Removal of lead, cadmium and copper ions from aqueous solutions by using ion exchange resin C 160
 
More details
Hide details
1
AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Krakow, Poland
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2016;32(4):129–139
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Industrial waste solutions may contain toxic Pb, Cu, Cd and other metal ions. These ions may also be components of leachates in landfills of ores. The toxicity of the ionic forms of these metals is high. For this reason the paper presents the results of studies on one of the methods to reduce their concentration in aqueous solutions. The article presents the results of studies on the removal of Pb2+, Cd2+ and Cu2+ ions from model aqueous solutions with synthetic ion exchange resin C 160 produced by Purolite. The investigated ion exchanger contains sulfonic acid groups (–SO3H) in its structure and is a strongly acidic cation-exchange resin. The range of the studied initial concentrations of the Pb2+, Cd2+ and Cu2+ ions in the solutions was from 6.25 mg/L to 109.39 mg/L. The results confirmed that the used ion exchange resin C160 efficiently removes the above-mentioned ions from the studied solutions. The highest degree of purification was achieved in lead solutions for the assumed range of concentrations and conditions of the ion exchange process. It reached 99.9%. In the case of other solutions, the ion exchange process occurs with lower efficiency, however it remains high and amounts to over 90% for all the ions. The results of research were interpreted on the basis of the Langmuir adsorption model. For each studied ion, sorption capacity of the ion exchange resin increases until the saturation and equilibrium state is reached. Based on the interpretation of the Langmuir equation coefficients, an indication can be made that the studied ion exchange resin has a major sorption capacity towards the copper ions. In their case, the highest value of constant qmax was obtained in the Langmuir isotherm. For Cu2+ ions it was 468.42 mg/g. For Pb2+ and Cd2+ ions, this parameter reached the values of 112.17 mg/g and 31.76 mg/g, respectively. Ion exchange resin C 160 shows the highest affinity for the Pb2+ ions. In this case, the achieved value of coefficient b is highest and equals 1.437 L/mg.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Usuwanie jonów ołowiu, kadmu i miedzi z roztworów wodnych za pomocą żywicy jonowymiennej C 160
jonit, wymiana jonowa, jony ołowiu, jony kadmu, jony miedzi
Roztwory odpadowe zawierające m.in. jony metali Pb, Cu, Cd i inne powstają w przemyśle elektrochemicznej obróbki metali, w przemyśle przeróbki rud metali nieżelaznych, a także mogą być składnikiem odcieków ze składowisk odpadów tych rud. Toksyczność jonowych form tych metali jest znaczna, stąd w pracy podano wyniki badań jednego ze sposobów obniżenia ich koncentracji w roztworach wodnych. W artykule podano wyniki badań dotyczących usuwania jonów Pb2+, Cd2+ i Cu2+ z modelowych roztworów wodnych za pomocą syntetycznej żywicy jonowymiennej C 160 firmy Purolite. Badany jonit zawiera w swojej strukturze grupy sulfonowe (–SO3H) i należy do silnie kwaśnych kationitów. Zakres badanych stężeń początkowych jonów Pb2+, Cd2+ i Cu2+ w roztworach wynosił od 6,25 mg/dm3 d o 109,38 m g/dm3. Otrzymane wyniki potwierdziły, że wykorzystana żywica jonowymienna C160 skutecznie usuwa wymienione jony z badanych roztworów. Dla przyjętego zakresu stężeń i warunków procesu wymiany jonowej, największy stopień oczyszczenia roztworów osiągnięto dla ołowiu. Wynosił on 99,9%. W przypadku pozostałych roztworów wymiana jonowa zachodzi z wydajnością niższą, ale wysoką i wynosi dla wszystkich jonów ponad 90%. Wyniki badań zinterpretowano opierając się na modelu adsorpcji Langmuira. Dla każdego badanego jonu pojemność sorpcyjna jonitu wzrasta, aż do osiągnięcia wysycenia i stanu równowagi. Z interpretacji współczynników równania Langmuira wynika, że badany jonit charakteryzuje się największymi zdolnościami sorpcyjnymi w stosunku do jonów miedzi. W ich przypadku otrzymano największą wartość stałej qmax izotermy Langmuira. Dla jonów Cu2+ wyniosła ona 468,42 mg/g. Dla jonów Pb2+ i Cd2+ parametr ten przyjął odpowiednio wartości 112,17 mg/g i 31,76 mg/g. Jonit C160 wykazuje największe powinowactwo w stosunku do jonów Pb2+. W tym przypadku otrzymana wartość współczynnika b jest największa i równa 1,437 dm3/mg.
 
