DE202022103534U1

DE202022103534U1 - Ein System zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von braunen Algen

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Publication number: DE202022103534U1
Application number: DE202022103534.2U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: GHADAGE, SHARADA JAGANNATH, DR., IN; PANASKAR, POONAM SHRIMANT, DR., SATARA, IN; PATIL, HANMANTRAO SAHEBRAO, PUNE, IN; PATIL, KAMLAKAR HARISHCHANDRA, DR., RATNGIRI, IN; RAJMANE, MOHAN MARTAND, DR., IN; WAGHMODE, AHILYA VITTHAL, DR., KOLHAPUR, IN
Priority date: 2022-06-26
Filing date: 2022-06-26
Publication date: 2022-09-19
Anticipated expiration: 2032-06-27

Abstract

System zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen, wobei das System umfasst:
eine Hauptkammer für die Behandlung von Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh zur Herstellung von Algenbiomasse;
einen Erlenmeyerkolben zum Mischen von 40-60 ml Metalllösung und 20-110 mg Algenbiomasse;
einem mit dem Erlenmeyerkolben gekoppelten Rotationsschüttler zum Schütteln des Erlenmeyerkolbens mit konstanter Geschwindigkeit von 150-200 U/min; und
ein Filterpapier zur Abtrennung von Biomasse aus dem Gemisch zur Herstellung von bleifreiem Industrieabwasser.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus Industrieabwässern, genauer gesagt auf ein System zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die durch Industrieabwässer verursachte Schwermetallverschmutzung nimmt von Tag zu Tag zu und ist zu einem der größten Probleme dieses Jahrhunderts geworden. Die üblichen Verfahren zur Entfernung toxischer Schwermetalle sind zu teuer und bei niedrigen Schwermetallgehalten im Abwasser nur schwer anwendbar.
Derzeit sind nur wenige Algenbiomassen als Adsorptionsmittel eingeführt worden. Unter den verschiedenen Adsorptionsmitteln gewinnen Meeresalgen aufgrund ihrer hohen Kapazität zur Metallaufnahme und ihrer Verfügbarkeit in der Natur an Aufmerksamkeit. Die Zellwand der Algen besteht aus einem mehrschichtigen mikrofibrillären Gerüst, das im Allgemeinen aus Zellulose und amorphem Material besteht. In Meeresalgen ist ein hoher Anteil an Alginat (14-40 %) vorhanden. Der Hauptbestandteil des Alginats ist Alginsäure, ein Polymer, das aus unverzweigten Ketten von 1,4-verknüpften β-D-Mannuron- und α-L-Guluronsäuren besteht. Andere negativ geladene funktionelle Gruppen, wie die Sulfonatgruppen von Fucoidan, können zur Komplexierung von Schwermetallen beitragen. Fucoidan ist ein verzweigter Polysaccharid-Sulfatester mit L-Fucose-Bausteinen, die überwiegend a(1-2)-verknüpft sind.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein System zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung zielt darauf ab, ein System zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung bereitzustellen, bei dem getrocknete Biomasse der braunen Meeresalgen Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh.
In einer Ausführungsform wird ein System zur Entfernung von Blei aus einer wässrigen Lösung unter Verwendung von getrockneter Biomasse von Braunalgen offenbart. Das System umfasst eine Hauptkammer zur Behandlung von Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh zur Herstellung von Algenbiomasse. Das System umfasst ferner einen Erlenmeyerkolben zum Mischen von 40-60 ml Metalllösung und 20-110 mg Algenbiomasse. Das System umfasst ferner einen mit dem Erlenmeyerkolben gekoppelten Rotationsschüttler zum Schütteln des Erlenmeyerkolbens mit konstanter Geschwindigkeit von 150-200 U/min. Das System umfasst ferner ein Filterpapier zur Abtrennung der Biomasse aus dem Gemisch zur Herstellung von bleifreiem Industrieabwasser.
In einer anderen Ausführungsform werden ein Pseudo-Modell erster Ordnung und ein Pseudo-Modell zweiter Ordnung auf die Adsorptionskinetik von Blei-(Pb(II)-Ionen angewandt, wobei die Adsorption von Blei-Ionen im Fall von Sargassum ilicifolium 30 Minuten dauert.
In einer anderen Ausführungsform werden vorzugsweise 50 ml Metalllösung mit 100 mg Algenbiomasse gemischt, wobei die 100 mg Algenbiomasse Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen umfassen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Hauptkammer: eine Reinigungskammer zum Waschen von Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh mit destilliertem Wasser, um Staub und lösliche Verunreinigungen zu entfernen, wobei das gewaschene Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh in der Sonne getrocknet wird; und eine Mühle zum Mahlen von getrocknetem Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh und zur Lagerung bei Raumtemperatur in luftdichten Behältern.
Gegenstand der vorliegenden Offenlegung ist die Entfernung von Pb(II)-Ionen aus Industrieabwässern unter Verwendung von Pulver aus der Braunalge Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein schnelles und kostengünstiges System zur Entfernung von Blei-Ionen bereitzustellen.
Zur weiteren Verdeutlichung der Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gegeben, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung anzusehen sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Figuren beschrieben und erläutert werden.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:

1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Entfernung von Blei aus einer wässrigen Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 die Adsorptionsisothermen für Pb(II)-Ionen auf S. ilicifolium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 die Langmuir-Konstanten für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch S.ilicifolium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 die Freundlich-Konstanten für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch S.ilicifolium in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 die Pseudo-First-Order-Biosorption von Pb(II)-Ionen durch S.ilicifolium in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6 die Pseudo-Sekunden-Biosorption von Pb(II)-Ionen durch S.ilicifolium in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
7 Tabelle 1 veranschaulicht, die die Langmuir- und Freundlich-Konstanten für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch Braunalgen zeigt;
8 die in Tabelle 2 dargestellten kinetischen Parameter für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch Meeresalgen veranschaulicht; und
9 Tabelle 3 veranschaulicht, die die FTIR-Analyse der Biomasse von S. ilicifolium zeigt.

Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.
Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.
Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das System 100 umfasst eine Hauptkammer 102 zur Behandlung von Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh zur Herstellung von Algenbiomasse.
In einer Ausführungsform wird ein Erlenmeyerkolben 104 zum Mischen von 40-60 ml Metalllösung und 20-110 mg Algenbiomasse verwendet.
In einer Ausführungsform ist ein Rotationsschüttler 106 an den Erlenmeyerkolben 104 gekoppelt, um den Erlenmeyerkolben 104 mit einer konstanten Geschwindigkeit von 150-200 U/min zu schütteln.
In einer Ausführungsform wird ein Filterpapier 108 zur Abtrennung der Biomasse aus dem Gemisch für die Herstellung bleifreier Industrieabwässer verwendet.
In einer anderen Ausführungsform werden ein Pseudo-Modell erster Ordnung und ein Pseudo-Modell zweiter Ordnung auf die Adsorptionskinetik von Blei-(Pb(II)-Ionen angewandt, wobei die Adsorption von Blei-Ionen im Fall von Sargassum ilicifolium 30 Minuten dauert.
In einer anderen Ausführungsform werden vorzugsweise 50 ml Metalllösung mit 100 mg Algenbiomasse gemischt, wobei die 100 mg Algenbiomasse Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen umfassen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Hauptkammer 102 eine Reinigungskammer 110 zum Waschen von Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh mit destilliertem Wasser, um Staub und lösliche Verunreinigungen zu entfernen, wobei das gewaschene Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh in der Sonne getrocknet wird. Die Hauptkammer 102 umfasst ferner eine Mühle 112 zum Mahlen von getrocknetem Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh und zur Lagerung bei Raumtemperatur in luftdichten Behältern.
In einer Ausführungsform wird eine Stammlösung von Pb(II)-Ionen (1000 mg/l in destilliertem Wasser) unter Verwendung eines Bleinitrats analytischer Qualität hergestellt. Diese Lösung wird je nach Bedarf verdünnt, um die gewünschten Metallkonzentrationen im Bereich von 100-1000 mg/l Pb(II)-Ionen zu erhalten.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Versuch in einem 250-ml-Erlenmeyerkolben (Perkin Elm- er, Analyzer 300) mit 50 ml Metalllösung und 100 mg Algenbiomasse durchgeführt. Die Kolben werden auf einem Rotationsschüttler 106 bei konstanter Drehzahl von ~170 U/min gehalten. Nach einem gewünschten Zeitintervall wird die Biomasse mit einem Filterpapier 108 abgetrennt. Die Anfangs- und Endkonzentration der Metalle wird mit der AAS gemessen. Die Auswirkung der pH-Variation von 2.0 bis 5.0 wird durch Einstellung des pH-Wertes der Metalllösung mit 0.1 N HCl oder NaOH untersucht. Für den Versuch werden 100 mg Biomasse in 50 ml Bleinitrat (100 mg/l) verwendet und die Proben nach 80 Minuten analysiert. Der pH-Bereich wird auf 2-5 festgelegt, da die meisten schwermetallhaltigen Industrieabwässer sauer sind (Macchi et al. 1993). Bei einem pH-Wert von mehr als 5 kann es zu Ausfällungen kommen.
Um die Auswirkungen der Zeit auf die Biosorptionsprozesse zu verstehen, wird in einer Ausführungsform die Rührdauer von 0 bis 80 Minuten variiert. Der Versuch wird bei einem pH-Wert von 2.5 mit 100 mg Biomasse in 50 ml Bleinitratlösung (100 mg/l) durchgeführt. Die Proben werden nach jeweils 10 Minuten entnommen und mittels AAS analysiert. Der Versuch wird mit 50 ml 100 mg/l Bleinitrat bei einem pH-Wert von 2.5 durchgeführt. Die Dosierung der Biomasse variiert von 20 mg bis 100 mg, und die Proben werden nach 80 Minuten mit der AAS analysiert.
