Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Kinetic studies of Cd (II) and Pb (II) ions biosorption from aqueous media using untreated and chemically treated biosorbents
KTH, Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad (ABE), Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik, Mark- och vattenteknik. (Environmental Geochemistry)
KTH, Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad (ABE), Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik. (Environmental Geochemistry)ORCID-id: 0000-0001-8491-4675
Water and Sanitation Department, African Development Bank, Tunis.
Department of Civil and Environmental Engineering, Makerere University, Uganda .
2014 (Engelska)Ingår i: Water Science and Technology: Water Supply, ISSN 1606-9749, E-ISSN 1607-0798, Vol. 69, nr 11, s. 2230-2236Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Untreated and chemically treated Albizia coriaria, Erythrina abyssinica and Musa spp were studied in batch for uptake of Cd2+ and Pb2+ ions at pH 2.0–9.0 and agitation time; 30–390 min. Optimum biosorption conditions were; pH 4 for Pb2+ ions and pH 5 for Cd2+ ions, contact time was 3.5 hours at 24 ± 1 °C for 10 mg/L biosorbent dosage and initial metal ions concentration of 20 mg/L. Chemical treatment had a 10–17% biosorption efficiency enhancement for Cd2+ ions and a 1.6–2.3% reduction effect for Pb2+ ions. The sorption capacities for Cd2+ and Pb2+ ions for treated biosorbents were between 1.760–1.738 mg g−1 compared to 1.415–1.539 mg g−1 for untreated materials. The pseudo second order model suitably fitted the Cd2+ and Pb2+ ions biosorption data with regression coefficients (R2) between 0.9784–0.9999. Fitting of the Ho model to the experimental data showed that the biosorption mechanism for both metal ions studied was mainly a chemisorption process. Therefore, treated A. coriaria, E. abyssinica and Musa spp were potential biosorbents for remediation of Cd2+ ions and the untreated materials suitable for removing Pb2+ ions from contaminated aqueous media.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2014. Vol. 69, nr 11, s. 2230-2236
Nyckelord [en]
biosorbents, cadmium, chemical treatment, chemisorption, kinetics, lead
Nationell ämneskategori
Vattenteknik
Forskningsämne
Mark- och vattenteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-144998DOI: 10.2166/wst.2014.147ISI: 000338991400007PubMedID: 24901616Scopus ID: 2-s2.0-84902338542OAI: oai:DiVA.org:kth-144998DiVA, id: diva2:715574
Anmärkning

