Mesoporous Activated Biochar for As(III) Adsorption: A New Utilization Approach for Biogas Residue

吸附 介孔材料 生物炭 朗缪尔吸附模型 水溶液 化学工程 比表面积 傅里叶变换红外光谱 化学 朗缪尔 核化学 材料科学 催化作用 有机化学 热解 工程类
作者
Dong Xia,Heng Li,Zheng Chen,Peng Huang,Dun Fu,Qingbiao Li,Dong Xia
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:58 (38): 17859-17870 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.9b04468
摘要

To develop a new utilization approach of biogas residues, mesoporous activated biochar (MB) was prepared from biogas residues and used for adsorption of As(III) from aqueous solution. MB-ZnCl2-600, which was activated with 2.5 M zinc chloride solution at 600 °C, showed superior thermostability and good mesoporous distribution. The total surface area and the mesoporous surface area of the prepared biochar reached up to 892.3 and 701.7 m2/g, respectively, and its pore diameters mainly ranged from 4 to 40 nm. Batch adsorption of As(III) revealed a high theoretic adsorption capacity of 5861 μg/g. The kinetic data revealed good fitting with the Elovich model, while the adsorption data demonstrated excellent correspondence with the Langmuir model. Experimental results confirmed that As(III) adsorption capacity is positively correlated with the mesoporous surface area (R2 = 0.813) of the adsorbent, confirming that mesopores in the MB-ZnCl2-600 adsorbent dominated As(III) adsorption. Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy demonstrated that SiO2 provides crucial adsorption sites for the removal of As(III) and that organic functional groups on the biochar surface bonded with As species during adsorption. This study is the first to prepare MB with good mesoporous distribution from low-cost and wide-source starting material of biogas residues, which can be used as a supporting framework for catalysts and other adsorbent applications.

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