Application of apricot stone waste from fruit processing industry in environmental cleanup copper biosorption study

Fruits 70 (2015) 271-280
DOI: 10.1051/fruits/2015028

Application of apricot stone waste from fruit processing industry in environmental cleanup: copper biosorption study

Tatjana ?o?tari? ¹, Marija Petrovi? ¹, Jelena Milojkovi? ¹, ?aslav La?njevac ², Aleksandar ?osovi? ¹, Marija Stanojevi? ¹, Mirjana Stojanovi? ¹
¹ Institute for Technology of Nuclear and Other Mineral Raw Materials, Franchet d? Esperey 86, 11000 Belgrade, Serbia
² University of Belgrade, Faculty of Agriculture, Nemanjina 6, 11000 Belgrade, Serbia

Abstract

Introduction. Apricots (Prunus armeniaca L.) have an important role in Serbia?s fruit production. Average annual production of 25,035 t generates approximately 1,577 t apricot stone (AS) waste and most of it ends up in landfill sites. In order to minimize the environmental impact, an investigation of the possible use of AS was done by developing a biosorbent for wastewater treatment. Materials and methods. AS waste from the fruit processing industry was used to remove Cu(II) ions from water solution by batch adsorption techniques. This solid waste residue was characterized by FTIR, SEM and EDX. The effects of pH, contact time, metal concentration and biosorbent dosage on the process of biosorption were studied. Results and discussion. Obtained FTIR results confirm that the uptake of Cu(II) ions from aqueous solution involves carboxylate moieties from lignin and fatty acids. Also, the presence of seeds in the AS blend significantly increased biosorption performance providing active sites important for the sorption process. The ion exchange mechanism was also confirmed. The best fitting adsorption model is the Langmuir model and the maximum biosorption capacity (q _max) is 4.45 mg L ^-1 at pH 5.0. Biosorption of the Cu(II) ions follows a pseudo second-order kinetic model. According to thermodynamic parameters the biosorption process is endothermic and spontaneous. Conclusion. Numerous biosorbents were investigated for biosorption of Cu(II) ions from aqueous solution, but no report on application of untreated AS waste has been found in literature. This preliminary study confirmed that this material can successfully and rapidly remove dissolved copper ions from dilute solutions.

Résumé

Introduction. L?abricot (Prunus armeniaca L.) tient une place importante dans l?économie de la Serbie. La production annuelle moyenne de 25 035 t génère environ 1 577 t de déchets de noyaux d?abricots (AS) dont la plus grande partie se retrouve dans des sites d?enfouissement. Afin de minimiser l?impact environnemental de ces déchets, une l?utilisation possible des AS a été envisagée, visant à développer un biosorbant pour le traitement des eaux usées. Matériel et méthodes. Les déchets AS provenant de l?industrie agro-alimentaire ont été utilisés pour éliminer les ions Cu (II) de solutions aqueuses par des techniques d?adsorption par lots. Le résidu des déchets solides a été caractérisé par spectroscopie infrarouge à transformation de Fourier (FTIR), microscopie électronique (SEM) et radioscopie à dispersion d?énergie (EDX). Les effets du pH, du temps de contact, de la concentration et du dosage du métal sur le biosorbant ont été étudiés au cours du processus de biosorption. Résultats et discussion. Les résultats obtenus par FTIR confirment que l?absorption des ions Cu (II) de la solution aqueuse met en jeu des groupements carboxylate issus de la lignine et des acides gras des noyaux d?abricot. En outre, la présence des graines dans mélange AS a augmenté de manière significative les performances de biosorption, en apportant des sites actifs sur le processus de sorption. Le mécanisme d?échange d?ions a également été confirmé. Le meilleur modèle proposé est le modèle d?adsorption de Langmuir dont la capacité de biosorption maximale ( q _max ) est de 4,45 mg L ^-1 à pH 5,0. La biosorption des ions Cu (II) suit un pseudo-modèle cinétique de second ordre. Selon les paramètres thermodynamiques, le processus de biosorption est endothermique et spontané. Conclusion. De nombreux biosorbants ont été étudiés pour la biosorption des ions Cu (II) dans une solution aqueuse, mais aucune application au traitement des déchets AS n?avait été rapportée dans la littérature. Cette étude préliminaire confirme que ce matériau peut rapidement et effectivement éliminer les ions cuivre dissous à partir de solutions diluées.

Keywords: Serbia / apricot / Prunus armeniaca / waste management / biosorption / copper ions

Mots clés: Serbie / abricot / Prunus armeniaca / traitement des déchets / biosorption / ions métallique / cuivre

Corresponding author: t.sostaric@itnms.ac.rs

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