρα θετικά ή αρνητικά στην προσρόφηση, η σταθεροποίηση των μετάλλων ανάλογα με τις ιδιότητες του ίδιου του εδάφους, οι οποίες κι ελέγχουν την προσροφητική δράση της αργίλου.

show abstract

Continuous adsorption of silver and copper by Verde-lodo bentonite in a fixed bed flow-through column

Cited by 47 publications

References 28 publications

Fixed-bed column adsorption study: a comprehensive review

Fixed-bed column adsorption study: a comprehensive review

Fixed-Bed Adsorption of Ciprofloxacin onto Bentonite Clay: Characterization, Mathematical Modeling, and DFT-Based Calculations

Geochemical processes during the stabilization of potentially toxic elements (PTEs) in contaminated soil by using mineral amendments

Contact Info

Product

Resources

About