REFERENCES (16)
1.
Abo-Farha et al. 2009 – Abo-Farha, S.A., Abdel-Aal, A.Y., Ashour, I.A. and Garamon, S.E. 2009. Removal of some heavy metal cations by synthetic resin purolite C100. Journal of Hazardous Materials 169, pp. 190–194.
 
2.
Bożęcka, A. 2013. Usuwanie jonów metali toksycznych z roztworów wodnych za pomocą odpadów organicznych. Doctoral Dissertation AGH (in Polish).
 
3.
Bożęcka et al. 2013 – Bożęcka, A., Bożęcki, P., Kasprzyk, P. and Sanak-Rydlewska, S. 2013. Usuwanie jonów ołowiu(II ) z modelowych roztworów wodnych metodą wymiany jonowej. Inżynieria i Aparatura Chemiczna 52/3, pp. 152–154 (in Polish).
 
4.
Bożęcka et al. 2014 – Bożęcka, A., Bożęcki, P., Kasprzyk, P. and Sanak-Rydlewska, S. 2014. Usuwanie jonów ołowiu z roztworów wodnych za pomocą sorbentów naturalnych i żywic jonowymiennych [W:] Klich, A., Kozieł, A. red. Innowacyjne i przyjazne dla środowiska techniki i technologie przeróbki surowców mineralnych: bezpieczeństwo – jakość – efektywność. Instytut Techniki Górniczej, pp. 353–368 (in Polish).
 
5.
Granops, M. and Kaleta, J. 2004. Technologia wody. Laboratorium. Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej (in Polish).
 
6.
Gurnule, W.B. and Dhote, S.S. 2012. Preparation, Characterization and Chelating Ion-exchange Properties of copolymer Resin Derived from 2,4-Dihydroxy Benzoic acid, Ethylene Diamine and Formaldehyde. Der Pharma Chemica 4, pp. 791–799.
 
7.
Kocaoba, S. and Akcin, G. 2005. Removal of chromium(III ) and cadmium(II ) from aqueous solutions. Desalination 180, pp. 151–156.
 
8.
Kocaoba, S. 2007. Comparison of Amberlite IR 120 and dolomite’s performances for removal of heavy metals. Journal of Hazardous Materials 147, pp. 488–496.
 
9.
Kołodyńska, D. 2009. Żywice chelatujące w procesie usuwania jonów metali ciężkich w obecności czynnika kompleksującego z wód i ścieków, Przemysł Chemiczny 88/2, pp. 182–189 (in Polish).
 
10.
Korngold et al. 1996 – Korngold, E., Belfer, S. and Urtizberea, C., 1996. Removal of heavy metals from tap water by a cation Exchange, Desalination 104, pp. 197–201.
 
11.
Lin, L.-Ch. and Juang, R.-S. 2007. Ion-exchange kinetics of Cu(II ) and Zn(II ) from aqueous solutions with two chelating resins. Chemical Engineering Journal 132, pp. 205–213.
 
12.
Rengaraj et al. 2001 – Rengaraj, S., Yeon, K.H. and Moon, S.H. 2001. Removal of chromium from water and wastewater by ion exchange resins. Journal of Hazardous Materials B87, pp. 273–287.
 
13.
Rudnicki et al. 2014 – Rudnicki, P., Hubicki, Z., Kołodyńska, D. 2014. Evaluation of heavy metal ions removal from acidic waste water streams. Chemical Engineering Journal 252, pp. 362–373.
 
14.
Sanak-Rydlewska, S. and Zięba, D. 2001. Badania nad zastosowaniem wymieniaczy jonowych do usuwania Cu i Pb z potrawiennych roztworów odpadowych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Recourses Management t. 17, pp. 229–239 (in Polish).
 
15.
Srinivasa et al. 2010 – Srinivasa Rao, K., Roy Chaudhury, G. and Mishra, B.K. 2010. Kinetics and equilibrium studies for the removal of cadmium ions from aqueous solutions using Duolite ES 467 resin. International Journal of Mineral Processing 97, pp. 68–73.
 
16.
Winnicki, T. 1978. Polimery czynne w inżynierii ochrony środowiska. Warszawa: Wyd. Arkady (in Polish).
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953