Equilibrium and dynamic studies for adsorption of boron on calcium alginate gel beads using principal component analysis (PCA) and partial least squares (PLS)

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2013-05, Vol.44 (5), p.410-415
• Main Authors: Ruiz, M., Roset, L., Demey, H., Castro, S., Sastre, A. M., Pérez, J. J.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Adsorption; Alginat; alginate; Beads; Bor; Boron; Calcium alginate; Columns (process); Dynamical systems; Dynamics; Hauptkomponentenanalyse; Mathematical models; partielle kleinste Quadrate; PCA; PLS
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201300144

In this paper, boron removal from aqueous solutions by adsorption on calcium alginate gel beads was investigated. Based on the batch tests, calcium alginate gel beads demonstrated a good capacity of adsorption; the maximum capacity obtained was 121 mg/g at pH 6. The aim of this paper is the study of analytical tools for extracting more analytical information from a few experiments. Principal component analysis (PCA) was employed to perform a comparative analysis between different isotherms obtained by varying the percentage of alginate on the adsorbent beads. The calculated fraction of the cumulative sum of squares for all the components (R2X(cum)) and the predictive reliability model based on the value of the correlation coefficient of cross validation (Q2 (cum)) obtained were 0.9639 and 0.8523, respectively. Dynamic system study using 20 different columns was carried out. Partial least squares (PLS) modeling are applied to characterize the effect of the experimental variables on the adsorption process. Some of the descriptors studied were the initial boron concentration (Co), adsorbent mass (m), pH, column diameter (dc), column depth (Z) and superficial flow velocity (U0). Experimental adsorptions were compared against predicted adsorptions and a correlation coefficient (r2) of 0.9927 was obtained. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Borentzug aus wässrigen Lösungen durch Adsorption an Calciumalginat‐Gelkügelchen untersucht. Basierend auf Schüttelversuchen zeigten Calciumalginat‐Gelkügelchen eine gute Adsorptionsfähigkeit; die maximal erreichte Kapazität war 121 mg/g bei pH 6. Das Ziel dieser Arbeit ist es, analytische Tools zu untersuchen, die es erlauben, mehr analytische Informationen von Experimenten zu erhalten. Die Hauptkomponentenanalyse wird benutzt, um eine vergleichende Analyse zwischen verschiedenen Isothermen, die durch Variation des Alginatanteils auf den adsorbierenden Kügelchen erzeugt wurden, durchzuführen. Der berechnete Anteil der kumulativen Summe der Quadrate für alle Komponenten (R2X(cum)) und des prädiktiven Zuverlässigkeitsmodells, basierend auf dem Wert des Korrelationskoeffizienten der Kreuzvalidierung (Q2 (cum)), waren 0,9639 und 0,8523. Eine dynamische Systemstudie mittels 20 verschiedener Säulen wurde duchgeführt. Die Methode der partiellen kleinsten Quadrate wurde verwendet, um den Einfluss der experimentellen Variablen auf den Adsorptionsprozess zu charakterisieren. Einige der Deskriptoren waren die Anfangskonzentration von Bor