QC 20150623

Tillgänglig från: 2014-05-05 Skapad: 2014-05-05 Senast uppdaterad: 2020-03-09Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Equilibrium and Kinetic Batch Studies of Cadmium and Lead sorption using Low Cost Biosorbents
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Equilibrium and Kinetic Batch Studies of Cadmium and Lead sorption using Low Cost Biosorbents
2014 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Agricultural wastes; Albizia coriaria, Coffea canephora, Cyperus papyrus, Erythrina abyssinica and Musa spp were evaluated for uptake of aqueous Cd2+ and Pb2+ ions in single- and binary-component solutions. Untreated, base-treated and peroxide-treated biomasses were employed in batch studies. The optimal conditions for Cd2+ and Pb2+ ions biosorption were  pH 3.5 – 5 for contact time 3.0 – 3.5 hours and biosorbent dosage 10 – 12.5 g/L. Base-treated biosorbents showed a 10 – 17 %  sorption enhancement for Cd2+ ions and a 1.6 – 2.3 % uptake reduction for Pb2+ ions. The sorption capacities for Cd2+ and Pb2+ ions for base-treated biosorbents were between 1.738 and 1.760 mg g-1 compared to 1.415 – 1.539 mg g-1 for untreated materials. The maximum biosorption of peroxide treated materials in single component media was between 0.819 and 1.595 mg/g for Pb2+ ions and between 0.044 and 1.343 mg/g for Cd2+ ions while in binary component media it was between 0.472 and 1.303 mg/g for Pb2+ ions and between 0.008 and 0.195 mg/g for Cd2+ ions. The pseudo-second order kinetic model suitably fitted the Cd2+ and Pb2+ ions biosorption data with regression coefficients (R2); 0.892 – 1.000 for peroxide-treated materials and 0.9784 – 0.9999 for base-treated biosorbents which implied that the biosorption was mainly a chemisorption process. The base treated biosorbents had better sorption performance for Cd2+ ions than peroxide treated materials and untreated biomass whereas the order for Pb2+ ions biosorption was untreated > base treated > peroxide treated materials. All materials showed superior selectivity for Pb2+ ions biosorption in comparison to that of Cd2+ ions in single- and binary-component media. A. coriaria performed best of the base treated biosorbents while C. canephora performed best amongst peroxide treated materials for Cd2+ and Pb2+ ions biosorption in single-and binary-component media. In the competitive biosorption, Cd2+ ions showed higher synergistic effects than Pb2+ ions although Pb2+ ions were preferentially sequestered even when the Cd2+:Pb2+ ions ratio was increased through 3:2, 2:1, 3:1 and 5:1. Of the three isotherm models evaluated against the experimental data, the Langmuir model generally fitted the sorption data for both metals. Regression coefficients for the Langmuir model were; 0.983 ≤ R2 ≥ 1.000 for single-component and 0.939 ≤ R2 ≥ 1.000 for binary-component solutions which revealed that the biosorption was potentially monolayer. The biosorption equilibrium coefficient                          values and change in Gibbs’ free energy  values showed that Pb2+ ions biosorption was more thermodynamically favoured than that of Cd2+ ions in single-component and binary-component media. The materials studied displayed potential for use as biosorbents for remediation of aqueous Cd2+ and Pb2+ ions.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2014. s. xvi, 32
Serie
TRITA-LWR. LIC, ISSN 1650-8629 ; 2014:04
Nyckelord
biosorbents, cadmium, chemisorption, isotherms, kinetics, lead
Nationell ämneskategori
Vattenteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-145004 (URN)
Presentation
2014-05-26, L1, Dr. Kristinas väg 30, KTH, Stockholm, 13:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Sida - Styrelsen för internationellt utvecklingssamarbete
Anmärkning

