Evaluation of cassava peel waste as lowcost biosorbent for Ni-sorption : equilibrium, kinetics, thermodynamics and mechanism

The feasibility of cassava peel waste for Ni-sorption is evaluated in this work. The biosorbents are characterized by Boehm titration, Fourier transform-infra red (FTIR) spectroscopy, Nitrogen sorption, scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray (SEM-EDX) analysis (e.g. elemental mapping) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Adsorption experiments are performed in batch mode at 30 °C (303.15 K), 45 °C (318.15 K) and 60 °C (333.15 K). The performance of several temperature dependence forms of isotherm models e.g. Langmuir, Freundlich, Sips and Toth to represent the adsorption equilibrium data is evaluated and contrasted. Sips model demonstrates the best fitting with the maximum uptake capacity for Ni(II) ions of 57 mg/g (0.971 mmol/g) at pH 4.5. For kinetic data correlation, pseudo-second order model shows the best representation. The chemisorption mechanism and thermodynamics aspect are also discussed.

Banana peel: an effective biosorbent for aflatoxins

This work reports the application of banana peel as a novel bioadsorbent for in vitro removal of five mycotoxins (aflatoxins (AFB1, AFB2, AFG1, AFG2) and ochratoxin A). The effect of operational parameters including initial pH, adsorbent dose, contact time and temperature were studied in batch adsorption experiments. Scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and point of zero charge (pHpzc) analysis were used to characterise the adsorbent material. Aflatoxins’ adsorption equilibrium was achieved in 15 min, with highest adsorption at alkaline pH (6–8), while ochratoxin has not shown any significant adsorption due to surface charge repulsion. The experimental equilibrium data were tested by Langmuir, Freundlich and Hill isotherms. The Langmuir isotherm was found to be the best fitted model for aflatoxins, and the maximum monolayer coverage (Q0) was determined to be 8.4, 9.5, 0.4 and 1.1 ng mg−1 for AFB1, AFB2, AFG1 and AFG2 respectively. Thermodynamic parameters including changes in free energy (ΔG), enthalpy (ΔH) and entropy (ΔS) were determined for the four aflatoxins. Free energy change and enthalpy change demonstrated that the adsorption process was exothermic and spontaneous. Adsorption and desorption study at different pH further demonstrated that the sorption of toxins was strong enough to sustain pH changes that would be experienced in the gastrointestinal tract. This study suggests that biosorption of aflatoxins by dried banana peel may be an effective low-cost decontamination method for incorporation in animal feed diets. © 2016 Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group.

Biosorption of iron(III) from aqueous solutions using the husk of Cicer arientinum

Iron is a major pollutant released as a by-product during several industrial operations especially during acid mining of metal ores. In this paper, the use of Bengal gram husk (husk of channa dal, Cicer arientinum) in the biosorption of Fe(III) from aqueous solutions is discussed. Parameters like agitation time, adsorbent dosage and pH were studied at different Fe(Ill) concentrations. The adsorption data fit well with Langmuir and Freundlich isotherm models. The adsorption capacity (q(max)) calculated from the Langmuir isotherm was 72.16 mg of Fe(III)/g of the biosorbent at an initial pH of 2.5. Desorption Studies were performed at different concentrations of hydrochloric acid showing that quantitative recovery of the metal ion is possible. The infrared spectra of the biomass before and after treatment with Fe(III), revealed that hydroxyl, carboxyl and amide bonds are involved in the uptake of Fe(III) ions.

Biosorption of copper and zinc using waste Aspergillus niger biomass

Nonliving waste biomass consisting of Aspergillus niger attached to wheat bran was used as a biosorbent for the removal of copper and zinc from aqueous solutions. Copper and zinc uptake by the biomass obeyed Langmuir isotherms. The binding capacity of the biomass for copper was found to be higher than that for zinc. The metal uptake, expressed in milligrams per gram of biomass, was found to be a function of: the initial metal concentration (with the uptake decreasing with increasing initial concentration), the biomass loading (with the uptake decreasing with increasing biomass loading) and pH (with the uptake increasing with increasing pH in the range of 1.5 and 6.0). The metal uptake was significantly affected in the presence of a co-ion. The uptake of copper by the biomass decreased in the presence of zinc and vice versa. The decrease in metal uptake was dependent on the concentrations of metals in the two-component aqueous solutions. The effect of copper on zinc uptake was more pronounced than the effect of zinc on copper uptake.

Biossorção de tório e urânio pela macroalga marinha sargassum filipendula

Por ser um material de baixo custo e apresentar propriedades ligantes, a macroalga marinha Sargassum filipendula vem sendo utilizada como material biossorvente no processo de biossorção de metais. No presente trabalho a alga marrom foi utilizada no estudo cinético e de equilíbrio dos íons de tório e urânio individuais e os resultados comparados à biossorção desses metais em sistema binário. Os testes foram realizados nas concentrações 1 e 10 mg/L e pH= 1,0 e 4,0 na temperatura de 25 1C. A melhor condição para biossorção de tório foi encontrada para 1 mg/L e pH= 1,0, enquanto que para urânio foi em 1 mg/L e pH= 4,0. O estudo cinético de biossorção de tório mostrou que o modelo de segunda ordem descreve melhor os dados experimentais em 1 mg/L (R2= 0,9987) e 10 mg/L (R2= 0,9919) em pH= 1,0 e 1 mg/L (R2= 0,9976) em pH= 4,0, enquanto em 10 mg/L (R2= 0,9787) pH= 4,0 a curva encontrada representou uma cinética de primeira ordem. Para a cinética de urânio os dois modelos se adequaram bem aos dados em ambas as condições experimentais. O estudo de equilíbrio mostrou um perfil crescente de captação de tório, com uma remoção de 96% e 54% do metal em pH= 1,0 e 4,0, respectivamente, a partir da Co= 1 mg/L. A melhor eficiência de captação dos íons de urânio foi de 33% para Co= 100 mg/L em pH= 1,0 e 71% para Co= 1 mg/L em pH= 4,0. Os dados experimentais da isoterma de tório mostraram-se mais adequados ao modelo de Freundlich para pH= 1,0, enquanto que para o pH= 4,0 esses foram melhor representados pelo modelo de Langmuir, com valores de coeficiente de determinação superiores. Em relação à isoterma do urânio, o modelo de Freundlich representou bem os dados experimentais. Os parâmetros de equilíbrio calculados a partir do modelo de Langmuir (kL, qmax ) e Freundlich (kF, n) indicaram uma maior afinidade da biomassa pelos íons de tório em ambas as condições experimentais. O estudo de equilíbrio do sistema binário mostrou que a biossorção dos íons de tório não é afetada pela presença do urânio em solução. Por outro lado, a sorção do urânio foi fortemente afetada pela coexistência com os íons de tório.

Avaliação da sorção de Cu (II) e Hg (II) pela Sargassum sp modificado com epicloridrina

É crescente o aumento da preocupação do homem com a contaminação de ambientes aquáticos uma vez que da subsistência dos mesmos depende o bem estar de todos. Ao mesmo tempo em que cresce a preocupação tem aumentado a quantidade de pesquisas em busca de tecnologias alternativas ao tratamento e remediação de efluentes aquosos contaminados pelas mais diversas substâncias incluindo os metais pesados. Nas últimas décadas, tem crescido o número de trabalhos avaliando a capacidade de sorção e a viabilidade da utilização de biossorventes de baixo custo na captação de íons metálicos e um desses materiais são as biomassas de algas pardas. Dentre os vários gêneros existentes no planeta o território brasileiro é rico na macroalga do gênero Sargassum. Muito embora a composição dessas biomassas varie o principal constituinte das mesmas é o ácido algínico e seus sais alcalinos na forma de um copolímero linear, homopolimérico, com unidades do ácido manurônico, (M), (1-4)-β-D- ligado e seu epímero em C-5 nos resíduos α-L-gulurônicos, (G), respectivamente, covalentemente ligados entre si em sequencias diferenciadas ou em blocos. Os monômeros podem aparecer em blocos homopoliméricos consecutivos, resíduos G (unidades G), resíduos consecutivos M (unidades M), pequenas unidades alternadas M e G (blocos MG), ou em blocos aleatoriamente organizados. A proposta dessa dissertação é realizar a modificação do copolímero existente na biomassa com epicloridrina, avaliar e comparar a captação de íons Cu (II) e Hg (II) pela biomassa da alga Sargassum sp., com a biomassa não modificada e resultados publicados na literatura

Biossorção de vanádio pela macroalga marinha Sargassum filipendula

Muitos biossorventes naturais têm sido pesquisados por possuírem baixo custo e apresentarem propriedades ligantes, como é o caso da macroalga marinha Sargassum filipendula (S. filipendula) que vem sendo utilizada como material biossorvente no processo de biossorção de metais pesados. No presente trabalho a alga marrom foi utilizada para estudos realizados em batelada, onde se determinou o pH ideal de biossorção de vanádio, a relação sólido/líquido ideal e a importância da velocidade de agitação. O estudo cinético e de equilíbrio dos íons metálicos também foram realizados em bateladas nas seguintes condições de ensaio: (1) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 18,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação; (2) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 36,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação. A melhor condição para biossorção de vanádio foi encontrada para 36,0 mg L-1 e pH= 2,0. O estudo cinético de biossorção de vanádio mostrou que o modelo de segunda ordem descreve melhor os dados experimentais em 36,0 mg L-1 (R2= 0,9825). O estudo de equilíbrio mostrou um perfil crescente de remoção de vanádio. A melhor eficiência de captação dos íons de vanádio foi de 61,0 % para Co= 40,0 mg L-1 em pH= 2,0. Os dados experimentais da isoterma de vanádio mostraram-se mais adequados ao modelo de Langmuir para pH= 2,0, Os parâmetros de equilíbrio calculados a partir do modelo de Langmuir (b, qmax ) 0,009 e 43,3 mg/g, respectivamente, corroboram melhor para a interpretação dos resultados quando comparados com o modelo de Freundlich (kF, n) 1,56 e 2,41, visto que o coeficiente de correlação é maior para Langmuir

Interações do cobre iônico com microalgas verdes

No presente trabalho foram utilizados micro-organismos fotoautotróficos para a bioacumulação de cobre em regime de batelada. Para tal, utilizou-se micro-organismos dos gêneros Ankistrodesmus, Golenkinia, Monoraphidium e Scenedesmus, em função da sua disponibilidade, facilidade de cultivo e diferenças morfológicas. Ensaios preliminares foram realizados utilizando diferentes concentrações de biossorvente, com o intuito de verificar a influência deste fator na eficiência do processo de captação. Os testes realizados em batelada incluíram também o estudo cinético e do equilíbrio, nos quais foi possível verificar que para todos os gêneros testados, o processo de captação do metal em soluções diluídas atingiu o equilíbrio quase instantaneamente. Em soluções de Cu2+ mais concentradas, observou-se diferenças entre os gêneros estudados, no tempo necessário para estabelecimento do equilíbrio. Além disso, observou-se uma alta eficiência no processo de captação de íons Cu2+ em solução por parte dos micro-organismos, com elevada captação de metal por grama de biomassa. As diferenças morfológicas entre os gêneros pareceram não influenciar significativamente a cinética e o equilíbrio do processo. Os ensaios em batelada foram realizados também empregando-se células de Golenkinia imobilizadas em alginato de cálcio, além de testes com o próprio alginato isento de micro-organismos como experimento-controle afim de verificar a influencia da imobilização nos parâmetros cinéticos e na capacidade de captação. A partir dos resultados obtidos nos ensaios em batelada com todos os biossorventes, testou-se em cada caso a aplicação de modelos cinéticos (pseudo 1 e 2 ordem) e modelos de equilíbrio (isoterma de Langmuir e Freundlich). Verificou-se que para o 4 gêneros que empregando-se células livres o modelo cujo os resultados se adequaram melhor foi o de Langmuir, enquanto que para células imobilizadas ambos modelos se mostraram adequados

Interações do lantânio com células livres e imobilizadas em alginato em regimes de batelada e contínuo

Este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio pelas microalgas Ankistrodesmus sp. e Golenkinia sp. livres e pellets de alginato de cálcio, com e sem as microalgas imobilizadas, a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em regime batelada e em coluna de leito fixo. Modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e de segunda ordem e isotermas de equilíbrio de Langmuir e de Freundlich foram utilizados para a descrição quantitativa e a previsão do comportamento de adsorção do metal pelas biomassas livres e imobilizadas no sistema descontínuo. Os dados foram mais bem ajustados pelo modelo cinético de segunda ordem, com coeficientes de determinação (r2) maiores que 0,98. Foram obtidos tempos de equilibrio muito curtos, na faixa de 1-30 minutos. A isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajustou aos dados experimentais, com valores de r2 maiores que 0,94. Foram observados valores de qmáx, isto é, a quantidade máxima de metal captado pelo biossorvente, entre 0,96 e 10,43 mmol/g. As células livres mostraram-se mais eficientes do que os pellets caracterizados com e sem os micro-organismos. Os pellets mostraram melhor potencial quando contendo microalgas imobilizadas, em comparação com eles puros. No estudo dinâmico, 12 L de solução contendo uma concentração de La (III) de 150 mmol/L ascenderam pela coluna contendo Ankistrodesmus sp. e Golenkinia sp. imobilizadas e pellets de alginato de cálcio puros durante 8 horas. No último minuto, os três biossorventes ainda apresentaram cerca de 80% de eficiência de remoção. Desta forma, o ponto de satuação não foi atingido. A rápida e alta capacidade de adsorção das microalgas revelou que sua aplicação em escala superior é possível em ambos os processos estudados, uma vez que a imobilização desses biomateriais não mudou a sua capacidade de sorção e nem o rápido contato entre o adsorvente e o soluto no processo de biossorção de lantânio

