Portable SA/CMC entrapped bimetallic magnetic fly ash zeolite spheres for heavy metals contaminated industrial effluents treatment via batch and column studies

Abstract

Heavy metals are perceived as a significant environmental concern because of their toxic effect, bioaccumulation, and persistence. In this work, a novel sodium alginate (SA) and carboxymethylcellulose (CMC) entrapped with fly ash derived zeolite stabilized nano zero-valent iron and nickel (ZFN) (SA/CMC-ZFN), followed by crosslinking with CaCl2, is synthesized and applied for remediation of Cu(II) and Cr(VI) from industrial effluent. The characterization of the adsorbent and its surface mechanism for removing metals were investigated using advanced instrumental techniques, including XRD, FT-IR, SEM–EDX, BET, and XPS. The outcomes from the batch experiments indicated that monolayer adsorption on homogeneous surfaces (Langmuir isotherm model) was the rate-limiting step in both heavy metals sorption processes. The maximum adsorption capacity of as-prepared SA/CMC-ZFN was 63.29 and 10.15 mg/g for Cu(II) and Cr(VI), respectively. Owing to the fact that the wastewater released from industries are large and continuous, a continuous column is installed for simultaneous removal of heavy metal ions from real industrial wastewater. The outcomes revealed the potential of SA/CMC-ZFN as an efficient adsorbent. The experimental breakthrough curves fitted well with the theoretical values of Thomas and Yoon-Nelson models. Overall, the results indicated that SA/CMC-ZFN is a viable, efficient, and cost-effective water treatment both interms of batch and column processes.

O uso de compostos zeolíticos como adsorventes para a remoção de metais pesados (Pb, Cu, Cr e Mn): uma revisão

“…A zeólita produzida a partir dos minerais vulcânicos peruanos demonstraram capacidade de troca iônica e adsorção, no qual o modelo cinético de Blanchard de pseudo-segunda ordem e a isoterma de Freundlich melhor se adequaram. Os materiais zeolíticos apresentaram granulometria de 4 mm, obtendo uma remoção de 29,40 mg por grama de zeólita sintetizada por um período de contato de 8 horas Angaru et al (2022) Composto portátil Alginato de Sódio (AS) /Carboximetilcelulose (CMC) em esferas de zeólitas de cinzas volantes magnéticas bimetálicas (ZFN) para o tratamento de efluentes industriais contaminados por metais pesados via lote e coluna.…”

“…O modelo de isoterma de Langmuir, demostram uma melhor adequação aos dados experimentais obtidos na maioria dos artigos, caracterizando-se uma adsorção homogênea e, como já supracitado, a formação de uma monocamada de adsorvato (Zanin et al, 2017;Angaru et al, 2022). No entanto, os experimentos de Taamneh e Sharadqah (2017) e Valdivia et al (2021) apresentaram que o modelo de Freundlich foi o que melhor se ajustou, para uma superfície heterogênea e a formação de mais de uma camada de adsorvato.…”

“…A observação dos resultados para os íons de cromo evidenciou um melhor desempenho dos compostos zeolíticos naturais LTA e o composto sintético AS/CMC-ZFN, obtendo uma capacidade de sorção de 41 mg e 63,29 mg de cromo para cada grama de zeólita utilizada, respectivamente, com a influência do processo de saturação de seus poros (Arroyave-Manco et al, 2017;Angaru et al, 2022). Outro fato é o de que o tempo de contato médio para a remoção do metal é de cerca de 1 a 4 horas, podendo variar de acordo com a concentração inicial dos cátions e a granulometria do adsorvente (Fanta et al, 2019;Reiñack-Delgado et al, 2020).…”

“…Outrossim, o estudo termodinâmico desse processo adsortivo mostrou o modelo de isoterma de Langmuir o que mais se ajustou, ao qual, para concentrações de cromo igual a 200 ppm e 500 ppm foi possível atingir taxas de remoção iguais ou superiores a 92% (Rudniak & Barsi, 2017;Fanta et al, 2019). O processo adsortivo se mostrou entropicamente favorável e altamente endotérmica, além de um processo ecologicamente viável (Angaru et al, 2022). Já para o estudo cinético, os dados encontrados mostraram o modelo de pseudo-segunda ordem como o de melhor ajuste, caracterizando uma reação espontânea e como adsorção química, a qual possibilita a troca de elétrons durante o procedimento.…”

Sol–gel synthesis of alumina gel@zeolite X nanocomposites for high performance water defluoridation: batch and column adsorption study

“…Recently, Angaru et al reported the removal of industrial effluents using sodium alginate (SA) and carboxymethylcellulose (CMC) entrapped with bimetallic magnetic (nano zero valent iron and nickel) fly ash zeolite (ZFN) with the composition of SA : CMC : ZFN at 1 : 1 : 1 (weight ratio). 21,22 The adsorption capacities for Cu( ii ) and Cr( vi ) were found to be 63.29 and 10.15 mg g −1 , respectively. For defluoridation of water different modified zeolites as adsorbents have also been reported.…”