QC 20140508

Tillgänglig från: 2014-05-08 Skapad: 2014-05-05 Senast uppdaterad: 2014-05-08Bibliografiskt granskad
2. Batch Sorption Studies of Aqueous Cadmium and Lead from Contaminated Water onto Selected Biosorbents
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Batch Sorption Studies of Aqueous Cadmium and Lead from Contaminated Water onto Selected Biosorbents
2019 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Groundwater, wastewater, surface runoff and surface water samples from Lake Victoria basin, Uganda was assessed for trace metals contamination. Untreated, base-treated and peroxide-treated biosorbents from Albizia coriaria, Coffea canephora, Cyperus papyrus, Erythrina abyssinica and Musa spp were investigated for removal of selected trace metals from contaminated water in batch studies. The assessed shallow groundwater and surface water was contaminated with iron and manganese. Selected speciation studies using Visual MINTEQ showed that in leachates from Municipal dumpsites 74% of the metal ions were bound to DOM, 13% were free ions and 13% were in inorganic forms moreover for urban streams 37% of the metal ions were bound to DOM, 44% were free ions and 19% were in inorganic forms. The metal levels in surface water, landfill leachate and surface runoff showed elevated levels and revealed increased risks to environmental health. Risk analysis based on the Swedish EPA showed that varied risks of negative effects in 30% – 76% of the sample sites ranging from high to increased risk in surface water whereas the results from Bio-met tool showed potential risk to toxicity effects of Cu2+, Ni2+, Zn2+ and Pb2+ in 15.3% - 30.8% surface water samples and 8.3% - 62.5% groundwater samples. Batch sorption studies revealed that the optimal conditions for Cd2+ and Pb2+ ions uptake were; pH 3.5 – 5.0 for contact time 3.0 – 3.5 hours and biosorbent dosage 10 – 12.5 g/L. Base-treated biosorbents showed 10 – 17 % sorption enhancement for Cd2+ ions and 1.6 – 2.3 % uptake reduction for Pb2+ ions. The biomass negative potential for binding base cations was in the order; Musa spp. > A. coriaria > E. abyssinica and base treatment reduced DOC leaching from biosorbents in the order; E. abyssinica > A. coriaria > Musa spp. Speciation studies showed that more ions were complexed to DOC in solutions at various pH levels. The maximum sorption intensities for both Cd2+ and Pb2+ ions uptake onto biomass occurred for low initial metal concentration; 5 mg/L. Freundlich model best fitted data for Pb2+ ions ions uptake whereas Temkin model fitted the sorption data for Cd2+ ions onto both treated and untreated biomass. For peroxide treated biomass, the maximum sorption efficiencies for both Cd2+ and Pb2+ ions were between 95.2 – 98.7% for C.canephora, 79.9 – 92.2% for Musa spp. and 42.0 – 91.3% for C.papyrus in non-competitive media and 90.8 – 98.0% for C.canephora, 56.4 – 89.3% for Musa spp. and 19.5 – 90.4% for C.papyrus in competitive media. The Langmiur model fitted non-competitive sorption data with 0.769 ≤ R2 ≥ 0.999 and the Freundlich model fitted competitive sorption data with 0.867 ≤ R2 ≥ 0.989. The pseudo second order kinetic model fitted the sorption data for Cd2+ and Pb2+ ions for untreated, peroxide treated and base treated biomass with 0.917 ≤ R2 ≥ 1.000. The sorption of trace metals was a complex potentially monolayer chemisorption with heterogeneous surface properties exhibited. In competitive sorption, sorption suppression effects observed were greater for Cd2+ than Pb2+ ions. The comparative studies on sorption performance presented agreement and no significant difference between the untreated and base treated biosorbents. 

Abstract [sv]

