Removal of boron from aqueous solutions by adsorption using natural adsorbents

Abstract

Bor içeren sulu çözeltilerden bor iyonlarının adsorpsiyon yöntemiyle, doğal adsorbentler kullanılarak uzaklaştırılması konusunda çalışılmıştır. Adsorpsiyon kapasitesini etkileyen faktörler: adsorbent çeşidi, pH, adsorpsiyon süresi, çözeltideki adsorbent miktarı ve sıcaklık olarak belirlenmiştir. Yapılan deneylerde, adsorbent olarak uçucu kül kullanıldığında ve optimum şartlar sağlandığında (25 oC, pH 10, 100 mg/L adsorbent, 24 saat karışma süresi) çözeltideki bor miktarında % 90 ın üzerinde azalma gözlenmiştir. Bunun yanında, aynı şartlarda linyit ve doğal zeolitin (klinoptilolit) adsorpsiyon özellikleri incelendiğinde, bu malzemeler için bor konsantrasyonundaki azalmanın % 20 yi geçmediği gözlenmiştir.Değişik başlangıç konsantrasyonlarıyla deneyler yapılarak, elde edilen sonuçlarla Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich izotermleri çizilmiştir. Borun doğal zeolit kullanılarak adsorbe edilmesinde en uygun izoterm Freundlich olarak belirlenirken, linyit icin adsorpsiyon özelliğinin Langmuir izotermine daha uygun olduğu gözlenmiştir. Bununla beraber, uçucu kül için Langmuir ve Freundlich izotermlerinin doğrusallığı birbirine çok yakın olduğundan, bu adsorbent için Freundlich izotermi de göz önünde bulundurulmalıdır.Dubinin-Radushkevich izotermleri kullanılarak adsorpsiyon enerjileri (E) hesaplanmış ve borun uçucu kül ile adsorpsiyonu termodinamik ve kinetik açıdan incelenmiştir. Uçucu kül için adsorpsiyon enerjileri 8 kJ/mol den küçük değerler olarak hesaplandığından, adsorpsiyonun çeşidi van der Waals kuvvetlerine bağlı fiziksel adsorpsiyon olarak belirlenmiştir. Farklı sıcaklıklardaki adsorpsiyonlar için ?Go değerleri 3 ve 4.5 kJ/mol arasında hesaplanmıştır. Adsorpsiyon için ?So ve ?Ho değerleri sırasıyla 0,03 kJ/molK and 13,61 kJ/mol olarak elde edilmiştir. Adsorpsiyonu kinetik açıdan incelemek için üç model incelenmiştir. Yalancı (pseudo) ikinci derece modeli borun kül ile adsorpsiyonu için en uygun yaklaşım olarak belirlenmekle beraber, parçacık içi difüzyon modelinin de adsorpsiyonda etkin olduğu söylenebilir.

Removal of boron ions from boron containing aqueous solutions using lignite, natural zeolite (clinoptilolite) and fly ash adsorbents was studied. This study demonstrated that boron removal was controlled by the material type and operational conditions (pH, amount of the adsorbent, adsorption time, temperature). The experiments show that a considerable amount of boron (>90 %) can be removed from water with fly ash under suitable conditions of pH 10, adsorbent amount of 100 g/L, for an adsorption time of 24 hours at 25 oC. Percentage of boron removed by zeolite and demineralized coal remained at less than 20 under the same conditions.Freundlich, Langmuir and Dubinin-Radushkevich isotherms for the adsorbents were obtained. The adsorption of boron on demineralized lignite fitted to Langmuir isotherm, whereas adsorption on zeolite was explained by Freundlich isotherm. The adsorption on fly ash was considered to fit both Langmuir and Freundlich isotherms.Dubinin-Radushkevich model was used to calculate adsorption energies (E) and for thermodynamic and kinetic analysis. Since E values are less than 8 kJ/mol, the type of adsorption resembles physical adsorption due to weak van der Waals forces. ?Go of adsorption of boron on fly ash was found between 3 and 4.5 kJ/mol for different temperatures. The ?So and ?Ho values of the adsorption were 0,03 kJ/molK and 13,61 kJ/mol, respectively. To analyze the adsorption kinetically, three models were considered. The pseudo-second-order model was determined to be the most suitable for adsorption on fly ash, whereas the affect of intraparticle diffusion is also considered as significant.