pre-concentration and equilibrium isotherm studies of rhodium(iii) in environmental water samples

8
www.seipub.org/ijepr International Journal of Engineering Practical Research (IJEPR) Volume 2 Issue 4, November 2013 148 Preconcentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples Sid Kalal Hossein 1* , Mashhadizadeh Mohammad Hossein 2 , Almasian Mohammad Reza 1 , Hoveidi Hassan 3 , Taghiof Mohammad 1 , Noroozi Maryam 4 1 NFCRS, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box 113653486, Tehran, Iran 2 Department of Chemistry, Tarbiat Moallem University of Tehran, Tehran, Iran 3 Graduate Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran 4 Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Payame Noor University (PNU), Ardakan, Iran *[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] Abstract A new chelating resin was prepared by coupling Amberlite XAD2 with 1,3Phenylene diamine through an azo spacer and characterized by infra red(IR) spectroscopy. It was examined for preconcentration of Rh(III) using Flame Atomic Absorption Spectrometry(FAAS)for Rhodium monitoring. The optimum pH value and the sorption capacity have been found 8 and 6.9 mg/g, respectively. Kinetic adsorption data were studied using four most popular isotherm models, namely, Langmuir, Freundlich, Temkin and Redlichpeterson. The obtained results showed that Langmuir type2 is the best fit in linear equations ( R 2 = 0.9907) and the Freundlich in the nonlinear equations (R 2 = 0.9978) . In addition, correlation coefficient was determined for each isotherm analysis. Error functions used to determine the alternative single component provide the best parameters for the isotherm equation in this system. Also the method was applied to Rhodium ions determination in environmental samples with satisfactory results. Keywords Isotherm modelling; Error analysis; Rhodium; Amberlite XAD2; 1,3Phenylenediamine Introduction Rhodium is present at about 0.001 ppm in the earth’s crust. Rhodium metal known for its stability in corrosive environments, physical beauty and unique chemical properties commands a premium price because of its low abundance in nature. Rhodium, now widely used in combination with platinum, is commonly used for alloying platinum in thermocouples, crucibles, evaporating dishes, weighing boats windings for hightemperature furnaces, and applications were found as a coating material because of the hardness and luster of its surface. Because of its commercial importance, a wide variety of reagents have been proposed for preconcentration of Rh before its spectrophotometric determination. The interest in ligand immobilized solid phase like silica gel(Marshall &Mottola), organic polymer or copolymers, cellulose(Gurnani etal.) and polyurethane foam(Dmitrienko etal.) continues because of their several application areas, such as solid phase extraction of metal ions(Gal&Mshra) and heterogenization of homogeneous catalysts(Price et al.). The solid phase extraction of trace metal ions in a variety of samples with complex matrices, like environmental and biological samples, makes it possible to use analytical techniques, such as flame atomic absorption spectrometry (FAAS) and inductively coupled plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICPAES). Solid phase extraction is preferable over ion exchange and solvent extraction due to its several advantages like adjustable selectivity by controlling of the pH, reusability, high preconcentration factors, durability, versatility and metal loading capacity(Camel). Adsorption of metal ions is widely used in the removal of contaminants from wastewaters. The design and efficient operation of adsorption processes require equilibrium adsorption data. The equilibrium isotherm plays an important role in predictive modeling for analysis and design of adsorption systems. Amberlite XAD resins have been modified with several chelating materials due to their good physical and chemical properties, such as porosity, high surface area, durability and purity. For instance, they were covalently coupled with a polymer backbone through

Upload: shirley-wang

Post on 02-Apr-2016

217 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

http://www.seipub.org/ijepr/paperInfo.aspx?ID=3090 A new chelating resin was prepared by coupling Amberlite XAD-2 with 1,3-Phenylene diamine through an azo spacer and characterized by infra red(IR) spectroscopy. It was examined for preconcentration of Rh(III) using Flame Atomic Absorption Spectrometry(FAAS)for Rhodium monitoring. The optimum pH value and the sorption capacity have been found 8 and 6.9 mg/g, respectively. Kinetic adsorption data were studied using four most popular isotherm models, namely, Langmuir, Freundlich, Temkin and Redlich-peterson. The obtained results showed that Langmuir type-2 is the best fit in linear equations ( R2= 0.9907) and the Freundlich in the nonlinear equations (R2= 0.9978) . In addition, correlation co-efficient was determined for each isotherm analysis. Error functions used to determine the alternative single component provide the best parameters for the isotherm equation in this system. Also the method was applied to Rhodium ions determina

TRANSCRIPT

Page 1: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

www.seipub.org/ijepr               International Journal of Engineering Practical Research (IJEPR) Volume 2 Issue 4, November 2013 

148

Pre‐concentration and Equilibrium Isotherm 

Studies of Rhodium(III) in Environmental 

Water Samples  Sid Kalal Hossein1*, Mashhadizadeh Mohammad Hossein2, Almasian Mohammad Reza1, Hoveidi 

Hassan3, Taghiof Mohammad1, Noroozi Maryam4 

1NFCRS, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box 11365‐3486, Tehran, Iran 2Department of Chemistry, Tarbiat Moallem University of Tehran, Tehran, Iran 3Graduate Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran 4Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Payame Noor University (PNU), Ardakan, Iran  

*[email protected][email protected][email protected];  [email protected];  

[email protected][email protected] 

 

Abstract 

A new chelating resin was prepared by coupling Amberlite 

XAD‐2 with  1,3‐Phenylene diamine  through  an  azo  spacer 

and  characterized  by  infra  red(IR)  spectroscopy.  It  was 

examined  for  preconcentration  of  Rh(III)  using  Flame 

Atomic  Absorption  Spectrometry(FAAS)for  Rhodium 

monitoring.  The  optimum  pH  value  and  the  sorption 

capacity  have  been  found  8  and  6.9  mg/g,  respectively. 