Kadmium och bly är föroreningar som har skadliga hälsoeffekter på ekosystem genom endera kronisk exponering för låga halter eller akut exponering från höga halter. Även om metallerna fastläggs till jordpartiklar och organiskt material så att deras förekomst i markvatten är låg, så kan de frigöras och transporteras ned till grundvattnet om jordens mättnaskapacitet uppnås eller om pH sjunker. Halterna av spårmetaller beror av naturliga källor t ex bakgrundshalter, vittring och vulkanisk aktivitet såväl som antropogena källor. Men även om naturliga källor kan bidra till förhöjda halter så är det vanligen de atropogena källor som dominerar. Ytvatten, dagvatten, lakvatten från deponier och ytligt grundvatten provtogs i Lake Victorias avrinningsområde i Uganda. Resultaten från analyser visade att grundvattnet från utvalda skyddade källor hade förhöjda halter av spårmetaller speciellt Pb2+ och anjonerna NO3-, Cl- och katjonerna Fe, Mn och K. Dagvattnet från de skyddade källornas avrinningsområde var framför allt förorenat med Pb2+. Ytvattnet från de utvalda vattendragen hade pH>7 och var förorenade med järn och mangan. Lakvattnet från en deponi innehöll höga halter av arsenik och i Lubigi channel hade höga halter av föroreningar från skrotansamlingar och bilverkstäder. Föroreningshalterna i ytvatten var relaterad till förändrade demografiska fördelningar och antropogena aktiviteter kopplade till urbanisering och industrialisering i avrinningsområdet. För att bestämma fördelning av metalljonerna i oorganisk och organisk fas i vattnet användes jämviktsmodellen Visual MINTEQ 3.1. Riskbedömningen av exponering från utvalda spårmetaller genomfördes med de Svenska bedömningsgrunderna för ytvatten och med ett Bio-met software verktyg. För utvärdering av föroreningshalterna i grundvatten användes WHO och Ugandas riktvärden.Flera konventionella reningsmetoder för att åtgärda toxiska spårmetaller i olika typer av vatten så att tillåtna koncentrationer uppnås är tillgängliga. Tyvärr så har metoderna höga installations- och drifts kostnader samt att de producerar giftiga slam avfall som måste omhändertas och inte alltid fungerar effektivt för att fastlägga spårmetaller. Då sorptionsstudier har visat att olika biomassor är effektiva för att rena vatten från spårmetaller i låga koncentrationer har de därför blivit intressanta alternativ. De biomassor som ingick i studien var avfall från odlingar av Albizia coriaria, Erythrina abyssinica, Coffea canephora, Cyperus papyrus och Musa spp.De valdes studien valdes ut eftersom stora kvantiteter finns tillgängliga och det saknas andra användningsområden. Experiment utfördes på biomassorna för att karakterisera de strukturella komponenter som bidrar till bindningen av metall joner, konkurrerande katjoner, katjonbyteskapaciteten, materialens effektivitet och verkningsgrad för fastläggning av utvalda spårmetaller. Biomaterialen behandlades med natriumhydroxid och väteperoxid och fastläggningen före och efter behandlingen jämfördes. För bestämning av de vattenlösliga oorganiska komponenterna i lakvatten användes ICP-MS och de fasta strukturella beståndsdelarna analyserades med XRD. Med jämvikts- och kinetiska skakförsök utvärderas biomassorna förmåga att fastlägga kadmium och bly i förorenat vatten. Lakvattnet från skakförsöken analyserades för DOC och spårmetaller och data från experimenten anpassades till kinetiska modeller och isotermer. Resultaten visade att behandlingen med natriumhydroxid ökade fastläggningen till biomassorna i högre grad än väteperoxidbehandlingen. En Pseudo-second-order kinetisk modell och Langmuir isoterm hade god anpassning till data från experimenten med enskilda metaller, medan Freundlich isotherm passade bättre när fler joner konkurrerade om sorptions ytorna. Den underliggande mekanismen är troligen chemisorption som förekommer i ett monolager men som har heterogena ytegenskaper. Experiment med lösningar som innehöll både bly och kadmium visade att blyupptaget överskred upptaget av kadmium vilket indikerar att affiniteten är högre för bly än för kadmium. Även om det fortfarande finns osäkerheter så visar resultaten från studien att de undersökta biomassorna är lovande åtgärdsmaterial för att fastlägga Cd och Pb i förorenat naturligt vatten.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2019. s. 71
Serie
TRITA-ABE-DLTTRITA-ABE-DLT ; 1935
Nyckelord
Biosorbents, cadmium, competitive uptake, Freundlich, pseudo-second-order kinetics, Langmuir, lead, remediation, risks, speciation, toxicity effects
Nationell ämneskategori
Vattenteknik
Forskningsämne
Mark- och vattenteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-259921 (URN)978-91-7873-287-6 (ISBN)
Disputation
2019-10-25, F3, Lindstedtsvägen 26, KTH Campus, STOCKHOLM, 14:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Sida - Styrelsen för internationellt utvecklingssamarbete
Anmärkning

QC 20190926

Tillgänglig från: 2019-09-26 Skapad: 2019-09-23 Senast uppdaterad: 2019-09-26Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextPubMedScopus

Personposter BETA

Norrström, Ann-Catrine

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Bakyayita Kizito, GraceNorrström, Ann-Catrine
Av organisationen
Mark- och vattenteknikHållbar utveckling, miljövetenskap och teknik
I samma tidskrift
Water Science and Technology: Water Supply
Vattenteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
pubmed
urn-nbn
Totalt: 1135 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf