Study of buckwheat husk application for water demineralisation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In the present paper, a brief review of the scientific literature on the main research directions in the field of sorption filters used for water demineralisation is presented. Materials used for these purposes, both of mineral and organic origin, are considered. Various natural materials, including waste products from wood processing and agriculture, are promising raw materials for the production of sorbents. Since these materials are typically characterised by low sorption ability in their raw form, additional activation processes are required. In this connection, research was conducted by the authors on the sorption of hardness salts (calcium and magnesium) from aqueous solutions in static conditions using raw and chemically modified buckwheat husk in a concentration range from 2 to 40 mEq/dm3. Hydrochloric and phosphoric acids, as well as sodium hydroxide, were used as modifiers. A study of the sorption kinetics demonstrated that the system achieves equilibrium within 5 min from the start of sorption. Additionally, the possibility of maximum demineralisation of aqueous solutions was studied. The best sorption properties with respect to hardness salts were demonstrated by buckwheat husks modified by sodium hydroxide, which had a maximum sorption capacity of 2.4 mEq/dm3 as compared to 2.0 mEq/dm3 for raw husks. For all types of obtained materials, mineral sorption isotherms were constructed in the range of studied concentrations. These isotherms were established to be of S4 type according to the Giles classification. Mathematical processing was carried out according to the sorption models of Langmuir, Freundlich, BET and Dubinin-Radushkevich. The sorption process for calcium and magnesium cations was revealed to be most accurately described by the Freundlich equation.