Biossorção de lantânio por Sargassum sp.: ensaios em batelada e contínuos

Diante dos avanços tecnológicos, pesquisadores têm intensificado a busca por métodos de remoção de metais, que tragam bons resultados de captação a partir de efluentes contaminados, aliados a um baixo custo. A utilização de materiais biológicos como algas marinhas, fungos e bactérias vem se destacando e se tornando uma solução atrativa quando comparados com os tratamentos químicos convencionais; essa técnica é denominada biossorção. A biossorção é um processo de captação de íons metálicos de uma solução, a partir de interações entre o metal e determinados sítios ativos presentes na parede celular da biomassa. Existe também um crescente interesse pelo estudo dos elementos de terras raras (TR) por possuirem alto valor agregado, acarretado por processos caros e de alta complexidade na sua separação e purificação. Desta forma, este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio - um representante dos TR - pela macroalga Sargassum sp., a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em batelada, aplicando modelos cinéticos e de equilíbrio, e estudos em regime contínuo de biossorção dos íons de lantânio (III), além de um sistema contínuo bimetálico, no qual houve a adição do metal cério, outro TR. As determinações analíticas foram realizadas por espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado. Os ensaios cinéticos foram realizados nas concentrações metálicas de 10 e 100 mg.L-1 e em duas concentrações distintas de biomassa 2 e 5 g.L-1 na temperatura de 301C. Dois modelos cinéticos foram testados, pseudo-primeira ordem e segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado melhor ajuste dos dados, com r2 igual a 0,9697. No ensaio de equilíbrio foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação no entanto não alcançou a remoção máxima. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, sendo verificado maior correlação dos dados com o modelo de Langmuir; resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 3,55 mmol.g-1. No ensaio dinâmico foram realizados dois experimentos, 1 e 2. O Experimento 1 foi realizado com três colunas interligadas e recheadas com 20g de biomassa cada, sendo bombeada uma solução aquosa de lantânio na concentração de 1,41mmol.L-1. O Experimento 2 foi constituido de uma solução contendo lantânio e cério ambos na mesma concentração anterior de 1,41 mmol.L-1, sendo bombeada somente para uma única coluna recheada com 20g de biomassa. Os resultados demonstraram que o ponto de saturação não foi atingido dentro das 8 horas em que se deu o processo, o que indica a alta afinidade da Sargassum sp. pelo lantânio e que a presença do cério associada a redução da vazão prejudicou a captação do lantânio

Chitosan(Chitin)/Cellulose Composite Biosorbents Prepared Using Ionic Liquid for Heavy Metal Ions Adsorption

Chitosan(chitin)/cellulose composites as biodegradable biosorbents were prepared under an environment-friendly preparation processes using ionic liquids. Infrared and X-ray photoelectron spectra indicated the stronger intermolecular hydrogen bond between chitosan and cellulose, and the hydroxyl and amine groups were believed to be the metal ion binding sites. Among the prepared biosorbents, freeze-dried composite had higher adsorption capacity and better stability. The capacity of adsorption was found to be Cu(II) (0.417 mmol/g) > Zn(II) (0.303 mmol/g) > Cr(VI) (0.251 mmol/g) > Ni(II) (0.225 mmol/g) > Ph(II) (0.127 mmol/g) at the same initial concentration 5 mmol L-1. In contrast to some other chitosan-type biosorbents, preparation and component of the biosorbent were obviously more environment friendly. Moreover, adsorption capacity of chitosan in the blending biosorbent could be fully shown.

