Kinetic and thermodynamic study on adsorption of cadmium from aqueous solutions using natural clay

Abstract

Heavy metal pollution poses a great risk for the environment and the human health. Cadmium is among the most common pollutants found in wastewater, known for its great toxicity even in small doses. This work aims to study the removal of cadmium using natural Moroccan clay (MC). The clay was characterized using X-ray diffraction, X-ray fluorescence, Fourier transform infrared spectroscopy, BET, and SEM. The effects of several experimental parameters on the clay adsorption capacity towards cadmium ions, such as MC dose, initial concentration and contact time, initial pH, and temperature were studied. The kinetic models Pseudo-first order, Pseudo-second order, and Elovich are evaluated to identify the adsorption process. The adsorption mechanism was determined by the use of the adsorption isotherms: Langmuir, Freundlich, and Temkin model. The results show that the heavy metal retention obeys the Pseudo-second order (R²≥0.99). The Langmuir isotherm model provided the best fit (R²≥0.99) to the experimental data for the adsorption of Cd(II) by MC as compared to the Freundlich and Temkin model. The maximum monolayer adsorption capacity of Cd(II), using the Langmuir model equation, is equal to 5.25 mg/g. The adsorption is a spontaneous and an endothermic process characterized by a disorder of the medium.

Potent and Versatile Biogenically Synthesized Alumina/Nickel Oxide Nanocomposite Adsorbent for Defluoridation of Drinking Water

“…Positive Δ H ° values indicate that the process is endothermic. Positive Δ S ° values indicate an increase in disorder at the solid–liquid interface during adsorption . The nature of the adsorption process is described by the Δ H ° value.…”

“…Positive Δ S ° values indicate an increase in disorder at the solid–liquid interface during adsorption. 84 The nature of the adsorption process is described by the Δ H ° value. Δ H ° in the current study corresponded to 6.127, 4.369, and 2.011 J/mol for alumina NPs, NiO NPs, and alumina/NiO NCS, respectively, indicating a physicochemical adsorption process rather than a purely physical or chemical adsorption mechanism.…”

Atık Sulardan Cd(II) İyonlarının Adsorpsiyonu için Doğal Adsorban Olarak Kızılçam (Pinus Brutia Ten.) Talaşının Performansının Değerlendirilmesi

“…başlangıç pH değeri ve denge süresi de dikkate alınarak, literatürde bulunan; Areca (bir palmiye türü) [32], Cyperus laevigatus sürgünleri [33], mangan oksit minerali [34], atık kestane kabuğu [35], çay dalı biyokömürü [36], doğal kil [37], yumurta kabuğu [38] ve doğal pirinç kabuğu [39] gibi adsorbanlarla karşılaştırılması Tablo 2'de verilmiştir. Kızılçam talaşının daha önce kullanılan adsorbanların pek çoğundan daha yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu görülmektedir.…”

“…Adsorpsiyon veriminin 240 dakikalık denge süresi sonucunda maksimuma ulaştığı görülmüştür. Cd(II) iyonlarının adsorpsiyonu için optimize edilen pH değeri literatürdeki diğer çalışmalarla uyum içerisindedir [32][33][34][35][36][37][38]. Denge süresi daha önce yapılan pek çok çalışmada optimize edilen süreden daha uzun olmasına [32-34, 37, 38] karşın, kızılçam talaşının Cd(II) adsorpsiyon kapasitesinin de daha önce kullanılan pek çok adsorbandan daha yüksek olduğu görülmüştür [32][33][34][35][37][38][39].…”

“…Cd(II) iyonlarının adsorpsiyonu için optimize edilen pH değeri literatürdeki diğer çalışmalarla uyum içerisindedir [32][33][34][35][36][37][38]. Denge süresi daha önce yapılan pek çok çalışmada optimize edilen süreden daha uzun olmasına [32-34, 37, 38] karşın, kızılçam talaşının Cd(II) adsorpsiyon kapasitesinin de daha önce kullanılan pek çok adsorbandan daha yüksek olduğu görülmüştür [32][33][34][35][37][38][39]. Başlangıç metal iyonları derişiminin artırılmasıyla, adsorpsiyon miktarının arttığı buna rağmen adsorpsiyon yüzdesinin azaldığı tespit edilmiştir.…”