Kinetic  adsorption  data  were  studied  using  four  most 

popular  isotherm  models,  namely,  Langmuir,  Freundlich, 

Temkin and Redlich‐peterson. The obtained results showed 

that Langmuir type‐2  is the best fit in  linear equations ( R2= 

0.9907)  and  the  Freundlich  in  the  nonlinear  equations  (R2= 

0.9978) . In addition, correlation co‐efficient was determined 

for each isotherm analysis. Error functions used to determine 

the  alternative  single  component  provide  the  best 

parameters for the isotherm equation in this system. Also the 

method  was  applied  to  Rhodium  ions  determination  in 

environmental samples with satisfactory results. 

Keywords 

Isotherm modelling; Error analysis; Rhodium; Amberlite XAD‐2; 

1,3‐Phenylenediamine 

Introduction

Rhodium  is present at about 0.001 ppm  in  the earth’s 

crust.  Rhodium  metal  known  for  its  stability  in 

corrosive  environments,  physical  beauty  and  unique 

chemical  properties  commands  a  premium  price 

because of its low abundance in nature. Rhodium, now 

widely used in combination with platinum, is commonly 

used for alloying platinum in thermocouples, crucibles, 

evaporating dishes, weighing boats windings for high‐

temperature furnaces, and applications were found as 

a coating material because of  the hardness and  luster 

of its surface. Because of its commercial importance, a 

wide  variety  of  reagents  have  been  proposed  for 

preconcentration  of Rh  before  its  spectrophotometric 

determination. 

The  interest  in  ligand  immobilized  solid  phase  like 

silica  gel(Marshall  &Mottola),  organic  polymer  or 

copolymers, cellulose(Gurnani etal.) and polyurethane 

foam(Dmitrienko etal.) continues because of their several 

application  areas,  such  as  solid  phase  extraction  of 

metal  ions(Gal&Mshra)  and  heterogenization  of 

homogeneous  catalysts(Price  et  al.).  The  solid  phase 

extraction of  trace metal  ions  in  a variety of  samples 

with  complex  matrices,  like  environmental  and 

biological samples, makes  it possible to use analytical 

techniques,  such  as  flame  atomic  absorption 

spectrometry (FAAS) and inductively coupled plasma 

Atomic Emission Spectroscopy (ICP‐AES). Solid phase 

extraction is preferable over ion exchange and solvent 

extraction due to its several advantages like adjustable 

selectivity  by  controlling  of  the pH,  reusability,  high 

preconcentration  factors,  durability,  versatility  and 

metal  loading  capacity(Camel).  Adsorption  of  metal 

ions  is widely  used  in  the  removal  of  contaminants 

from wastewaters. The design and efficient operation 

of  adsorption  processes  require  equilibrium 

adsorption  data.  The  equilibrium  isotherm  plays  an 

important role in predictive modeling for analysis and 

design of adsorption systems. 

Amberlite  XAD  resins  have  been  modified  with 

several chelating materials due  to  their good physical 

and chemical properties, such as porosity, high surface 

area,  durability  and  purity.  For  instance,  they  were 

covalently coupled with a polymer backbone through 

Page 2: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

International Journal of Engineering Practical Research (IJEPR) Volume 2 Issue 4, November 2013               www.seipub.org/ijepr

    149

an  azo  (‐N=N‐)  (Tewari&Singh).  There  are  many 

reports  of  functionalized Amberlite  XAD  2,  4  and  7 

resins in this respect (Saxena&Singh).  

In  this  paper, Amberlite XAD‐2−1,3‐Phenylenediamine 

(which will  be  referred  to  in  this  article  simply  as  F‐

XAD‐2) was prepared by chemically bonding to be used 

as an adsorbent for metal ions. 1,3‐Phenylenediamine is 

able to form chelates with metallic ions on the surface 

of  the  resin.  Adsorption  of  Rh  (III)  from  aqueous 

solution  and  isotherm  study  using  new  synthesised 

resin were  investigated under optimum experimental 

conditions  and  equilibrium  adsorption  data  were 

analysed by four isotherm models. 

Reagents and Materials

All chemicals were of analytical grade purchased from 

Merck (Darmstadt, Germany). Amberlite XAD‐2 resin 

(surface area 330 m2/g, pore diameter 9 nm and bead 

size 20‐60 mesh) was obtained from Flucka (Germany).  

All of the solutions were prepared in deionized water. 

The stock solution (500 mg/L) of Rh (III) was prepared 

by dissolving appropriate amounts of RhCl3.3H2O,  in 

deionized water. 0.1 mol/L acetate buffer (pH= 3 – 6.5) 

and  0.01  mol/L  phosphate  buffer  (pH=  6.5‐9)  were 

used  to  adjust  the  pH  of  the  solutions,  wherever 

suitable. 

Experimental

Apparatus and Instruments 

Flame Atomic Absorption Spectrophotometer  (FAAS) 

Varian, model 20 (Salt lake city, Australia) was used to 

measure  the  concentration  of  Rh  (III)  ions.  The  pH 

measurements were made with a Metrohm model 744 

pH  meter  (Zofingen,  Switzerland).  Infrared  spectra 

were  recorded  on  a  Jasco  Fourier  transform  infrared 

spectrometer (FT‐IR‐4100, Jasco Inc., Easton, Maryland) 

by  the  potassium  bromide  pellet method.  Elemental 

analysis was carried out on a Thermo‐Finnigan (Milan, 

Italy) model Flash EA elemental analyzer. 

Synthesis Procedure of F‐XAD‐2 

5  g Amberlite XAD‐2  beads  acidified with  10 mL  of 

concentrated HNO3 and 25 mL of concentrated H2SO4 

were  stirred at 60ºC  for 1 h on  an oil bath. Then  the 

reaction mixture was poured into an ice water mixture. 

The  nitrated  Amberlite  resin  was  filtered,  washed 

repeatedly with distillated water until  free  from acid 

and  then  treated with  a  reducing mixture  of  40  g  of 

SnCl2,  45  mL  of  concentrated  HCl  and  50  mL  of 

ethanol.  The mixture was  refluxed  for  12  h  at  90ºC. 

The  solid  precipitate  was  filtered  and  washed  with 

water and 2 mol/L NaOH which released amino resin 

(R‐NH2)  from  (RNH3)2  SnCl6  (R=  resin matrix).  The 

amino resin was first washed with 2 M HCl and finally 

with  distilled water  to  remove  the  excess  of HCl.  It 

was suspended  in an  ice‐water mixture  (350 mL) and 

treated with 1 M HCl and 1 M NaNO2 (added in small 

aliquots of 1 mL) until the reaction mixture showed a 

permanent dark  blue  color with  starch‐iodide  paper. 

The  diazotized  resin  was  filtered,  washed  with  ice‐

cold  water  and  reacted  with  0.03  mol  of  1,3‐

Phenylenediamine in 30 mL of 1 M HCl. The reaction 

mixture  stirred  at  ‐5ºC  for  24  h.  Then  the  resulting 

colored  beads were  filtered, washed with water  and 

dried in air at room temperature. 

Batch Adsorption Experiments 

For  the  batch  adsorption  experiments,  a  sample 

solution (50 mL) containing (0.3 μg/ml) of Rh (III) was 

taken  in  a  glass  stoppered  bottle,  and  the  pH  was 

adjusted  to optimum value. The 0.05 g of XAD2–1, 3‐

Phenylenediamine was weighed out and added to the 

bottle.  The mixture was  facilitated  by  agitation  on  a 

shaker  for  optimum  time,  the  resin was  filtered  and 

adsorbed metal  ions were eluted with 1.5 M HCl  (10 

mL). The concentration of the metal ions in the eluant 

was determined by FAAS. 

Isotherm Studies

Adsorption Isotherm Experiments 

Isotherm  studies were  carried  out  by  adding  a  fixed 

amount  of  adsorbent  (0.05  g)  to  a  series  of  beakers 

filled with 50 ml solutions of Rh  (III)  (10‐100 μg/mL). 

The  beakers were  sealed  and placed  in  a water  bath 

shaker  set  at  200  rpm  at  20°C  and  optimum  pH  (8). 

After  5  hours,  the  beakers  were  removed  from  the 

shaker, and  the  final concentrations of Rhodium  ions 

in the solutions were measured by FAAS. The amount 

of Rh(III)  at  equilibrium  qe  (mg/g)  on  F‐XAD‐2 was 

calculated from the following equation: 

qe=v(C0‐Ce)/m             (1) 

Where C0  and Ce  (mg/L)  are  initial  and  equilibrium 

concentrations  of  Rh(III),  respectively.  V  (L)  is  the 

volume  of  the  solution  and m  (g)  is  the mass  of  the 

adsorbent used. 

Results and Discusion

Methodology and Characterization of Resin 

The IR spectrum of F‐XAD‐2 is compared with that of 

Page 3: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

ww

150

Am

162

mo

vib

F

Pa

ww.seipub.org

0

mberlite XAD

26, 1278 and

odification o

bration, respe

FIG. 1 FT‐ IR 

+AMBER

FIG. 2 EFFECT O

arameters Opt

of Rhodium

1)  Effect of 

One of the m

absorption 

because  the

maximal  ef

established 

influence  o

using the b

solutions  c

placed  in 

stoppered b

range of 3‐9

buffer  solut

to each solu

The percent

determining

elute  obtain

resin  with 

g/ijepr              

D‐2. There ar

d 3415 cm−1 w

of N=N, C–N

ectively(Fig. 

SPECTRUM OF

RLITE XAD‐2 A

OF PH SORPTI

timized for Sep

f initial pH o

most import

of metal  ion

e  formation 

fficiency  for 

by  optim

f  the  pH  on

batch equilibr

containing  0

different, 

bottle. Their 

9 with 0.01 M

tions. The 0.

ution and the

tage of meta

g  the metal 

ned  by  deso

1.5  M  hyd

 International

re three add

which appea

N  (bending) 

1). 

F 1,3‐PHENYLE

AND AMBERLIT

ON OF RH (III)

paration and P

on metal sorp

tant paramet

ns  is  the pH 

of metal  io

a  given  sep

mization  of 

n  adsorption

ration techni

0.3  μg/mLof

250  mL 

pH values w

M acetate an

.1 g of F‐XA

e mixture wa

al sorption w

content  in  r

orbing  the m

drochloric  ac

l Journal of En

ditional band

ar to result fr

and O–H, N

ENEDIAMINE 

TE XAD‐2 

) ONTO F‐XAD

Preconcentrat

ption 

ers affecting

of  the solut

on  complex 

paration  can

the  pH. 

n was  exami

ique. 100 mL

f  Rh  (III)  w

capacity,  g

were adjusted

nd/or phosph

AD‐2 was ad

as shaken for

was evaluated

raffinate  and

metal  ions  fr

cid  (10  mL)

ngineering Pra

ds at 

rom 

NH2 

D‐2 

tion 

g the 

tion, 

and 

n  be 

The 

ined 

L of 

were 

glass 

d in 

hate 

ded 

r 5 h. 

d by 

d  in 

rom 

  by 

Ion

F

actical Researc

FAAS.  The 

found  to  be

was 100% at

2)  Adsorpti

Adsorption 

sorbent  requ

analytes in a

the adsorben

ion  by  usin

(0.05  g)  wa

containing 5

at the optim

solid resin w

Concentratio

determined 

adsorbed  o

difference in

after  sorpt

increasing in

solution  (6.

mg/L). 

