Removal of ammonium ions by selected natural and synthetic zeolites
,
 
 
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2010;26(4):133–148
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The main aim of this study was to analyze of the adsorption equlibrium of ammonia ions from artificial aqueous solutions by natural and synthetic zeolites. The tested material has constituted two natural and two synthetic zeolites. Rich in clinoptilolite natural zeolites come from Dylągówka deposit (Poland) and Sokyrnytsya deposit (Ukraine). Synthetic materials were represented by zeolites obtained during hydrothermal reaction of NaOH with fly ash e.i. sodalite and Na-X. For examined materials the mineralogical-chemical characteristic was carried out. Also the thermal activation at temperature 200oC during 24 h on tested materials was conducted in order to test an influence of temperature on sorption properties. For both type of materials (before and after thermal activation) the textural parameters, the cation exchange capacity (CEC) were determine and batch experiment were conducted. For sorption investigations the solutions of NH4Cl about different concentrations (form 50 to 500 mg/dm3) were used. The dominant component in mineralogical composition of natural zeolites was clinoptilolite. Synthetic zeolites were represented by sodalite with small amount of mullite. Rich in Na-X material apart form secondary amount of mullite contained quartz. Results have shown that the highest cation exchange capacity have Na-X (257 mval/100 g), the lowest value was obtained for zeolite from Dylągówka 35 mval/100 g. The obtained sorption data were fitted by Langmuir and Freundlich isotherms. The result has shown that the Langmuir model fits better with experimental data. The best sorbents of ammonia ions from aqueous solution turned out zeolite from Sokyrnytsya, the worst was Dylagówka zeolite. The thermal activation did not influence on tested materials sorption.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Usuwanie jonów amonowych na wybranych zeolitach naturalnych i syntetycznych
adsorpcja, klinoptylolit, sodalit, Na-X, jon amonowy
Celem pracy była analiza możliwości wykorzystania zeolitów naturalnych i syntetycznych do usuwania jonów amonowych z roztworów wodnych. Materiał badawczy stanowiły dwa zeolity naturalne i dwa syntetyczne. Materiały naturalne bogate były w klinoptilolit. Pochodziły ze złoża Dylągówka (Polska) i Sokyrnytsya (Ukraina). Syntetyczny materiał zeolitowy reprezentowany był przez zeolity otrzymane w wyniku reakcji hydrotermalnej NaOH z popiołem lotnym tj. sodalit i Na-X. Dla analizowanych materiałów dokonano charakterystyki mineralogiczno-chemicznej. W celu polepszenia właściwości sorpcyjnych przeprowadzono również aktywację termiczną w temperaturze 200oC przez 24 h. Dla materiałów wyjściowych i aktywowanych termicznie przeprowadzono badania teksturalne, oznaczono pojemność jonowymienną CEC oraz przeprowadzono badania sorpcji metodą statyczną. W tym celu wykorzystano laboratoryjnie przygotowane roztwory NH4Cl o różnym stężeniu (od 50 do 500 mg/dm3). Dominującym składnikiem w składzie mineralnym surowców naturalnych był klinoptilolit. Natomiast syntetyczne zeolity reprezentowane były przez sodalit z podrzędnym udziałem mullitu. Materiał zasobny w Na-X dodatkowo poza mulitem zawierał niewielkie ilości kwarcu. Badania wykazały, że najwyższą pojemnością jonowymienną CEC charakteryzuje się syntetyczny materiał Na-X (257 mval/100 g), natomiast najniższą wartość uzyskano dla zeolitu z Dylągówki 35 mval/100 g. Uzyskane wyniki sorpcji wykazały lepsze dopasowanie izoterm sorpcji Langmuira dla każdego z badanych materiałów. Najlepszym sorbentem względem jonów amonowych okazał się zeolit ze złoża Sokyrnytsa, najgorsze właściwości wykazał zeolit z Dylągówki. Aktywacja termiczna nie wpłynęła na poprawę właściwości sorpcyjnych badanych materiałów.
 
REFERENCES (24)
1.
Balci S., 2004 - Nature of ammonium ion adsorption by sepiolite: analysis of equilibrium data with several isotherms. Water Research 38, pp. 1129-1138.
 
2.
Burgess R.M., Pelletier M.C., Ho K.T., Serbst J.R., Ryba S.A., Kuhn A., Perron M.M., Raczelowski P., Cantwell M.G., 2003 - Removal of ammonia toxicity in marine sediment TIEs: a comparison of Ulva lactuca, zeolite and aeration methods. Marine Pollution Bulletin 46, pp. 607-618.
 