Die Wirkung der Metallionenkonzentration auf die Biosorption durch S.ilicifolium wird untersucht, indem sie von 100 mg bis 1000 mg/l variiert wird. Der Versuch wird bei einem pH-Wert von 2.5 und unter Verwendung von 100 mg Biomasse durchgeführt und dauert 80 Minuten. Die Menge des aufgenommenen Metalls, q, wird anhand der folgenden Gleichung (Gl.1) bestimmt: $q_{e} = \frac{(C_{o} - C_{e})}{M} \times V$
Dabei steht „q_e“ für die Adsorptionsmenge im Gleichgewicht (mg/g), M für die Masse der Alge (mg), C_o und C_e für die Anfangs- und Endkonzentration des Metallions (mg/l). V ist das Volumen (ml).
Die Abscheideleistung wird nach der Formel (Gl.2) bestimmt: $B i o s o r p t i o n (%) = \frac{(C_{o} - C_{e})}{C_{o}} \times 100$
Der Mechanismus der Biosorption wird anhand der Langmuir- und Freundlich-Isothermen erklärt. Die Langmuir-Isotherme ist die bekannteste und am häufigsten angewandte Metalladsorptionsisotherme (Langmuir 1918). Dieses Isothermenmodell geht davon aus, dass die Chemisorption zwischen dem Adsorptionsmittel und dem Adsorbat durch die Bildung einer ionischen oder kovalenten Bindung erfolgt. Das Langmuir-Modell wird durch die Gleichung (Eq.3) ausgedrückt: $\frac{C_{e}}{q_{e}} = \frac{C_{e}}{q_{m}} + \frac{1}{q_{m} b}$
Dabei ist q_e das im Gleichgewicht sorbierte Metall (mg/g), C_o ist die Gleichgewichts-Metallionenkonzentration (mg/l), q_m ist die maximale Menge des sorbierten Metalls (mg/g), b und c sind Konstanten.
Die Freundlich-Isotherme liefert keine Informationen über die einschichtige Adsorptionskapazität des Biosorptionsmittels. Die folgende Gleichung wird zur Erklärung der Metalladsorption verwendet (Gl. 4): $q_{e} = k_{ƒ} C^{1 / n}$
Diese Gleichung kann in die lineare Form umgewandelt werden, indem man den Logarithmus beider Seiten nimmt, wie in (Gl.5) ausgedrückt: $l o g q_{e} = {log k}_{ƒ} + \frac{1}{n} l o g C_{e}$
Dabei ist q_e die adsorbierte Menge (mg/g), C_o ist die Gleichgewichtskonzentration des Adsorbats (mg/l) und k_f und n sind die Freundlich-Konstanten. Die Werte von k_f und n können aus dem Achsenabschnitt und der Steigung berechnet werden.
Zur Erklärung des Prozesses der Metallbiosorption werden häufig kinetische Modelle verwendet. Die kinetische Pseudo-Gleichung erster Ordnung kann wie folgt geschrieben werden (Gl. 6): $\frac{d q_{t}}{d t} = k_{1} (q_{e} - q_{t})$
Die integrierte Form der obigen Gleichung lautet (Gl.7): $log (q_{e} - q_{t}) = l o g q_{e} - \frac{k_{1} t}{2.303}$
q_e und qt sind die Adsorptionsmenge bei Gleichgewicht (mg/g) und die Zeit t (min), k₁ ist die Geschwindigkeitskonstante der Pseudo-Adsorption erster Ordnung. $\frac{d q_{t}}{d t} = k_{1} {(q_{e} - q_{t})}^{2}$
k₂ ist die Geschwindigkeitskonstante der Adsorption pseudo-zweiter Ordnung (g mg -1 min-1).
2 zeigt die Adsorptionsisothermen für Pb(II)-Ionen an S. ilicifolium in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die maximale Sorption von Blei fand bei pH 2.5 in beiden S.ilicifolium statt. Der für S.ilicifolium erhaltene Wert beträgt 42.64 ± 0.10. Die verringerte Biosorptionsrate bei höherem pH-Wert kann auf eine Verringerung der Löslichkeit des Metalls zurückzuführen sein, das Komplexe bildet und Ausfällungen verursacht.
Die maximale Adsorption von Blei erfolgte nach 30 Minuten in S.ilicifolium (42 ± 0.10 mg/l oder 85.28 %).
Mit zunehmender Anfangskonzentration des Metalls nahm auch die adsorbierte Menge in beiden Biosorbentien zu. Die Aufnahme von Metallionen stieg von 42.64 ± 0.10 mg/g auf 177.365 ± 0.06 mg/g in S.ilicifolium. Dies könnte auf die große Anzahl der für die Adsorption verfügbaren Metallionen zurückzuführen sein.
Die Adsorption von Blei nahm mit der Zunahme der Biomasse zu. Die maximale Adsorption wird mit 100 mg Biomasse in beiden Materialien beobachtet. Die Entfernungseffizienz stieg mit zunehmender Biomassedosis, da sich die Kontaktfläche vergrößerte.
Die Adsorptionsisotherme gibt an, wie sich die adsorbierten Moleküle zwischen der flüssigen Phase und der festen Phase verteilen, wenn der Adsorptionsprozess einen Gleichgewichtszustand erreicht. In 2 ist die Menge des adsorbierten Pb(II) gegen seine Konzentration in der wässrigen Phase im Gleichgewicht aufgetragen. Die isothermen Daten, die mit einer Reihe von anfänglichen Bleikonzentrationen erhalten wurden, zeigen eine Zunahme der adsorbierten Bleimenge, wenn die anfängliche Bleikonzentration von 100-1000 mg/l erhöht wird. Die Adsorptionsdaten wurden mit Hilfe von zwei Adsorptionsmodellen unter Anwendung der Isothermengleichungen von Langmuir und Freundlich analysiert.