3)  Optimiza

ns 

The  kinetics

method  for 

with  50 mL

Rh(III) with

90, 180, 300 

solution wa

and analyze

The concent

determined 

batch  meth

contact time

Less  than  1

21.34% adso

on  this adso

chelating sit

FIG. 3 KINETIC

ch (IJEPR) Vol

optimum  p

e  8  (Fig.  2) 

t this pH. 

ion Capacity

capacity det

uired  for qu

a given solut

nt resin was 

ng  batch  me

as  equilibra

5‐40 μg/mL o

mum pH con

was filtered a

on  of  meta

by  FAAS. 

on  resin  w

n the metal io

tion.  The 

nitial concen

9  mg/g  at 

ation  of Ads

s  of  adsorpt

F‐XAD‐2, an

L  of  solution

h different eq

min) under 

s withdrawn

ed (using rec

tration of Rh

with  (FA

hod.  The  ad

e for all the m

0 min  shaki

orption. The 

orbent  reflec

tes in the F‐X

CS OF RHODIUM

lume 2 Issue 4

H  for  sorpti

as  the maxi

termines the

uantitative de

tion. Adsorp

determined 

ethod.  The 

ated  with  5

of Rh (III) by

nditions and 

and the filtra

al  ions  in  th

The  amount

was  calcula

on concentra

capacity  g

ntration of th

initial  conce

sorption  Tim

tion was  stu

nd 0.05 g re

n  containing

quilibration ti

optimum co

n at predeterm

commended 

hodium ions 

AS)  using 

dsorption  as 

metal ions is 

ing was  requ

profile of Rh

cts good acce

XAD‐2. 

M SORPTION O

4, November 2

ion Rh(III) w

imum  recov

e amount of 

etermination

ption capacity

for each Rh(

chelating  re

0  mL  solut

y shaking for 

20ºC. Then, 

ate was dilut

he  filtrate  w

t  of metal  i

ated  from 

ation before a

goes  up  w

he Rh(III) in 

entration  of 

me  of Rhodi

udied  by  ba

sin was shak

g  0.3  μg/mL

imes (10, 30, 

onditions. 5

mined interv

batch metho

in solution w

recommend

a  function

shown in Fig

uired  for  ab

hodium upt

essibility of 

ONTO F‐XAD‐2

2013 

was 

very 

the 

n of 

y of 

(III) 

esin 

tion 

5 h 

the 

ted. 

was 

ons 

the 

and 

with 

the 

20 

ium 

atch 

ken 

L  of 

 45, 

mL 

vals 

od). 

was 

ded 

n  of 

g. 3. 

bout 

ake 

the 

2. 

Page 4: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

Int

 

Ad

ternational Jou

4)  Desorpti

For strippin

modified  A

applied in d

than  10 mi

24.33% deso

FIG. 4 DESORP

dsorption Iso

1)  Langmui

The Langm

Redlich‐Pet

(Ho  et  al.) 

linear  (Tabl

presented  i

of a metal  i

and have b

model the u

et al., Mor e

can be evalu

of the linear

from Errors

For  optimiz

for fitting o

equilibrium

M

Lan

Lan

Lan

Lan

Freu

Te

Redlic

urnal of Engin

ion Time of R

ng off the bo

Amberlite  XA

different time

inutes  shakin

orption. 

PTION, AS A FU

otherm Mode

ir Isotherm M

muir(Langmu

terson(Redlic

are  the  fou

le  1),  and  th

n Table 2  th

ion between

een extensiv

uptake of var

et al.). The co

uated from t

r and non lin

s as defined i

zation,  an  e

f the isotherm

m data(Ho et 

TABLE 1 ISOTHE

Isothe

Model 

ngmuir‐1 

ngmuir‐2 

ngmuir‐3 

ngmuir‐4 

undlich 

emkin 

h‐Peterson 

neering Practic

Rhodium Ion

unded Rhod

AD‐2,  the  1

es (10‐240 m

ng was  requ

UNCTION OF C

eling and Err

Model 

uir),  Freundl

ch&Peterson

ur most  com

he  error  fun

hat describe 

n a solid and

vely used in 

rious adsorb

onstants of is

the intercept

near plots of

in Table 3. 

rror  function

m equation o

al., Rengara

ERMS AND THEIR

erm

Equatio

1

1

cal Research (I

ns 

dium (III) on

1.5  M  HCl  w

min) (Fig. 4). L

uired  for  ab

CONTACT TIM

ror Analysis

ich(Freundli

n)  and  Tem

mmon  isothe

nctions  used 

the distribut

d a  liquid ph

the literatur

bents(Mohan

sotherm mod

s and the slo

f them after b

n was  requi

on experimen

aj et al., Azam

R LINEAR FORMS 

on 

 

/  

 

 

IJEPR) Volum

n the 

was 

Less 

bout 

ME 

ich), 

mkin 

rms 

are 

tion 

hase 

e to 

tyet 

dels 

opes 

bills 

ired 

ntal 

m et 

WITH LINEAR TR

Line

1

1

ln ln

ln

ln 1

e 2 Issue 4, No

al., Alihosse

different  er

each  case 

determined 

linear  and 

function iso

Simple  line

parameter e

The more p

Types 1‐4. T

Langmuir T

coefficient(R

the best erro

the maximu

to  complete

(mg/g) and K

2)  Freundlic

This isother

the  describ

lateral  inter

KF  and  1

characteristi

maximum 

intensity,  r

affinity or b

3)  Temkin i

This  isother

adsorption p

equation  su

energy  as 

sorptionalce

equation  (

Temkincons

A is the Tem

constant  (8.

temperature

RANSFORMATION

ear form

1 1 1 

K  

1ln

ln

ln ln

ovember 2013

eini et al., Ka

rror  function

the  isot

by minimiz

non‐linear  f

therms param

ear  regressio

estimates(Kin

opular linea

The best fit in

Type‐2 (Table

R2)from the f

or distributio

um  adsorpti

e  monolayer

KL is the Lan

ch isotherm m

m is an emp

bed  heterog

ractions, whi

1/n  are  th

ics  of  the 

adsorption 

espectively, 

inding stren

isotherm mod

rm model w

potentials of

uggests  a  li

the  degre

enters.  In  th

(Table  1) 

stant related 

mkin isother

.314  J/  mol. 

e (K). 

NS OF THE LANGM

 

3               www

ailas et al.). In

ns  were  exa

therm  coef

zation  of  er

form,  and  f

meters (Tabl

on  will  resu

nniburgh,Lo

ar forms used

n this work is

e 4), because

fitted equatio

on. In this iso

ion  capacity 

r  coverage 

ngmuir const

model.: 

pirical equatio

geneous  sys

ile  in  Freun

he  Freund

system, 

capacity  a

which  is 

gth(Davis et

del: 

was  chosen  t

f the adsorbe

inear  decrea

e  of  comp

he  linear  fo

B=RT/b  an

to heat of so

rm constant 

K)  and  T 

MUIR ISOTHERM.

Plot 

.

1 .

.  

.  

.

. ln

1 .

w.seipub.org/ij

n this work, 

amined  and

fficients  w

ror  function

rom  best  er

les 3, 4). 

ult  in  differ

nghinottiet a

d are Langm

s obtained fr

e the correlat

on resulting 

otherm, qma

correspond

on  the  surf

tant (L/mg).

on employed

stems  with

ndlich  equati

lich  consta

indicating 

and  adsorpt

related  to 

t al.). 

to  evaluate 

ent. The Tem

ase  of  sorpt

pletion  of 

orm  of  Tem

nd  b  is 

orption (J /m

(L/g), R the

is  the  absol

 

 

 

.  

jepr

151

six 

d  in 

were 

n  in 

rror 

rent 

al.). 

muir 

rom 

tion 

has 

x is 

ding 

face 

d to 

hout 

ion, 

ants 

the  

tion 

the 

the 

mkin 

tion 

the 

mkin 

the 

mol). 

gas 

lute 

Page 5: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

ww

152

 

ww.seipub.org

2

Isotherm

Lang

Langm

Langm

Langm

Langm

Freun

Tem

Redlich‐

M

4)  Redlich–

This isother

and incorpo

the Freundl

The  differe

comparison

isotherm  h

experiment

ions on F‐XA

g/ijepr              

The s

The hy

Marqu

Th

The sum of sq

ye

m model 

 

gmuir 

muir‐1 

muir‐2 

muir‐3 

muir‐4 

ndlich 

 

mkin 

 

‐Peterson 

 

ean 

–Peterson Iso

rm contains t

orates the fe

lich isotherm

ent  isotherm

n of their abil

have  been 

al data  for  t

AD‐2 at 293 

 International

Fu

sum of the squa

ybrid fractiona

uardt’s percent s

The average r

he sum of the a

quare of the ave

exp and ycal are

Method 

 

Non‐Linear 

Linear 

Linear 

Linear 

Linear 

Non‐Linear 

Linear 

Non‐Linear 

Linear 

Non‐Linear 

Linear 

 

otherm Mode

three constan

atures of the

ms. 

ms  have  be

lity, theoretic

plotted  b

the  adsorpti

K (Fig. 5). 

l Journal of En

TABLE 2

unction 

ares of the error

al error function

standard deviat

relative error (A

absolute errors 

erage squares o

e the experimen

TABLE 3 R2 FROM

Error 1

0.9921

0.8843

0.9906

0.8181

0.8172

0.9978

0.9975

0.9430

0.9296

0.9972

0.9767

0.9404

el 

nts (A, B, and

e Langmuir 

een  tested. 

cal plots of e

based  on 

ion  of Rhodi

ngineering Pra

2 USED ERROR FUN

rs (ERRSQ) 

n (HYBRID) 

tion (MPSD) 

ARE) 

(EABS) 

of the errors(ER

ntal & theoretica

M DIFFERENT ERR

Error 2

0.9910 

0.8819 

0.9886 

0.7919 

0.8149 

0.9974 

0.9969 

0.9336 

0.9235 

0.9974 

0.9768 

0.9358 

d g) 

and 

For 

each 

the 

ium 

actical Researc

NCTIONS 

RAV) 

al equilibrium a

ROR FUNCTIONS

R

Error 3

0.9911 

0.8821 

0.9887 

0.7919 

0.8154 

0.9974 

0.9971 

0.9339 

0.9338 

0.9974 

0.9768 

0.9369 

ch (IJEPR) Vol

100

100

10

1

adsorption (mg/

 

R2

Error 4

0.9890 

0.8718 

0.9709 

0.6012 

0.7936 

0.9971 

0.9901 

0.7914 

0.7914 

0.9971 

0.9684 

0.8875 

lume 2 Issue 4

Equation 

0

1

0

1

/g). 