3.
Derkowski A., Franus W., Beran E., Czímerová A., 2006 - Properties and potential applications of zeolitic materials produced from fly ash using simple method of synthesis. Powder Technology 166/1, pp. 47-54.
 
4.
Derkowski A., Franus W.,Waniak-Nowicka H., Czímerová A., 2007 - Textural properties vs. CEC and EGME retention of Na-X zeolite prepared from fly ash at room temperature. International Journal of Mineral Processing 82, pp. 57-68.
 
5.
Du Q., Liu S., Cao Z., Wang Y., 2005 - Ammonia removal from aqueous solution using natural Chinese clinoptilolite, Separation and Purification Technology 44, pp. 229-234.
 
6.
Franus W., 2002 - Studium geologiczno-mineralogiczne skał ilastych formacji pstrych łupków jednostki skolskiej. Prace Mineralogiczne 92.
 
7.
Gefeniené A., Kaušpédiené D., Snukiškis J., 2006 - Performance of sulphonic cation exchangers in the recovery of ammonium from basic and slight acidic solutions. Journal of Hazardous Materials B135, pp. 180-187.
 
8.
Ho Y.S., McKay G., 1999 - The sorption of lead(II) ions on peat, Water Research 33, pp. 44-54.
 
9.
Ivanova E., Karsheve M., Kumanova B., 2010 - Adsorption of ammonium ions onto natural zeolite. Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy 45, 3, pp. 295-302.
 
10.
Jorgensen S.E., Libor O., 1976 - Ammonia removal by use of clinoptilolite. Water Research 10, pp. 213-119.
 
11.
Kaleta J., Papciak D., Puszkarewicz A., 2007 - Klinoptylolity i diatomity w aspekcie przydatności w uzdatnianiu wody i oczyszczaniu ścieków. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 23, z. 3, pp. 21-34.
 
12.
Karadag D., Koc Y., Turan M., Armagan B., 2006 - Removal of ammonium ions form aqueous solution using natural Turkish clinoptilolite. Journal Hazardous Matearials B 136, pp. 604-609.
 
13.
Lewis R.J., 1993 - Hawley's Condensed Chemical Dictionary. Van Nostrand Reinhold Company, New York.
 
14.
Mačala J., Pandová I., Panda A., 2009 - Clinoptilolite as a mineral usable for cleaning of exhaust gases. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 25, z. 4. pp. 21-32.
 
15.
Mercer B.W., Ames L.L., 1976 - Ammonia removal from wastewater. Natural zeolites-occurrense, properties use. Pergamon Press, pp. 458-462.
 
16.
Kirov G., Filizova L., Petrov O., 1995 - Natural zeolites - Sofia'95. Eds. Pensoft, Sofia.
 
17.
O'Neill P., 1985 - Environmental Chemistry. George Allen & Unwin, Boston, MA.
 
18.
Rožić M., Cerjan -Stefanović Š., Kurajica S., Vančina V. and Hodžić E., 2000 - Ammoniacal nitrogen removal from water by treatment with clays and zeolites. Water Research vol. 34, No. 14, pp. 3675-3681.
 
19.
Sprynskyy M., Lebedynets M., Terzyk A.P., Kowalczyk P., Namieśnik J., Buszewski B., 2005 - Ammonium sorption from aqueous solutions by the natural zeolite Transcarpathian clinoptilolite studied under dynamic conditions. Journal of Colloid and Interface Science 284, pp. 408-415.
 
20.
Treacy M.M.J., Higgins J.B., 2001 - Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites. Str. Comm. IZA (5th Revised Edition), Elsevier, London.
 
21.
Wang Y., Lin F., Pang W., 2008 - Ion exchange ammonium in natural and synthesized zeolites. Journal Hazardous Materials 160, pp. 371-375.
 
22.
Watanabe Y., Yamada H., Kokusen H., Tanaka Y., Moriyoshi Y., Komatsu Y., 2003 - Ion exchange behavior of natural zeolites in distilled water, hydrochloric acid, and ammonium chloride solution. Separation Science and Technology 38 (7), pp. 1519-1532.
 
23.
Wen D., Ho Y.-S., Tang X., 2006 - Comparative sorption kinetic studies of ammonium onto zeolite. Journal of Hazardous Materials B133, pp. 252-256.
 
24.
Zheng H., Han L., Ma H., Zheng Y., Zhang H., Liu D., Liang S., 2008 - Adsorption characteristics of ammonium ion by zeolite 13X. Journal Hazardous Materials 158, pp. 577-584.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953