Removal of Phosphate from Aqueous Solution by Chitosan-Alginate Beads

Abstract

Phosphorous is an effective and essential mineral nutrient for the growth of biological creatures and it is very necessary for functioning of ecosystems normally. However, the increase in the usage of phosphorous in lots of parts including industry, agricultural and municipalities causes to pollution of water bodies. Additionally, consumption of water which is rich in content of phosphorous can cause to decrease in the levels of calcium amount of blood and that can result in osteoporosis, hyperphosphatemia and hazard public health. For protection of human health and aquatic ecosystems, the amount of phosphorous should be controlled within the limits (<0.5 mg/L as it has been reported by World health organization). The removal of phosphorous from water bodies relies mostly on the adsorbents usage which are effective. In this study, chitosan-alginate hydrogel beads were prepared by mixing chitosan and sodium alginate solution together and dropping them into calcium chloride solution. Sodium alginate and chitosan mixture causing interpenetrated network improves the resistance of the beads in acidic mediums. For characterization of beads SEM and FTIR analysis were conducted to prove the presence of functional groups and calcium ions which has the main effect in phosphate adsorption. Additionally, UV spectroscopy method was used to study adsorption capacity which illustrated that with increasing adsorbent concentration and time, the amount of adsorbed phosphate increase considerably.

ÖZ: Fosfor, biyolojik canlıların büyümesi için etkili ve gerekli bir mineral besindir ve ekosistemlerin normal işleyişi için önemlidir. Ancak fosforun sanayi dahil birçok alanda kullanımının artması, su kütlelerinin kirlenmesine yol açmaktadır. Ayrıca fosfor içeriği zengin su tüketimi, kandaki kalsiyum miktarının azalmasına neden olabilir ve bu da osteoporoz, hiperfosfatemiye yol açar ve halk sağlığını tehlikeye atabilir. İnsan sağlığının ve sucul ekosistemlerin korunması için fosfor miktarı limitler dahilinde kontrol edilmelidir (Dünya sağlık örgütü tarafından bildirildiği gibi <0.5 mg/L). Fosforun su kütlelerinden uzaklaştırılması, çoğunlukla etkili olan adsorbanların kullanımına bağlıdır. Bu çalışmada, kitosan ve sodyum aljinat çözeltisi karıştırılarak ve kalsiyum klorür çözeltisine damlatılarak kitosan-aljinat hidrojel boncukları hazırlanmıştır. Sodyum aljinat ve kitosan karışımı iç içe geçmiş ağ oluşumuna neden olur ve boncukların asidik ortamlardaki direncini artırır. Boncukların karakterizasyonu için, fosfat adsorpsiyonunda ana etkiye sahip olan fonksiyonel grupların ve kalsiyum iyonlarının varlığını kanıtlamak için SEM ve FTIR analizleri yapıldı. Ek olarak, artan adsorban konsantrasyonu ve süresi ile adsorbe edilen fosfat miktarının önemli ölçüde arttığını gösteren adsorpsiyon kapasitesini incelemek için UV spektroskopi yöntemi kullanıldı.