褐藻類Fucus vesiculosusへのCd(II), Ni(II), Pb(II)の同時吸着。単成分及び多成分の等温線、動力学及び熱力学

Simultaneous biosorption of Cd(II), Ni(II) and Pb(II) onto a brown macroalgae Fucus vesiculosus: Mono- and multi-component isotherms, kinetics and thermodynamics.

• Moreira V R
• Lebron Y A R
• L C Lange
• Santos L V S

抄録

人類の活動により、いくつかの重金属イオンが環境に導入され、生態系や地域活動に影響を与えている。このような状況下で、藻類を用いたバイオ吸着プロセスは、バイオ吸着剤から得られる利点とプロセス効率の高さから、これらの化合物を浄化するための代替的な形態を示している。そこで、本研究では、カドミウム(Cd(II)),ニッケル(Ni(II),鉛(Pb(II))の単成分系及び多成分系の水性媒体からの除去を評価した。本研究では、バイオ吸着剤の形態及び組成の特徴を調べ、平衡,速度論及び熱力学を含むパラメータを調べた。最後に、鉱山ダムの決壊による影響を受けた実際の地表水サンプルの浄化を検討した。フロイントリッヒを除いて、すべての等温線モデルは単成分系の実験データに十分に適合していた。最大吸着容量(q)はCd(II), Ni(II), Pb(II)についてそれぞれ143.2±7.5, 70.1±1.9, 516.3±12.5mggであった。二元系を考慮した場合、アンタゴニズム効果が観察された。Cd(II)はNi(II)の存在によって大きく影響を受けたが、Pb(II)は一般に他の金属の存在によって影響を受けにくくなった。二元系で観察されたように、三元系ではCd(II)の吸収に最も悪い影響が観察され、Ni(II)とPb(II)の存在の影響を大きく受けた。全体的に、単成分系及び多成分系では、Pb(II)≫Cd(II)>Ni(II)の順であることがわかった。金属イオンへの親和性は、Elovichの脱離定数からも観察され、a≪aaは49分で平衡を達成した。バイオ吸着プロセスに関与する段階の中で、膜拡散が制御段階として最大の貢献を示し、すべてのケースでより低い拡散係数を得た。評価したすべての温度範囲において、プロセスは自然発生的であり、評価したすべての金属イオンについて発熱性があると考えられた。実際の地表水サンプル中の鉄、マンガン、ニッケルの濃度は、ブラジル国家環境審議会(CONAMA)の許容値よりも高かった。ハザード指数の値をバイオ吸着処理前後で比較すると、処理後の周辺住民には発がん性リスクはなく、8倍以上の低減（HI：3.36, HI：0.40）が認められた。

Due to the anthropic activities, several heavy metal ions are introduced into the environment, impacting ecosystems and local activities. In this context, the biosorption process using algae represents an alternative form for these compounds remediation due to the advantages derived from the biosorbent and process efficiency. Thus, the present study evaluated Cadmium (Cd(II)), Nickel (Ni(II)) and Lead (Pb(II)) remediation from aqueous media in mono- and multi-component systems. The biosorbent was characterized in terms of its morphology and composition and parameters involving equilibrium, kinetics, and thermodynamics were investigated. Lastly, the sample was considered in a real surface water sample remediation impacted by a mining dam rupture. Except for Freundlich, all isotherm models tested satisfactorily adjusted to the experimental data for a mono-component system. The maximum biosorption capacities (q) were 143.2 ± 7.5, 70.1 ± 1.9, 516.3 ± 12.5 mg g for Cd(II), Ni(II) and Pb(II) ions, respectively. When binary systems were considered, an antagonism effect was observed. The biosorption of Cd(II) was drastically affected by the presence of Ni(II), while Pb(II) biosorption in general was less affected by other metals presence. As observed for the binary system, the worst effect in the ternary system was observed for Cd(II) biosorption, being significantly affected by Ni(II) and Pb(II) presence. Overall, the biosorption order in mono- and multi-component systems was found to be Pb(II) ≫ Cd(II) > Ni(II). The affinity for the metals ions was also observed by Elovich's desorption constant, in which a≪aa, achieving an equilibrium passed 49 min. From the stages involved in biosorption process, film diffusion presented the greatest contribution as control-stage obtaining a lower diffusion coefficient in all cases. The process was spontaneous in all temperature range evaluated, considered exothermic for all metal ions evaluated. Iron, manganese and nickel concentrations in real surface water samples were higher than the allowed by the Brazilian National Environment Council (CONAMA). Comparing the hazard index values before and after the biosorption process, a reduction superior to 8 × was observed (HI: 3.36, HI: 0.40), in which there was no non-carcinogenic risk imposed to the surrounding population after the treatment applied.

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