High-performance spent coffee grounds-based 3D microporous biochar for the efficient capture of Cd2+ via a multi-pathway mechanism

生物炭 微型多孔材料 机制(生物学) 化学 废物管理 化学工程 环境科学 热解 工程类 有机化学 物理 量子力学
作者
Zhiwei Jin,Zheng Xue,Bo Li,Liying Ou,Linzhe Yan,Lixia Yang,Kai Yin,Jabrane Jouha,Penghui Shao,Zebing Zeng,Shenglian Luo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:485: 149537-149537
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149537
摘要

Cadmium ions (Cd2+), due to their high toxicity, easy migration and recalcitrant degradation, pose a high risk to both ecological security and human health. Various biosorbents have been developed to eliminate Cd2+ from contaminated environmental media. However, the mechanism involved is mainly coordination, in which the large amount of H+ generated is unfavorable for Cd2+ removal, resulting in a poor adsorption capacity. Here, coffee grounds were prepared by calcining into functional biochar modified by phosphoric acid and mercaptoacetic acid (PAC-SH) as a high-performance absorbent for the removal of Cd2+ from contaminated water. PAC-SH-140 possesses a three-dimensional (3D) microporous structure and large specific surface area (781 m2/g). The adsorption capacity of PAC-SH-140 for Cd2+ was 205 mg/g, which is 2.7 times higher than that of PAC (75 mg/g). Besides complexation, cation-π coordination and electrostatic interaction, Cd2+ was also reduced to Cd0 under the action of sulfoxide. The adsorption capacity of PAC-SH-140 was improved via these multi-pathway mechanisms. For the first time, the interference of H+ in the adsorption process was weakened, thereby enhancing the adsorption behavior. The adsorption capacity achieved a significant breakthrough (328 mg/g, up by 60 %), providing new guidance for the industrial application of heavy metal adsorption. These findings may offer a promising strategy for low-cost and friendly remediation of Cd2+ contaminated media.
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