Synergistic adsorption of methylene blue with carrageenan/hydrochar-derived activated carbon hydrogel composites: Insights and optimization strategies

吸附 活性炭 亚甲蓝 化学 化学工程 弗伦德利希方程 傅里叶变换红外光谱 膨胀能力 核化学 肿胀 的 材料科学 有机化学 复合材料 催化作用 光催化 工程类
作者
Ali Akbari,Habib Abbasi,Mojtaba Shafiee,Hossein Baniasadi
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:265 (Pt 1): 130750-130750 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.130750
摘要

The study explores the use of hydrochar-derived activated carbon (AC) to improve the adsorption capacity and mechanical properties of carrageenan (CAR) hydrogel beads. Four distinct samples, with carrageenan to activated carbon ratios of 1:0 (CAR), 2:1 (CAC2), 4:1 (CAC4), and 10:1 (CAC10), were prepared. These polymeric beads underwent comprehensive evaluation for their methylene blue (MB) adsorption capacity, gel content (GC), and swelling ratio (SR). Increasing activated carbon content up to 50 % of carrageenan mass significantly enhanced GC and SR by 20.57 % and 429.24 %, respectively. Various analytical techniques were employed to characterize the composites, including FTIR, XRD, Raman Spectroscopy, BET, SEM, and EDS-Mapping. Batch adsorption tests investigated the effects of pH, contact time, dye concentration, and temperature on MB adsorption. Maximum adsorption capacities for CAR, CAC10, CAC4, and CAC2 were 475.48, 558.54, 635.93, and 552.35 mg/g, respectively, under optimal conditions. Kinetic models (Elovich and pseudo-second-order) and isotherm models (Temkin for CAR and Freundlich for CAC10, CAC4, and CAC2) fitted well with the experimental data. Thermodynamic analysis showed spontaneous, exothermic MB adsorption. Primary mechanisms include electrostatic attraction, hydrogen bonding, n-π, and π-π stacking. The study highlights enhanced adsorption capacity of carrageenan hydrogel via carrageenan/activated carbon composites, providing cost-effective wastewater treatment.
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