Error 5 

0.9890 

0.8718 

0.9826 

0.6012 

0.7936 

0.9971 

0.9966 

0.9182 

0.9182 

0.9971 

0.9684 

0.9122 

4, November 2

Error 6

0.9920 

0.8843 

0.9907 

0.8180 

0.8180 

0.9978 

0.9975 

0.9430 

0.9430 

0.9977 

0.9768 

0.9417 

2013 

Page 6: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

Int

 

F

TAB

ternational Jou

FIG. 5 LINEAR (

THE ADSOR

In this graph

per unit ma

concentratio

Ce.  The  es

equation can

constant sep

as (Kagaya e

Where Ka  i

initial conce

indicates  th

(Mckay et a

favourablea

shows that 

atoptimum 

uptake of th

BLE 4 ISOTHERMS

Is

Lan

Freun

Kf / (m

Tem

Redlich‐

B

TABLE 5.THE PA

Value of 

RL> 1 

RL = 1 

0 < RL< 

RL= 0 

urnal of Engin

(L) AND NON‐

RPTION OF RH

h, the amoun

ass of F‐XAD

on of Rhodiu

ssential  chara

n be expresse

paration facto

et al., Ahalya

RL =1 / (1

is  the Langm

entration of 

he  shape  of 

al.), RL value

absorption. 

the values o

pH,  which

he Rhodium.

S PARAMETERS FR

sotherm model 

ngmuir‐2(Linea

R2 

qm /mg g‐1 

Ka /L mg‐1 

RL 

ndlich(Non Line

R2 

mg g‐1) (L mg‐1)

mkin (Non Linea

R2 

A / L g‐1 

B / J mol‐1 

Peterson(Non L

R2 

A /dm3 g‐1 

B /(dm3 mg‐1)g 

RAMETER RL IND

RL 

neering Practic

‐LINEAR (NL) I

HODIUM(III)  A

nt of Rhodium

D‐2, qe,  is plo

m ions rema

acteristics  of

ed in terms of

or or equilibr

a et al.): 

+Ka.C0)  

muir  constan

the metal ion

the  isotherm

es between 0

From  our 

of RL are  in t

h  confirms 

ROM BEST ERROR

r) 

ear) 

)1/n 

ar) 

Linear) 

DICATED THE SHA

Type of is

Unfavo

Line

Favor

Irrever

cal Research (I

ISOTHERMS FO

AT THE 293 K.

m ions adsor

otted against 

ining in solu

f  the  Langm

f a dimension

rium, RL, defi

 

nt  and Co  is 

ns. The RL va

m. According

0 and 1  indic

study,  Tabl

the range of

the  favora

R FUNCTION(ERR

Parameter

0.9908

11.4985

0.0833

0.7743

0.9978

1.2735

0.9080

0.9430

0.8129

2.7122

0.9977

27.9659

29.8034

0.2199

APE OF ISOTHERM

sotherm 

orable 

ear 

rable 

rsible 

IJEPR) Volum

OR 

rbed 

t the 

tion, 

muir 

nless 

ined 

  (2) 

the 

alue 

g  to 

cate 

le  5 

f 0‐1 

able 

ROR 6) 

FI

Eff

In 

pre

(20

(co

ext

foll

wh

and

con

sor

the

e 2 Issue 4, No

In comparis

Redlich‐Pete

suitable. Ho

exhibits  the 

the result sh

best‐fit for a

2(Table 4 an

IG. 6 BEST LINE

FOR THE A

According 

isotherm  in

represent  b

Namasivaya

surface, the 

a highly het

isotherm lac

adsorption(Ju

unity  is  an 

takes place 

the  amount

less  signific

versa (Hsish

fect of foreign

order  to 

econcentratio

0  mg/L)  on

oncentration 

traction  perc

lowing equa

here Q repres

d  Ce  repr

ncentration  o

rbent (g), V i

e extraction p

ovember 2013

son of the non

erson  and T

owever, the L

high coeffic

hows that th

adsorption o

nd Fig. 6). 

EAR (L) AND N

ADSORPTION O

to  constant

n  Table  1,  n 

beneficial  a

am).  Apart

Freundlich e

terogeneous 

cking a plate

uanget et al.)

indication 

at low conce

t  adsorbed w

cant  at  high

heng&Chien‐

n ions 

evaluate 

on system, th

n  the  sorp

20  mg/L)

centage  (E%

tions: 

Q = (C0‐Ce

E=Ce/C0   

D = E V/ W

L=CeNo‐ion

sents the ads

resent  the 

of  Rh(III)  (μ

is the volum

percentage. T

3               www

n linear form

Temkin,  Freu

Langmuir 2 i

cient of dete

he Langmuir 

of Rhodium i

NON‐LINEAR (N

OFRHODIUM(II

t  obtained 

values  betw

adsorption 

t  from  a 

equation is a

  surface and

eau, indicatin

). The values

that  signific

entration but

with  concent

her  concentr

‐To). 

the  select

he effect of s

ption  behav

)  was  inve

%)  was  calcu

e) V/ W          

                      

W   

n‐Ce/CeNo‐ion    

sorption capa

initial  an

μg/mL), W 

e of solution

The result sh

w.seipub.org/ij

m of Freundli

undlich  is m

isotherm(line

rminations a

isotherm is 

ions on F‐XA

NL) ISOTHERM

II) AT 293 K. 

for  Freundl

ween  1  and

(Kadirvelu

homogeneo

also suitable 

d an adsorpt

ng a multi‐la

s of 1/n less th

cant  adsorpt

t the increase

tration becom

ration  and  v

tivity  of 

some metal i

vior  of  Rh(

estigated.  T

ulated  from 

                     

                     

   

                     

acity (mg/g),

d  equilibri

is  the  mass

n (L) and  E%

hown in Tabl

jepr

153

ich, 

more 

ear) 

and 

the 

AD‐

MS 

lich 

  10 

ous 

for 

tion 

ayer 

han 

tion 

e in 

mes 

vice 

the 

ons 

(III) 

The 

the 

 (3) 

 (4) 

 (5) 

 (6) 

 C0 

ium 

s  of 

% is 

le 6 

Page 7: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

www.seipub.org/ijepr               International Journal of Engineering Practical Research (IJEPR) Volume 2 Issue 4, November 2013 

154

indicates  that  the  effects  of  other mentioned  foreign 

ions  at  given  concentrations  are  negligible.  The 

adsorption of Rh  ions on F‐XAD‐2  in presence of  all 

mentioned  ions  (with  each  ion  having  the 

concentration of 20 mg/L) shows that the Rh  ions can 

be  determined  quantitatively  in  the  environmental 

samples. 

