Fractional Derivatives for Description of Sorption Kinetics in the Plant Sorbent - Metal Ions System

• Authors: Elwira Tomczak , Władysław Kamiński , Dominika Szczerkowska
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

It was examined if buckwheat hull has a potential to be used to adsorb heavy metal ions Zn(II), Cd(II), Co(II), Cu(II), Ni(II) from water. The research involved experiments aimed at the determination of sorption kinetics taking into consideration changes of concentration in a solution and sorbent over time. According to the literature data, kinetics is described with the use of pseudo first-order equations. Application of fractional derivatives for the description of sorption kinetics enables the development of the generalised sorption kinetics equation. Result analysis with this concept requires making a computational procedure using gamma functions and infinite series. Kinetics description using fractional derivatives will be equations with two parameters ie fraction of derivative α and the kinetics constant K dependent on the analysed sorbent-adsorbate system.

PL

W pracy wykorzystano łuskę gryki do procesu sorpcji jonów metali ciężkich Cu(II), Ni(II), Zn(II), Co(II) i Cd(II) z roztworów wodnych. Wyznaczone zostały maksymalne pojemności sorpcyjne oraz stałe kinetyczne i równowagowe. Obliczone wartości pozwoliły na zastosowanie równań różniczkowych ułamkowych do opisu kinetyki sorpcji oraz uzyskania uogólnionego równania kinetyki sorpcji. Opracowanie wyników według tej koncepcji wymaga napisania procedury obliczeniowej wykorzystującej funkcje gamma oraz szeregi nieskończone. Równania kinetyki z wykorzystaniem pochodnych ułamkowych są równaniami o dwóch parametrach. Są to ułamek pochodnej i stała kinetyczna zależne od analizowanego układu sorbent - adsorbat.

Keywords

EN

fractional derivatives; biosorbents; heavy metal ions; buckwheat hull

PL

ułamkowe równania różniczkowe; biosorbenty; metale ciężkie; łuska gryki

• Publisher: De Gruyter Open
• Journal: Ecological Chemistry and Engineering S
• Year: 2013
• Volume: 20
• Issue: 3
• Pages: 499-506

Dates

published

1 - 09 - 2013

online

08 - 10 - 2013

Contributors

author

Elwira Tomczak

• Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, Poland

author

Władysław Kamiński

• Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, Poland

author

Dominika Szczerkowska

• Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, Poland

References

• [1] Dhankhar R, Hooda A. Fungal biosorption - an alternative to meet the challenges of heavy metal pollution in aqueous solutions. Environ Technol. 2011;32:5-6. DOI:10.1080/09593330.2011.572922.[Crossref][WoS]
• [2] Hamdy AA. Biosorption of heavy metals by marine algae. Current Microbiology. 2000,41:232-238. DOI: 10.1007/s002840010126.[PubMed][Crossref]
• [3] Argun ME, Dursun S, Ozdemir C, Karatas M. Heavy metal adsorption by modified oak sawdust: Thermodynamics and kinetics. J Hazard Mater. 2006;141(1):77-85. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.06.095.[Crossref]
• [4] Baral SS, Dasa SN, Rath P. Hexavalent chromium removal from aqueous solution by adsorption on treated sawdust. Biochem Eng J. 2006,31:216-222. DOI: 10.1016/j.bej.2006.08.003.[Crossref]
• [5] Mohan S, Gandhimathi R, Sreelakshmi G. Isotherm studies for heavy metal adsorption on rice husk. Asian J Water, Environ Pollut. 2008;5:71-78.
• [6] Gundogan R, Acemioglu B, Alma MH. Copper(II) adsorption from aqueous solution by herbaceous peat. J Colloid & Inter Sci. 2004;269:303-309. DOI:10.1016/S0021-9797(03)00762-8.[Crossref]
• [7] Igwe JC, Abia AA. Equilibrium sorption isotherm studies of Cd(II), Pb(II) and Zn(II) ions detoxification from waste water using unmodified and EDTA-modified maize husk. Electron J Biotechnol. 2007;10(4). DOI: 10.2225/vol10-issue4-fulltext-15.[Crossref]
• [8] Nameni M, Alavi Moghadam MR, Arami M. Adsorption of hexavalent chromium from aqueous solutions by wheat bran. Int J Environ Sci Technol. 2008;5:161-168.[Crossref][WoS]
• [9] Sun G, Shi W. Sunflower stalks as adsorbents for the removal of metal ions from wastewater. Industr Eng Chem Res. 1998;37:1324-1328. DOI:10.1021/ie970468j.[Crossref]
• [10] Witek-Krowiak A, Szafran R, Modelski S. Atrakcyjne i tanie sorbenty do usuwania metali ciężkich z wód. Przem Chem. 2011;90(1):128-131.
• [11] Jurga R. Prawie wszystko o ziarnie gryki i jej przetworach. Przegląd Zbożowo-Młynarski. 2010:6-10.
• [12] Kowalewski W, Gałązka R, Gąsiorowska T. Technologia czyszczenia i przerobu gryki na kaszę. Przegląd Zbożowo-Młynarski. 2004:28-30.
• [13] Zawadzki K. Gryka jako alternatywa dla pszenicy. Przegląd Zbożowo-Młynarski. 2007:27.
• [14] Lagergren S. Zur theorie der sogenannten adsorption gelöster stoffe. Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens. Handlingar. 1898;24(4):1-39.
• [15] Ho YS, McKay G. Pseudo-second order model for sorption processes. Process Biochem. 1999;34:451-465.[Crossref]
• [16] Tomczak E, Kaminski W. Description of Azo dyes sorption kinetics using fractional derivatives. International Conference on Environment, Malaysia. 2012:530-536.
• [17] Delbosco D, Rodino L. Existence and uniqueness for a nonlinear fractional differential equation. Math Anal Appl. 1996;204(2):609-625.

Identifiers

DOI

10.2478/eces-2013-0037