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Removal of triclosan, tricloroethylene and perchloroethylene contaminants from aqueous solutions by adsorption with tire crumb rubber
López Morales, José L.
López Morales, José L.
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Abstract
There is a growing need for the development of low cost adsorbent materials to remove contaminants from environmental waters and avoid them reaching our natural resources, which include our drinking water supplies. Based on this need, we have placed, considerable effort in the evaluation of tire crumb rubber (TCR) as a low cost sorbent material for the removal of contaminants such as volatile organic compounds (VOCs), poly-aromatic hydrocarbons (PAHs), antibiotics of veterinary origin, heavy metals and antimicrobials. The use of TCR as sorbent material is important due to the immense environmental concerns associated with the disposal/recycling of waste tires. In this work, the effectiveness of TCR for the removal of the antimicrobial triclosan (TCS) and the organic compounds trichloroethylene (TCE) and perchloroethylene (PCE) from aqueous solutions was evaluated through controlled batch experiments. Carbon black (CB) and styrene-butadiene polymer (SBP), which are the main components in TCR, were evaluated as well to assess their contribution in the sorption process. In addition, TCR was entrapped with calcium-alginate beads and was evaluated for TCS removal. The adsorption isotherms were fitted with the Langmuir and Freundlich isotherm models. The Freundlich isotherm model better described the adsorption of TCS onto TCR, CB and SBP, while for TCE and PCE it was the Langmuir isotherm model who better described their sorption onto the above mentioned materials. In addition, desorption of TCS, TCE and PCE from TCR was evaluated as well. The maximum removal of TCS onto TCR, CB and SBP were 89, 95 and 92% respectively at pH 3, however did not changed significantly until above pH 7. Results indicate that removal of TCS with SBP proceeds via an absorption process. Maximum desorption of TCS from TCR was ~89% using methanol as extracting solution. Likewise, TCE removal with TCR was over 80% for all concentrations evaluated suggesting that is independent on concentration. In the experiments using CB and SBP, TCE removal decreased as concentration increased, implying that TCE sorption onto CB and SBP is favored at lower concentrations. Similarly, PCE removal with TCR was approximately 95% for all concentrations evaluated suggesting that removal does not depend on concentration. In the experiments using CB and SBP, PCE removal increased as concentration increased, implying that PCE sorption onto CB and SBP is favored at higher concentrations. Moreover, a series of sorption/desorption experiments were performed for 5 cycles to evaluate the potential reuse of TCR to remove the selected contaminants from aqueous media. Approximately, 94% of the 86% of TCS previously adsorbed by TCR was desorbed. Similarly, for TCE 93% of the 83% adsorbed by TCR was desorbed; while for PCE 86% of the 94% adsorbed was successfully desorbed. These results demonstrate the feasibility of TCR as a low-cost, green alternative to remove these contaminants from water systems.
Hay una creciente necesidad para el desarrollo de materiales adsorbentes de bajo costo para eliminar los contaminantes de las aguas ambientales y evitar que estos alcancen nuestros recursos naturales, que incluyen las reservas de agua potable. En base a esta necesidad, realizamos un esfuerzo considerable para la evaluación de neumáticos de goma triturado (TCR) como material adsorbente para la eliminación de contaminantes como son los compuestos orgánicos volátiles (VOC), hidrocarburos poli-aromáticos (PAH), antibióticos de origen veterinario, metales pesados y agentes antimicrobianos. Esta aplicación de la utilización de TCR como material adsorbente es importante debido a los inmensos problemas ambientales asociados a la eliminación / reciclaje de neumáticos de desecho. En este trabajo, la eficacia de TCR para la eliminación de triclosán (TCS), tricloroetileno (TCE) y percloroetileno (PCE) a partir de soluciones acuosas se evaluó a través de experimentos de lotes controlados. El “carbón negro” (CB) y el polímero de estireno-butadieno (SBP), principales componentes en TCR se evaluaron también para cuantificar su contribución en el proceso de adsorción. En adición, TCR fue inmovilizado con alginato de calcio y se evaluó su efectividad para remover TCS. Las isotermas de adsorción se ajustaron mediante los modelos de Langmuir y Freundlich. El modelo de isoterma de Freundlich describe mejor la adsorción de TCS en TCR, CB y SBP, mientras que para TCE y PCE, el modelo de isoterma de Langmuir es quien describe mejor su absorción en los materiales anteriormente mencionados. Además, se evaluó la desorción de TCS, TCE y PCE de TCR. La máxima remoción de TCS en TCR, CB y SBP fueron 89, 95 y 92%, respectivamente, a pH 3, sin embargo se observó muy poca variación hasta por encima del pH 7. Los resultados indican que la remoción de TCS con SBP es a través de un proceso de absorción. La desorción máximo de TCS de TCR fue de ~ 89%, utilizando metanol como solución de extracción. Del mismo modo, la remoción de TCE con TCR era más del 80% en todas las concentraciones evaluadas lo que sugiere que la remoción no depende de la concentración. En los experimentos utilizando CB y SBP, la remoción de TCE disminuyó a medida que la concentración aumentaba, lo que implica que la adsorción de TCE en CB y SBP se ve favorecida a concentraciones más bajas. Similarmente, la remoción de PCE con TCR fue de aproximadamente 95% en todas las concentraciones evaluadas lo que sugiere que la eliminación no depende de la concentración. En los experimentos con CB y SBP, la remoción de PCE aumentó a medida que la concentración aumentaba, lo que implica que la adsorción de PCE en CB y SBP se favorece a concentraciones más altas. Por otra parte, se realizaron una serie de experimentos de adsorción/desorción por 5 ciclos para evaluar el potencial de TCR para ser reutilizado para eliminar los contaminantes anteriormente mencionados de medios acuosos. Aproximadamente, se desorbió el 94% del 86% de TCS previamente adsorbido por TCR. Del mismo modo, para TCE se desorbió el 93% del 83% adsorbido por TCR; mientras que para PCE, el 86% del 94% previamente adsorbido por TCR fue desorbido con éxito. Estos resultados demuestran la viabilidad de TCR como un adsorbente de bajo costo, y como “alternativa verde” para eliminar estos contaminantes de los sistemas de agua.
