Development of sorbents for arsenic removal from drinking water

Abstract

As(III) ve As(V) türlerinin giderilmesi için demir hidroksit tutturulmuş silikajel, termal yöntemle demir hidroksit tutturulmuş pomza ve nikel nanopartikül tutturulmuş reçine ile çalışılmıştır.Demir(III) hidroksitle arsenik gidermek amacıyla, safsızlıkların yanılgıya neden olmaması için laboratuar kalitesi silikajel kullanılmıştır. Demir(III) hidroksit değişik pH'lerde çöktürülmüştür ve oldukça düşük olan pH 6.0 tercih edilmiştir. Çünkü bu pH'de üst çözelti berraktı ve en yüksek giderme kapasiteli ve giderme verimi elde edilmiştir. Arsenik türleme çalışmalarından, eser düzeydeki As(III)'ün adsorplanma sırasında kısmen As(V)'e yükseltgenmeden adsorplandığı görülmüştür. Bu konuda literatürde farklı yorumlarla krşılaşılmaktadır. Beç yöntemde çözeltinin başlangıç pH'sinin 3.1-9.7 aralığında As(III) ve As(V) giderilmesinde etkisi olmadığı görülmüştür. Bunun nedeni, bu pH aralığındaki çözelti pH'sinin dengede pH 5 civarında sabitlenmesine bağlanmıştır. Giriş derişimi 1.00 mg/L arsenik olduğunda, kolon kapasiteleri 1.32 mg As(III)/g adsorban ve 1.21 mg As(V)/g adsorban olarak belirlenmiştir.Destek maddeleri üzerine demir hidroksit tutturmak için termal yöntem geliştirilmiştir. Destek maddesi olarak pomza kullanıldığında en yüksek adsorpsiyon kapasitesi elde edilmiştir. Adsorban hazırlamada optimal sıcaklık 220 0C olarak belirlenmiştir.As(III) ve As(V)'in giderilmesi için yeni bir adsorban olan nikel nanopartikül tutturulmuş reçine kullanılmıştır. Adsorbanın optimal hazırlama koşulları belirlenmiş ve en uygun kurutma sıcaklığı oda sıcaklığı olarak seçilmiştir. Bu koşulda As(III) giderme verimi 99.7% ve arsenik alım kapasitesi 3.50mg/g olarak hesaplanmıştır. Beç yöntemle, çözeltinin 3.3-11.5 pH aralığındaki başlangıç değerinin arsenik giderme verimine etkisi görülmemiştir. En düşük adsorban miktarında dahi çok yüksek arsenik giderme verimleri elde edilmiştir. 16g/L adsorban dozunda As(III) ve As(V) için sırasıyla 99.2% ve 100.3% giderme verimleri elde edilmiştir. Langmuir, Freundlich ve DR izotermleri çizilmiş ve sorpsiyonun Langmuir ve Freundlich izotermlerine uyduğu bulunmuştur. DR izotermi ise adsorpsiyonun fiziksel ve istemli olduğunu göstermiştir. Rejenerasyon çalışmalarından As(III) ve As(V)'in adsorbandan desorbe edilebildiği ve böylece birçok kez kullanılabileceği görülmüştür.

Removal of As(III) and As(V) species using ferric hydroxide supported on silicagel, thermally supported ferric hydroxide on pumice and nickel nanoparticle impregnated resin were studied.For arsenic removal with ferric hydroxide, laboratory reagent quality silicagel was used to avoid confusions that may be caused by the impurities. Ferric hydroxide precipitation was realized at various pH values and a relatively low pH 6.0 was chosen because, at this pH, the highest arsenic removal capacity and removal efficiency were obtained and clear supernatant solution was observed. It was also shown by arsenic speciation analysis at trace level that As(III) is adsorbed onto ferric hydroxide partly without oxidation to As(V); it was a controversial point in the literature. In the batch method, initial pH change of the solution did not significantly affect the arsenic removal efficiencies for As(III) and As(V) in the pH range of 3.1-9.7. This was attributed to the decreases of the initial pH values to around 5 at equilibrium. The column capacities of 1.32 mg As(III)/g sorbent and 1.21 mg As(V)/g sorbent were found for initial concentration of 1.00 mg/L arsenic.A thermal method was developed for the preparation of ferric hydroxide on support materials. Maximum adsorption capacities were obtained by pumice as the support material. Optimum temperature was 220 0C for the preparation of the adsorbent.A novel adsorbent nickel nanoparticle impregnated resin was used for the removal of both As(III) and As(V). Optimal preparation conditions of Ni nanoparticle impregnated resin were determined. Optimum drying temperature was chosen as room temperature. Removal efficiency of As(III) was 99.7% and arsenic uptake was 3.50mg/g at 200C. In the batch method, initial pH did not significantly affect the arsenic removal efficiencies for As(III) and As(V) in the pH range 3.3-11.5. Even at the lowest adsorbent dose used, very high arsenic removal efficiencies were observed. 99.2% and 100.3% removal efficiencies were obtained for As(III) and As(V), respectively, at 16g/L adsorbent dose. The plots of adsorption isotherms Langmuir, Freundlich and DR were drawn. Adsorption process was found to obey Langmuir and Freundlich equations and DR isotherms showed that the adsorption is physical and favorable. Regeneration studies showed that As(III) and As(V) could be desorbed from the adsorbent therefore the adsorbent can be used several times.