3 zeigt die Langmuir-Konstanten für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch S.ilicifolium in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die experimentellen Daten der Adsorption von Pb(II)-Ionen an S.ilicifolium werden durch das isotherme Langmuir-Modell besser erklärt.
Die Größe von RL beträgt 0.011 - 0.334 für Sargassum, was mit den Anforderungen an eine günstige Adsorption übereinstimmt. Der hohe Wert des Korrelationskoeffizienten R₂ deutet auf eine bessere Koordination zwischen den Parametern hin und deutet auf eine einschichtige Adsorption von Pb(II)-Ionen auf der Biosorbentoberfläche hin.
4 zeigt die Freundlich-Konstanten für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch S. ilicifolium in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die in der vorliegenden Arbeit erhaltenen Werte für K_f und n sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Werte des Korrelationskoeffizienten R₂ deuten in diesem Fall darauf hin, dass das Freundlich-Modell weniger gut an die experimentellen Daten angepasst ist als die Langmuir-Gleichung.
5 zeigt die Biosorption von Pb(II)-Ionen durch S. ilicifolium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Modelle pseudoerster Ordnung und pseudozweiter Ordnung erklären den Mechanismus des Adsorptionsprozesses. Ein Diagramm von log (qe- qt) gegen die Zeit sollte linear sein, wenn die Kinetik pseudo-erster Ordnung befolgt wird. 5 erklärt das kinetische Modell pseudoerster Ordnung für die untersuchten Biosorbentien.
In einer Ausführungsform beruht die Pseudo-Sekundenordnung auf der Annahme, dass die Adsorption einer Chemisorption zweiter Ordnung folgt. Das Modell der pseudo-sekundären Ordnung lieferte eine bessere Annäherung an die experimentellen kinetischen Daten als das Modell der pseudoersten Ordnung.
6 zeigt die Biosorption von Pb(II)-Ionen durch S.ilicifolium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in pseudozweiter Ordnung. Die linearen Regressionskorrelationskoeffizientenwerte (R2) sind höher, was bestätigt, dass die Adsorptionsdaten gut durch die Kinetik pseudo-zweiter Ordnung wiedergegeben werden und den Chemisorptionsprozess unterstützen, der während der Adsorption in den vorliegenden Biosorbentien auftritt (Tabelle 2).
In einer beispielhaften Ausführungsform erfolgt die Charakterisierung des Biosorptionsmittels durch FTIR-Spektroskopie (Perkin Elmer Spectrum 100). Die aus den FTIR-Spektren gewonnenen Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
7 und Tabelle 1 zeigen die Langmuir- und Freundlich-Konstanten für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch Braunalgen. 8: Tabelle 2 zeigt die kinetischen Parameter für die Adsorption von Pb(II)-Ionen durch Algen. 9 veranschaulicht Tabelle 3 zeigt die FTIR-Analyse der Biomasse von S. ilicifolium.
In einer Ausführungsform wird festgestellt, dass unter optimalen Bedingungen (pH 2.5 und Metallkonzentration 100 mg/l) die Entfernung von Pb(II)-Ionen in S. ilicifolium 42.64 mg/g (85.28 %) beträgt. Der Prozess dauerte bei S. ilicifolium 30 Minuten. Mit zunehmender Metallionenkonzentration steigt die Metallaufnahme aufgrund der Zunahme der treibenden Kraft, d.h. des Konzentrationsgradienten, aber die prozentuale Biosorption nimmt ab. Bei niedrigeren Konzentrationen konnten die meisten Pb(II)-Ionen in der Lösung mit den Bindungsstellen interagieren, so dass der Prozentsatz der Biosorption höher ist. Mit zunehmender anfänglicher Metallionenkonzentration nimmt die prozentuale Biosorption aufgrund der Sättigung der Biosorptionsstellen ab. Ein gutes Metallsorptionsmittel sollte insbesondere für die Sorption von Metallen sowohl ein hohes qm als auch ein niedriges b aufweisen. In der vorliegenden Studie wurde ein ähnlicher Trend beobachtet, der auf den effektiven Einsatz von Algen zur Entfernung von Pb(II) aus Abwasser hindeutet.
Die experimentellen Daten für den Adsorptionsprozess entsprachen eher der Langmuir-Adsorptionsisotherme als dem Freundlichschen Adsorptionsmodell. Der Adsorptionsprozess folgte einer Kinetik pseudozweiter Ordnung. Die Analyse des FTIR-Spektrums ergab, dass Amin-, Alkohol-, Hydroxyl-, Carboxyl- und Carbonylgruppen an der Adsorption von Pb(II)-Ionen beteiligt sein könnten. Das EDX-Spektrum deutet darauf hin, dass ein Ionenaustauschmechanismus am Biosorptionsprozess beteiligt sein könnte. Die Zellwand der Braunalgen besteht hauptsächlich aus Alginsäure oder Alginat (Salz der Alginsäure) und einer kleinen Menge Fucoidan (sulfatiertes Polysaccharid). Aufgrund dieser Eigenschaft besitzt die Phaeophyceen-Matrix eine hohe Kapazität zur Entfernung von Schwermetallen.
Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können diejenigen Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.
Bezugszeichenliste