藻体对水环境中N、P及重金属Cu2+、Pb2+、Cd2+、Cr6+的吸附特征研究

随着全球生态环境的恶化，各国日益重视对水体中各种污染物的治理。利用藻类的吸收、富集和降解作用，可以去除污水中的营养物质、重金属离子和有机污染物，与其他物理、化学及工程的方法相比，该技术具有以下优点：成本低、能耗小、治理效果较好，对环境污染小，有利于资源化，有利于整体生态环境的改善，是治理水质污染的新途径。 本文利用几种大型海藻对富营养化海水进行处理，结果发现孔石莼、刚毛藻均有很强的吸收N、P的能力，吸收能力依次为褶曲刚毛藻>束生刚毛藻>孔石莼。水体中褶曲刚毛藻3 g/L含量，在3～5小时之内，可把中等以上富营养化海水中的N、P降低至一类海水水平。利用刚毛藻处理富营养化地下海水和养殖废水，进行海参和大菱鲆养殖试验，探索藻类净化水质和废水循环利用的新模式，使水体保持较低的营养盐状态，减轻养殖废水对环境的影响，实现了海水养殖业与环境的可持续发展。 刚毛藻在我国近海滩涂分布广泛，利用它来处理富营养化水体，并和水产养殖业相结合，既净化水体，使养殖废水能循环利用，满足水产养殖的需求，又改善水产业生态环境。同时，将回收藻体生产优质饲料、食品和药物等，实现藻类资源的高值利用。刚毛藻营养丰富，用其替代鼠尾藻作海参饲料，资源丰富，成本低，效果好，是一种值得加以开发利用的宝贵资源，具有广泛的应用前景。 生物吸附法是一种经济有效的移除废水中有害重金属离子的方法。由于藻类细胞壁中的多聚糖可提供吸附重金属的位点，廉价而蕴藏丰富的海藻对多种重金属表现出很强的吸附能力。所以本文通过分批实验，研究了非活体刚毛藻对水体中重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附影响因子、吸附热力学、吸附动力学及吸附机理，得到了平衡等温线及动力学数据。吸附过程的最佳pH值为5.0，吸附量随温度的升高而增加，水体中常见的Na+、K+、Ca2+、Mg2+阳离子及Cl-、NO3-、SO42-、C2O42-等阴离子的存在对吸附的影响并不显著。EDTA存在时，吸附百分率大大降低。吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程。刚毛藻对重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附容量很高，25℃时，对Cu2+、Pb2+和Cd2+的最大吸附容量分别为1.61 mmol/g、0.96 mmol/g和0.98 mmol/g，且吸附过程为吸热反应。刚毛藻对重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附过程为化学吸附，在吸附过程中藻体表面的官能团可能与金属离子发生了螯合作用。吸附动力学过程符合pseudo-二级动力学模型，在初始的30min内，吸附速率很快，随后速率逐渐降低。解吸试验表明，用EDTA可以对重金属进行回收，刚毛藻可以循环利用。实验结果表明刚毛藻是一种高效、经济实用的生物吸附材料，可用来吸附回收水体中的重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+等。 通过非活体刚毛藻对重金属Cr6+的吸附影响因子、吸附动力学、吸附机理的研究发现，刚毛藻对Cr6+具有很强的还原能力，对电镀废水中的Cr6+的还原去除提供了非常好的方法。吸附过程的最佳pH值为2～3，实际电镀废水通常在此pH范围，因此处理实际废水时，首先在原酸性条件下，对Cr6+进行还原去除，然后调废水pH至5.0，继续进行吸附，去除其他二价离子及被还原的三价Cr离子，实现了利用同一材料还原Cr6+为Cr3+，并将Cr3+和其他重金属离子同时去除。通过对机理的讨论，认为刚毛藻对Cr6+的生物吸附过程不是一个简单的“离子交换过程”，而是一个“吸附还原过程”。在海藻量足够的前提下，只要时间足够长，Cr6+可被彻底还原去除。 利用工业废弃物褐藻渣，对水体中重金属离子Cu2+、Pb2+、Cd2+及Cr6+的生物吸附特性分别进行了讨论，结果表明褐藻渣对重金属离子的吸附特性与刚毛藻一致，吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程，在25℃时，pH为5.0时，由Langmuir方程求出褐藻渣对Cu2+、Pb2+和Cd2+的最大吸附容量分别为4.20 mmol/g、3.13 mmol/g和2.97 mmol/g。褐藻渣对低、高浓度的重金属Cr6+都具有很强的吸附能力，且移除效果比较彻底。实际应用结果表明，褐藻渣是一种高效、经济实用的生物吸附材料，可用来吸附回收水体中的重金属离子，具有广泛的应用前景。