TABLE.6 EFFECT OF OTHER IONS ON SORPTION 

D E% L% A Interfering

0.72 59.7 0.0 11.94 ‐‐‐‐‐‐‐

0.67 55.5 7.0 11.1 Cu 

0.73 60.5 ‐1.3 12.1 Zn 

0.3 24.55 58.9 4.91 Fe 

0.43 35.8 40.0 7.16 Ni 

0.73 60.25 ‐0.9 12.05 Cd 

0.12 9.6 83.9 1.92 Mixed above ion

A: Amount of  adsorbed Rh(III)  (mg/L), L: Loss  adsorption  (%), E: 

extraction percentage (%) and D: distribution ratio 

Application of Method 

F‐XAD‐2 was  used  to  preconcentrate  and  determine 

Rh(III)  ions  in  tap water  (Tehran)  and  spring water 

(BagheFaz,  Tehran).  The  pH  of  water  sample  was 

adjusted to the optimum pH 8. Solid phase extraction 

with  F‐XAD‐2  coupled  with  FAAS  was  applied  to 

determination of the Rh(III) in water sample. No Rh(III) 

was  detected  in  the  water  samples.  The  results  are 

shown in Table 7. 

TABLE 7.RESULTS OBTAINED FOR RH(III) DETERMINATION IN TAP WATER 

(I) AND SPRING WATER (II) 

Found (without spiking of Rh(III)) I  II

N.D. N.D.

Added Rh(III) (μg/mL) 0.4  0.8

Found Rh(III), after preconcentration (μg/mL)  3.2  6.6

Preconcentration factor 10  10

Recovery (%)  80.0 82.5

Standard deviation  0.01 0.01

Relative standard deviation (%) a  3.13 1.51

a: For three determinations 

Conclusion

A new resin was synthesized by coupling of Amberlite 

XAD‐2 with  1,3‐Phenylenediamine.  The  synthesis  of 

the  resin  is  simple  and  economical.  The  resin  has  a 

good  potential  for  enrichment  of  trace  amount  of 

Rh(III)  from  large  sample  volumes.  The  Rh(III) 

adsorption was due  to  immobilized  ligand‐metal  ion 

interactions. The  resins also present  the advantage of 

high  adsorption  capacity,  good  reusability  and  high 

chemical  stability.  The  sorption/desorption  of  metal 

ion  takes  place  in  moderate  time,  making  the 

analytical  procedure  reasonably  fast.  Finally,  the 

different  isotherms  were  tested  for  their  ability  to 

correlate with  the  experimental  results by  comparing 

theoretical  plots  of  each  isotherm  with  the 

experimental data for the adsorption of rhodium  ions 

on 1,3‐Phenylenediamine‐Amberlite XAD‐2 at 293 K in 

Fig. 6.  

In  this  graph,  the  amount  of  rhodium  adsorbed  per 

unit mass of 1,3‐Phenylenediamine‐Amberlite XAD‐2, 

qe,  is  plotted  against  the  concentration  of  rhodium 

remaining  in  solution.  Ce.  The  good  fit  of  the 

Freundlich  and  Langmuir  isotherms  were  not  the 

same even when the coefficient of determinations was 

high for both isotherms. 

Concerning  application  of  this  work  in  real  sample 

and  environmental  studies,  these  results  have 

demonstrated  the  applicability  of  the  procedure  for 

Rhodium  determination  in  samples  with  high 

recovery (greater than 82%).

REFERENCES 

Ahalya, N.; Kanamadi, R.D.; Ramachandra, T.VBiosorption 

of chromium (VI) from aqueous solutions by the husk of 

Bengal gram (Cicerarientinum). Electronic J. Biotechnol., 

8(3),P.258, (2005). 

Alihosseini;A., Taghikhani; V., Safekordi; A. A. , Bastani D.  

Azam T. Mohd, din., and Bassim h.,. adsorption of methyl 

violet dye on acid modified activated carbon:  isotherms 

and  thermodynamics,  Journal  of  Applied  Sciences  in 

Environmental Sanitation, 5 (2):P.161(28th April 2010) 

Camel,  V.,  Solid  phase  extraction  of  trace  elements. 

Spectrochim.Acta.part B., 58:P.1177(2003).  

Davis,  T.A.;  Volesky,  B.;  Mucci,  A.,  A  review  of  the 

biochemistry of heavy metal biosorption by brown algae. 

Water res., 37,P, 4311(2003). 

Dmitrienko, S.G., Sviridova, O.A., Pyatkova, L.N., Senyavin, 

V.M., On the new approach to the theory of preferential 

wetting  of  heterogeneous  solid  surfaces.Anal.  Bioanal. 

Chem., 374: P.361(2002).  

Equilibrium sorption of crude oil by expanded perlite using 

different adsorption isotherms at 298.15 k, Int. J. Environ. 

Sci. Tech., 7 (3),P.591(2010). 