Hay una creciente necesidad para el desarrollo de materiales adsorbentes de bajo costo para eliminar los contaminantes de las aguas ambientales y evitar que estos alcancen nuestros recursos naturales, que incluyen las reservas de agua potable. En base a esta necesidad, realizamos un esfuerzo considerable para la evaluación de neumáticos de goma triturado (TCR) como material adsorbente para la eliminación de contaminantes como son los compuestos orgánicos volátiles (VOC), hidrocarburos poli-aromáticos (PAH), antibióticos de origen veterinario, metales pesados y agentes antimicrobianos. Esta aplicación de la utilización de TCR como material adsorbente es importante debido a los inmensos problemas ambientales asociados a la eliminación / reciclaje de neumáticos de desecho. En este trabajo, la eficacia de TCR para la eliminación de triclosán (TCS), tricloroetileno (TCE) y percloroetileno (PCE) a partir de soluciones acuosas se evaluó a través de experimentos de lotes controlados. El “carbón negro” (CB) y el polímero de estireno-butadieno (SBP), principales componentes en TCR se evaluaron también para cuantificar su contribución en el proceso de adsorción. En adición, TCR fue inmovilizado con alginato de calcio y se evaluó su efectividad para remover TCS. Las isotermas de adsorción se ajustaron mediante los modelos de Langmuir y Freundlich. El modelo de isoterma de Freundlich describe mejor la adsorción de TCS en TCR, CB y SBP, mientras que para TCE y PCE, el modelo de isoterma de Langmuir es quien describe mejor su absorción en los materiales anteriormente mencionados. Además, se evaluó la desorción de TCS, TCE y PCE de TCR. La máxima remoción de TCS en TCR, CB y SBP fueron 89, 95 y 92%, respectivamente, a pH 3, sin embargo se observó muy poca variación hasta por encima del pH 7. Los resultados indican que la remoción de TCS con SBP es a través de un proceso de absorción. La desorción máximo de TCS de TCR fue de ~ 89%, utilizando metanol como solución de extracción. Del mismo modo, la remoción de TCE con TCR era más del 80% en todas las concentraciones evaluadas lo que sugiere que la remoción no depende de la concentración. En los experimentos utilizando CB y SBP, la remoción de TCE disminuyó a medida que la concentración aumentaba, lo que implica que la adsorción de TCE en CB y SBP se ve favorecida a concentraciones más bajas. Similarmente, la remoción de PCE con TCR fue de aproximadamente 95% en todas las concentraciones evaluadas lo que sugiere que la eliminación no depende de la concentración. En los experimentos con CB y SBP, la remoción de PCE aumentó a medida que la concentración aumentaba, lo que implica que la adsorción de PCE en CB y SBP se favorece a concentraciones más altas. Por otra parte, se realizaron una serie de experimentos de adsorción/desorción por 5 ciclos para evaluar el potencial de TCR para ser reutilizado para eliminar los contaminantes anteriormente mencionados de medios acuosos. Aproximadamente, se desorbió el 94% del 86% de TCS previamente adsorbido por TCR. Del mismo modo, para TCE se desorbió el 93% del 83% adsorbido por TCR; mientras que para PCE, el 86% del 94% previamente adsorbido por TCR fue desorbido con éxito. Estos resultados demuestran la viabilidad de TCR como un adsorbente de bajo costo, y como “alternativa verde” para eliminar estos contaminantes de los sistemas de agua.
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Date
2014