About the authors

V. A. Somin

Polzunov Altai State Technical University

Email: vladimir_somin@mail.ru

L. F. Komarova

Polzunov Altai State Technical University

Email: htie@mail.ru

A. V. Kutalova

Polzunov Altai State Technical University

Email: nastyakutalova@yandex.ru

References

  1. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Морщинина И.В. Закономерности сорбции катионов Са(II) и Мg(II) концентратом глауконита ГБМТО // Сорбционные и хроматографические процессы. 2014. Т. 14. N 2. C. 286–295.
  2. Вигдорович В.И., Есина М.Н., Шель Н.В., Цыганкова Л.Е., Попова А.Н. Сорбция катионов кальция и магния глауконитом из проточных хлоридных растворов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. Т. 16. N 4. С. 533–543.
  3. Сомин В.А., Куртукова Л.В., Комарова Л.Ф. Умягчение подземных вод с использованием нового сорбента на основе бентонито-вых глин // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19. N 1. С. 30–33.
  4. Мосталыгина Л.В., Елизарова С.Н., Тихонова А.Ю., Костин А.В. Регуляция концентрации ионов кальция и магния природным сорбентом бентонитовой глиной // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 2. N 1 (4). С. 1042–1045.
  5. Сомин В.А., Бетц С.А., Комарова Л.Ф. Использование сорбентов на основе природного сырья для очистки фенолсодержащих вод // Экология и промышленность России. 2016. Т. 20. N 12. С. 14–17. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2016-12-14-17
  6. Шилина А.С., Бахтин В.Д., Бурухин С.Б., Асхадуллин С.Р. Сорбция катионов тяжелых металлов и радионуклидов из водных сред новым синтетическим цеолитоподобным сорбентом // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2017. N 1. С. 116–126. https://doi.org/10.26583/npe.2017.1.11
  7. Wang B., Li F., Yang P., Yang Y., Hu J., Wei J., et al. In Situ Synthesis of Diatomite-Carbon Nanotube Composite Adsorbent and Its Adsorption Characteristics for Phenolic Compounds // Journal of Chemical and Engineering Data. 2019. Vol. 64. Issue 1. P. 360–371. https://doi.org/10.1021/acs.lced.8b00874
  8. Ahsan A., Jabbari V., Islam M.T., Turley R.S., Dominguez N., Kim H., et al. Sustainable synthesis and remarkable adsorption capacity of MOF/graphene oxide and MOF/CNT based hybrid nanocomposites for the removal of Bisphenol A from water // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 673. P. 306–317. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.219
  9. Смятская Ю.А, Политаева Н.А., Шайхиев И.Г., Свергузова С.В., Композиционные сорбционные материалы для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Вестник технологического университета. 2018. Т. 21. N 2. С. 215–219.
  10. Смятская Ю.А., Фазуллина А.А., Политаева Н.А., Жажков В.В., Павлушкина Ю.Е., Долбня И.В. Использование и утилизация сорбентов хитозан – остаточная биомасса микроводорослей Chlorella Sorokiniana // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. N 9. С. 18–23. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-9-18-23
  11. Шаймарданова А.Ш., Степанова С.В., Шайхиев И.Г. Исследование возможности многократного использования листового опада в качестве сорбционного материала по отношению к ионам железа // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 2. С. 164–172. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-2-164-172
  12. Yuvaraja G., Munagapati V.S., Naushad M., Abburi K. Removal of Ni(II) from aqueous solution by Lycopersicum esculentum (Tomato) leaf powder as a low-cost biosorbent // Desalination and Water Treatment. 2015. Vol. 54. Issue 1. P. 200–208. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.880160
  13. Yuvaraja G., Krishnaiah N., Subbaiah M.V., Krishnaiah A. Biosorption of Pb(II) from aqueous solution by Solanum melongena leaf powder as a low-cost biosorbent prepared from agricultural waste // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. Vol. 114. P. 75–81. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.09.039
  14. Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин Н.А. Применение серосодержащего сорбента на основе лигнина для извлечения ртути из водных растворов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 3. С. 169–177. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-3-169-177
  15. Асламова В.С., Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Руссавская Н.В. Регрессионный анализ закономерностей извлечения ионов цинка и кадмия из водных растворов серосодержащим сорбентом на основе лигнина // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 174–183. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183
  16. Камалова Н.А., Галимова Р.З., Шайхиев И.Г., Садыкова С.В., Гречина А.С. Cорбция ионов меди и никеля иголками Larix Sibirica // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 19 C. 121–124.
  17. Jeon C., Solis K.L., An H-R., Hong Y., Igalavithana A.D., Ok Y.S. Sustainable removal of Hg(II) by sulfur-modified pine-needle biochar // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 388. 122048. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122048
  18. Xu Y., Su Q., Shen H., Xu G. Physicochemical and sorption characteristics of poplar seed fiber as a natural oil sorbent // Textile Research Journal. 2019. Vol. 89. Issue 19-20. P. 4186–4194. https://doi.org/10.1177/0040517519829001
  19. Adekola F.A., Hodonou D.S.S., Adegoke H.I. Thermodynamic and kinetic studies of biosorption of iron and manganese from aqueous medium using rice husk ash // Applied Water Science. 2016. Vol. 6. Issue 4. P. 319–330. https://doi.org/10.1007/s13201-014-0227-1
  20. Pena J., Villot A., Gerente C. Pyrolysis chars and physically activated carbons prepared from buckwheat husks for catalytic purification of syngas // Biomass and Bioenergy. 2020. Vol. 132. 105435. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2019.105435
  21. Politaeva N., Smyatskaya Y., Safonova E., Barsukova N. Influence of wheat husk modification on sorption properties of heavy metal ions // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 288 (1). 012023. https://doi.org/10.1088/1755-1315/288/1/012023
  22. Cheng L., Sun L., Xue W., Zeng Z., Li S. Adsorption equilibrium and kinetics of Pb(II) from aqueous solution by modified walnut shell // Environmental Progress and Sustainable Energy. 2016. Vol. 35. Issue 6. P. 1724–1731. https://doi.org/10.1002/ep.12424
  23. Sahibzada K.I., Saeed A., Kalim I., Iqbal M. Ion-exchange mechanism in biosorption of Pb2+ ions from contaminated water by banana stalk waste // Environmental Engineering and Management Journal. 2016. Vol. 15. Issue 12. P. 2741–2751.
  24. Kibami D. Kinetics and adsorption studies of lead (Ii) onto activated carbon using low cost adsorbents // Global NEST Journal. 2018. Vol. 20. Issue 2. P. 381–388. https://doi.org/10.30955/gnj.002532
  25. Yang F., Li W., Liu C., Wang M., Li Q., Sun Y. Impact of total carbon/sulfate on methane production and sulfate removal from co-digestion of sulfate-containing wastewater and corn stalk // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 243. P. 411–418. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.04.129
  26. Erdem M., Duran H., Şahin M., Ozdemir I. Kinetics, thermodynamics, and isotherms studies of Cd(II) adsorption onto grape stalk // Desalination and Water Treatment. 2015. Vol. 54. Issue 12. P. 3348–3357. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.907753
  27. Ali A., Saeed K., Mabood F. Removal of chromium (VI) from aqueous medium using chemically modified banana peels as efficient low-cost adsorbent // Alexandria Engineering Journal (AEJ). 2016. Vol. 55. Issue 3. P. 2933–2942. https://doi.org/10.1016/j.aej.2016.05.011
  28. Abedi M., Salmani M.H., Mozaffari S.A. Adsorption of Cd ions from aqueous solutions by iron modified pomegranate peel carbons: kinetic and thermodynamic studies // International Journal of Environmental Science and Technology. 2016. Vol. 13. Issue 8. P. 2045–2056. https://doi.org/10.1007/s13762-016-1002-7
  29. Yarusova S.B., Gordienko P.S., Panasenko A.E., Barinov N.N., Zemnukhova L.A. Sorption Properties of Sodium and Potassium Aluminosilicates from Alkaline Hydrolyzates of Rice Straw // Russian Journal of Physical Chemistry. 2019. Vol. 93. Issue 2. P. 333–337. https://doi.org/10.1134/S003602441902033X
  30. Chen J., Yang P., Song D., Yang S., Zhou L., Han L., Lai B. Biosorption of Cr(VI) by carbonized Eupatorium adenophorum and Buckwheat straw: thermodynamics and mechanism // Frontiers of Environmental Science and Engineering. 2014. Vol. 8. Issue 6. P. 960–966. https://doi.org/10.1007/s11783-013-0612-2
  31. Song D, Pan K, Tariq A, Li Z, Xiong Q. Adsorptive removal of toxic chromium from wastewater using wheat straw and Eupatorium adenophorum // PLoS ONE. 2016. Vol. 11. Issue 12. e0167037. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0167037
  32. Li Y., Tsend N., Li T., Liu H., Yang R., Gai X., et al. Microwave assisted hydrothermal preparation of rice straw hydrochars for adsorption of organics and heavy metals // Bioresource Technology. 2019. Vol. 273. P. 136–143. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.10.056
  33. Somin V.A., Komarova L.F., Kutalova A.V. Protection of water objects against pollution with the use of sunflower growing waste // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 408. P. 012038. https://doi.org/10.1088/1755-1315/408/1/012038
  34. Сомин В.А., Бетц С.А., Комарова Л.Ф. Использование отходов растениеводства при очистке воды от фенола // Вода: химия и экология. 2016. N 4 (94). С. 48–53.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».