Freundlich,  H.M.A.,  Über  die  adsorption  in  lösungen.  J 

PhysChem57:P.385.(1906) 

Gal,  P.K.,  Patel,  S., Mshra,  B.K.,  Chemical modification  of 

silica surface by immobilization of functional groups for 

Page 8: Pre-concentration and Equilibrium Isotherm Studies of Rhodium(III) in Environmental Water Samples

International Journal of Engineering Practical Research (IJEPR) Volume 2 Issue 4, November 2013               www.seipub.org/ijepr

    155

extractive  concentration  of  metal  ions.  Talanta,  62: 

P.1005(2004).  

Gurnani,  V.,  Singh,  A.K.,  Venkataramani,  B.,  Cellulose 

functionalized with 8‐hydroxyquinoline: new method of 

synthesis and applications as a solid phase extractant  in 

the  determination  of metal. Anal.Chim.Acta.,485:  P.221 

(2003).  

Ho,  Y.  S., McKay,  G.,  The  kinetics  ofsorption  of  divalent 

metal  ions  onto  sphagnummoss  peat.  Water  Res., 

34,P.735(2000). 

Ho,S.Y.,Porter,  J.F.  and  Mckay,G.,  equilibrium  isotherm 

studies for the sorption of divalent metal ions onto peat: 

copper, nickel and lead single component systems. Water, 

Air, and Soil Pollution141:P. 1,(2002).  

Hsisheng T, Chien‐To H, Influence of Surface Characteristics 

on  Liquid‐Phase  Adsorption  of  Phenol  by  Activated 

Carbons  Prepared  from  Bituminous.  Coal.Ind.  Eng. 

Chem. Res., 39(9), P.3618.(1998). 

Juang,  R.S; Wu,  F.C.;  Tseng,  R.L.,Adsorption  Isotherms  of 

Phenolic  Compounds  from  Aqueous  Solutions  onto 

Activated  Carbon  Fibers.J.  Chem.  Eng.  Data,  41,  P.487 

(1996) 

Kadirvelu, K.; Namasivayam, C.,Agricutural By‐Product  as 

Metal  Adsorbent:  Sorption  of  Lead  (II)  from  Aqueous 

Solution  onto  CoirpithCarbon.Environ.  Tech.,  21(10), 

P.1091 (2000). 

Kagaya, S.; Sagisaka, T.; Miwa, S.; Morioka, K.; Hasegawa, 

K.,.RapidCoprecipitation  Technique  with  Hybrid 

Hydroxide  System  Using  Ytterbium(III),  Gallium(III), 

and Magnesium(II) for Simultaneous Concentration of 13 

Elements  in  Concentrated  Salt  Solution  Prior  to  Their 

Inductively  Coupled  Plasma  Atomic  Emission 

Spectrometric Determination. Bull. Chem. Soc. Jpn., 79(5), 

P. 717 (2006). 

Kailas L. wasewar, shiv kumar and prasad, b., Adsorption of 

Tin  Using  Granular  Activated  Carbon,  journal  of 

environmental protection scienceVol. 3, p.41(2009). 

Kinniburgh,  D.G.,  General  purpose  adsorption  isotherms. 

Environ. Sci. Technol., 20:P. 895.(1986). 

Langmuir, I.The constitution and fundamental properties of 

solids and liquids.J. Am. Chem. Soc., 38,P. 2221(1916) 

Longhinotti,  E.;  Pozza,  F.;  Furlan,  L.;  Sanchez, M.D.N.D.; 

Klug, M.; Laranjeira, M.C.M.; Favere, V.T., Adsorption of 

anionic  dyes  on  the  biopolymer  chitin.  J.  Braz.  Chem. 

Soc., 9, P.435 (1998). 

Marshall, M.A., Mottola, H.A., Synthesis of silica‐immobilized 

8‐quinolinol with  (aminophenyl)  trimethoxysilane.Anal. 

Chem., 55: P.2089(1983). 

Mckay, G.; Blair, H.S.; Gardener, J.R.,Adsorption of dyes on 

chitin.  I. Equilibrium studies.  J. Appl. Polym. Sci., 27(8), 

P.3043 (1982). 

Mohanty,  K.;  Mousam,  J.;  Meikap,  B.C.;  Biswas,  M.N., 

Removal  of  Cr(VI)  from  dilute  aqueous  solution  by 

activated  carbon developed  from TerminaliaArjunanuts 

activated  with  zinc  chloride.  Chem.  Eng.  Sci.,  60, 

P.3049(2005). 

Mor,  S.;  Ravindra,  K.;  Bishnoi,  N.R.,  Adsorption  of 

chromium  from  aqueous  solution  by  activated  alumina 

and activated charcoal. Biores. Tech., 98, P.954(2007). 

Price, P.M., Clark, J.H., Macquarrie, D.J., Modified Silicas for 

Clean  Technology.  J.  Chem.  Soc.  Dalton  Trans.,  1:P, 

101.(2000).  

Redlich, O.; Peterson, D.L., A useful adsorption  isotherm. J. 

Phys. Chem., 63,P. 1024.(1959).  

Rengaraj,  S.,  Yeon,  J.W., Kim,  Y.,  Jung,  Y., Ha,  Y.K., Kim, 

W.H.,  Adsorption  characteristics  of  Cu(II)  onto  ion 

exchange  resins  252H  and  1500H:  Kinetics,  isotherms 

and  error  analysis,  Journal  of Hazardous Materials143, 

P.469(2007)  

Saxena,  R.,  Singh,  A.K.,  Pyrocatechol  Violet  immobilized 

Amberlite  XAD‐2:  synthesis  and  metal‐ion  uptake 

properties  suitable  for  analytical  applications.  Anal. 

Chim.Acta.,340: P.285(1997). 

Tewari,  P.K.,  Singh,  A.K.,  Preconcentration  of  lead  with 

Amberlite XAD‐2 and Amberlite XAD‐7 based chelating 

resins  for  its determination by  flame  atomic  absorption 

spectrometry. Talanta, 56: P.735(2002).