Synthesis of magnetic activated carbons from black liquor lignin and Fenton sludge in a one-step pyrolysis for methylene blue adsorption

化学 吸附 吸热过程 X射线光电子能谱 热解 磁性纳米粒子 亚甲蓝 核化学 木质素 材料科学 催化作用 化学工程 朗缪尔吸附模型 纳米颗粒 有机化学 光催化 工程类
作者
Rongyao Zhu,Jie Xia,Hongjie Zhang,Fangong Kong,Xin Hu,Yuehao Shen,Wenhui Zhang
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier BV]
卷期号:9 (6): 106538-106538 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.jece.2021.106538
摘要

Black liquor lignin and Fenton sludge were used to prepare magnetic activated carbons (MACs) by one-step pyrolysis using KOH as an effective activator. Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis showed that the addition of Fenton sludge increased the mesopore volume of MACs compared with the control AC, and the addition of KOH not only improved the porosity but also enhanced the formation of high ferromagnetic particles (α-Fe). X-Ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), and vibrating sample magnetometer (VSM) analysis revealed that the iron-based materials in the MACs were Fe3O4 and α-Fe nanoparticles, indicating good magnetic properties. The textural properties and the magnetic properties of the MACs can be modified by controlling the Fenton sludge/lignin ratio. The adsorption process of MAC0.5–2 (mFenton sludge: mlignin: mKOH=0.5:1:2) and MAC1–2 (mFenton sludge: mlignin: mKOH=1:1:2) were investigated. The two MACs exhibited good adsorption capacity (qMAC0.5−2= 307.2 mg g−1 and qMAC1−2= 184.1 mg g−1) for methylene blue (MB) dye. The adsorption kinetics of MB dye onto two MACs followed the pseudo-second order model and the equilibrium data was fitted best with the Sips isotherm model. The thermodynamic study revealed that the adsorption process was endothermic and spontaneous in nature. The recovery efficiency of MAC0.5–2 and MAC1–2 remained 84.0% and 92.1% respectively after five-cycle adsorption-desorption. The synthesized MACs with high magnetic separation efficiency, good recovery ability, and high adsorption efficiency can be promising and effective adsorbents for MB dye or other dyes.
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