In this study, sugarcane bagasse (SB), which was preliminarily treated with H3PO4, was utilized to produce biochar (SB-BC). The SB-BC was subsequently modified with KOH to enrich oxygen-containing functional groups (OCFGs) for the enhanced adsorption of NH4+ from wastewater. Batch tests revealed that KOH-modified SB-BC (SB-MBC) increased the maximum Langmuir adsorption capacity of NH4+ by approximately twofold, from 27.1 mg/g for SB-BC to 53.1 mg/g for SB-MBC. The optimal operational conditions for NH4+ adsorption onto SB-MBC were pH of 7.0 and a biochar dose of 3.0 g/L for the removal of 50 mg/L NH4+ at room temperature (25 ± 2 °C) over 180 min of contact. The enhanced adsorption capacity of NH4+ onto SB-MBC was due to the important contribution of the OCFGs enriched on the surface of biochar, which was increased by about fourfold, after being modified by KOH. The NH4+ adsorption dynamics were better fitted by the Elovich and the NH4+ adsorption isotherms were better described by Langmuir and Sips models, showing that the adsorption process was dominated by monolayer chemisorption. The properties of the adsorption materials before and after adsorption of NH4+ confirmed that cation exchange, electrostatic attraction and surface complexation were the main mechanisms controlling the adsorption process. The desorption and reusability tests of NH4+-saturated SB-MBC revealed that NH4+ adsorption slightly decreased after three successive sorption‒desorption cycles. The findings suggested that SB-MBC is a promising and feasible adsorbent for the effective treatment of NH4+-contaminated water sources. Future work should conduct tests for treatment of NH4+-rich real wastewater and utilize NH4+-saturated SB-MBC as slow releasing fertilizer for plants growth.
TóM TắT: Để giải quyết vấn đề nguồn nước bị ô nhiễm crom hóa trị sáu (Cr(VI)), hỗn hợp than sinh học có nguồn gốc từ vỏ kén ruồi lính đen (BSFE) và vỏ quả sầu riêng (DP) được biến tính bằng CaFe2O4@rGO (BC-CFr) đã được tổng hợp để loại bỏ Cr(VI) khỏi nước thải. Phát hiện của chúng tôi chỉ ra rằng hấp phụ của Cr(VI) trên BC-CFr đạt cực đại ở độ pH là 2,0, liều lượng than sinh học là 0,3 g/100 mL và nồng độ Cr(VI) ban đầu là 50 mg/L, với dung lượng hấp phụ Cr(VI) là 30,8 mg/g, cao hơn khoảng hai lần so với than sinh học thô (PBC). Kết quả đặc tính cho thấy than sinh học biến tính được chế tạo sẵn rất giàu các nhóm chức bề mặt, bao gồm các nhóm amin (-NH2) và các vị trí hoạt động. Sự hấp phụ Cr(VI) tuân theo mô hình động học Elovich và mô hình đẳng nhiệt Freundlich, minh họa cho quá trình hấp phụ liên quan đến nhiều lớp trên bề mặt không đồng nhất. Nghiên cứu nhiệt động lực học đã xác nhận quá trình hấp phụ là thu nhiệt. Các cơ chế hấp phụ được đề xuất bao gồm khử kết hợp hấp phụ, lực hút tĩnh điện và lấp đầy lỗ rỗng. Nghiên cứu này cung cấp một phương pháp đơn giản để chế tạo than sinh học tổ hợp bằng cách sử dụng các sản phẩm phụ nông nghiệp có sẵn dồi dào, giải quyết được vấn đề kép là nước bị ô nhiễm Cr(VI) và chất thải rắn nông nghiệp. Bên cạnh đó, BC-CFr thể hiện hiệu suất giải hấp phụ và khả năng tái sử dụng cao trong năm chu kỳ hấp phụ-giải hấp phụ liên tiếp, cho thấy BC-CFr là than sinh học nanocomposite khả thi để loại bỏ hiệu quả Cr(VI) khỏi nước thải trong thực tế.
Keywords: Ammonium; Biochar; Cation exchange; Electrostatic attraction; Sugarcane bagasse; Surface functional groups.
© 2024. The Author(s), under exclusive licence to Springer Nature B.V.