Removal of Lead From Aqueous Media Using Carbonized and Acid Treated Orange Peel

Jasmin Shah; M. Rasul Jan; Atta ul Haq

doi:10.3139/113.110304

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Removal of Lead From Aqueous Media Using Carbonized and Acid Treated Orange Peel

Jasmin Shah , M. Rasul Jan und Atta ul Haq

Veröffentlicht/Copyright: 1. Mai 2013

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Aus der Zeitschrift Tenside Surfactants Detergents Band 51 Heft 3

Abstract

A low cost and environment-friendly agriculture waste material, orange peel, was investigated for the removal and accumulation of Pb(II) from water and wastewater. Orange peel treated with acid (AOP) as well as converted into carbon (COP) and the effect of various parameters on biosorption of Pb(II) on AOP and COP was studied. The biosorption of Pb(II) was found to be pH dependant in both cases and maximum biosorption of Pb(II) (100 %) on AOP was achieved at pH 6 and 60 min shaking time while using COP the maximum biosorption (100 %) was obtained at pH 5.5 and 80 min contact time. The monolayer biosorption capacities of AOP and COP were found to be 1 040 mg g⁻¹ and 993 mg g⁻¹ using Langmuir isotherm at room temperature respectively. Similarly Freundlich empirical constants, K_F and n obtained for Pb(II) on AOP and on COP were 0.453 L g⁻¹, 1.90 and 0.334 L g⁻¹, 2.51 respectively. For the kinetic study of biosorption of Pb(II) on AOP and COP pseudo-first-order and pseudo-second-order intraparticle diffusion and Elovich models were applied. The data showed that pseudo-second-order model (R² = 0.9820) was the best choice among the kinetic models for description of biosorption of lead on AOP and COP. Thermodynamic parameters, the change of free energy (ΔG°), enthalpy (ΔH°) and entropy (ΔS°) of Pb(II) biosorption on AOP and COP were calculated and showed spontaneous endothermic behaviour of Pb(II) biosorption. The effect of interfering ions (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, and Ca²⁺) were also studied on biosorption of Pb(II) on AOP and COP. The concentration of HNO₃ solutions were optimized for recovery of Pb(II) after biosorption.

Kurzfassung

Es wurde die Entfernung oder Aufkonzentrierung von Blei aus Wasser oder Abwasser mit Orangenschalen (orange peel = OP), einem preiswerten und umweltfreundlichen Abfall aus der Landwirtschaft, untersucht. Es wurden mit Säure behandelte (AOP) als auch verkohle Orangenschalen (COP) und der Einfluss verschiedener Parameter auf die Biosorption von Pb(II) auf AOP und COP studiert. Die Biosorption von Pb(II) war in beiden Fällen pH-abhängig. Die maximale Biosorption von Pb(II) (100 %) an AOP wurde bei einem pH-Wert von 6 nach 60-minütigem Schütteln erreicht; während sie sich an COP bei pH 5,5 nach 80 Minuten einstellte. Die Biosorptionskapazität für die Monolage betrug für AOP 1 040 mg g⁻¹ und für COP 993 mg g⁻¹ bei Anwendung der Langmuir-Isotherme bei 25 °C. Entsprechend erhielt man für die empirischen Freundlich-Konstanten K_F und n für die Adsorption von Pb(II) an AOP 0,453 L g⁻¹ und 1,90 bzw. an COP 0,334 L g⁻¹ und 2,51. Bei der kinetischen Untersuchung der Biosorption von Pb(II) an AOP und COP wurden das Intrapartikel-Diffusionsmodell mit Pseudo-Erster- und Pseudo-Zweiter-Ordnung und das Elovich-Modell angewendet. Das Diffusionsmodell Pseudo-Zweiter- Ordnung lieferte die besten Resultate für die Beschreibung der Biosorption von Pb(II) an AOP und COP (R² = 0.9820). Die thermodynamischen Parameter ΔG°, ΔH° und ΔS° für die Biosorption von Pb(II) an AOP und COP wurden berechnet; es konnte eine spontanes endothermes Verhalten für die Biosorption bestimmt werden. Des Weiteren wurde der Einfluss von Störionen (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, and Ca²⁺) auf die Biosorption von Pb(II) auf AOP und COP untersucht. Die Konzentration der HNO₃-Lösungen für die Rückgewinnung von Pb(II) nach der Biosorption wurde optimiert.

Key words: Agriculture waste; orange peel; biosorption; equilibrium; kinetic; thermodynamics

Stichwörter: landwirtschaftlicher Abfall; Orangenschale; Biosorption; Gleichgewicht; Kinetik; Thermodynamik

* Correspondence address Mrs. Prof. Jasmin Shah, Institute of Chemical Sciences, University of Peshawar, Pakistan, Tel./Fax: 92-91-9 21 66 52, E-Mail: jasminshah2001@yahoo.com

Professor Jasmin Shah, PhD: Professor of Analytical Chemistry in the Institute of Chemical Sciences, University of Peshawar. Actively involved in method development for different types of organic and inorganic species.

Professor Muhammad Rasul Jan: Professor of Analytical and Environmental Chemistry. Supervised 19 PhD and about 50 master students.

Mr. Atta ul Haq: A PhD scholar working under the supervion of Professor Rasul Jan and Professor Jasmin Shah.

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Received: 2013-09-12

Revised: 2014-03-11

Published Online: 2013-05-01

Published in Print: 2014-05-15

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Agriculture waste; orange peel; biosorption; equilibrium; kinetic; thermodynamics