100: Ein System zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen
102: Hauptraum
104: Erlenmeyerkolben
106: Rotierender Schüttler
108: Filterpapier
110: Reinigungskammer
112: Schleifer

Claims

System zur Entfernung von Blei aus wässriger Lösung unter Verwendung getrockneter Biomasse von Braunalgen, wobei das System umfasst: eine Hauptkammer für die Behandlung von Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh zur Herstellung von Algenbiomasse; einen Erlenmeyerkolben zum Mischen von 40-60 ml Metalllösung und 20-110 mg Algenbiomasse; einem mit dem Erlenmeyerkolben gekoppelten Rotationsschüttler zum Schütteln des Erlenmeyerkolbens mit konstanter Geschwindigkeit von 150-200 U/min; und ein Filterpapier zur Abtrennung von Biomasse aus dem Gemisch zur Herstellung von bleifreiem Industrieabwasser.
System nach Anspruch 1, wobei auf die Adsorptionskinetik von Blei-(Pb(II)-Ionen ein Modell pseudoerster Ordnung und ein Modell pseudozweiter Ordnung angewandt werden, wobei die Adsorption von Blei-Ionen im Fall von Sargassum ilicifolium 30 Minuten erfordert.
System nach Anspruch 1, wobei vorzugsweise 50 ml Metalllösung mit 100 mg Algenbiomasse gemischt werden, wobei die 100 mg Algenbiomasse Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Hauptkammer umfasst: eine Reinigungskammer zum Waschen von Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh mit destilliertem Wasser, um Staub und lösliche Verunreinigungen zu entfernen, wobei das gewaschene Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh in der Sonne getrocknet wird; und eine Mühle zum Mahlen von getrocknetem Sargassum ilicifolium (Turner) C. Agardh und zur Lagerung bei Raumtemperatur in luftdichten Behältern.