Carbonization of Saccharide-based Materials for Wastewater Treatment Applications

Abstract

Carbonized saccharide-based materials have potentials to be effectively used for the purification of wastewater. Saccharide-based materials are rich carbon-based materials, and herein banana peels and discarded chewing gum was exploited. Pyrochar/AgBr derived from discarded chewing gum was used for the decontamination of trichlorophenol (2,4,5-TCP) while biochar derived from banana peel waste was effectively used for the elimination of heavy metals ions. The surface, morphology, and magnetic properties of the prepared adsorbents were examined by Boehm titration; Fourier-transform infrared techniques and scanning electron microscope. The adsorption isotherm and kinetic behaviour of the pollutants were examined, and the results comprehensively explained. The pyrochar/AgBr possesses a pore volume and a SBET of 0.998 cm3 /g and 249.5 m2 /g respectively. 2,4,5-TCP removal efficiency at 10 mg/L was estimated to be ~96% and the Yoon–Nelson and Thomas models successfully described its dynamic behaviour. For the first time, commonly discarded chewing gum was employed as a prototype for the fabrication of high performing adsorbents engaged for the treatment of wastewater. Desorption and re-usability of pyrochar/AgBr were also assessed. The magnetic calcined biochar (MCB) possesses a high saturation magnetization value at 39.55 emu/g, porous structures, surface functional groups (COO− and–OH), and an SBET larger than the (CB). The optimum adsorption capacity of MCB at pH 6 are 72.8, 75.9, and 83.4 mg/g for Zn2+, Cu2+, and Hg2+, respectively for the single component adsorption and suitably fits in the Langmuir and Redlich-Peterson adsorption isotherms and the pseudo-second order for the adsorption kinetic models. MCB exhibited higher adsorption affinity toward Hg2+ than Cu2+ and Zn2+ for the multicomponent system as shown in the extended Langmuir isotherm (selectivity factor values). Keywords: Biochar; Discarded chewing gum; Banana peel; Magnetic biochar; trichlorophenol decontamination; heavy metals; Adsorption

ÖZ: Kömürleşmiş sakkarit bazlı malzemeler, atık suyun arıtılmasında etkin bir şekilde kullanılma potansiyeline sahiptir. Sakkarit bazlı malzemeler, zengin karbon bazlı malzemeler olup bu çalışmada muz kabukları ve atık sakızlar kullanılmıştır. Atık sakızlardan elde edilen Pyrochar / AgBr, triklorofenolun (2,4,5-TCP) dekontaminasyonu için kullanılırken, muz kabuğu atıklarından üretilen biyokömür (biochar), ağır metal iyonlarının giderilmesi için etkili bir şekilde kullanıldı. Hazırlanan adsorbent malzemelerin yüzey, morfoloji ve manyetik özellikleri Boehm titrasyonu; Fourier dönüşümü kızılötesi teknikleri ve taramalı elektron mikroskobu ile incelendi. Kirleticilerin adsorpsiyon izotermi ve kinetik davranışı incelenmiş ve sonuçlar kapsamlı bir şekilde açıklanmıştır. Biyokömür (Pyrochar) / AgBr’ ın gözenek hacmi ve SBET ‘ I sırası ile 0.998 cm3 / g ve 249.5 m2 /g olarak bulunmuştur. 2,4,5-TCP'nin 10 mg/L'deki TCP giderimi veriminin ~% 96 olduğu bulundu ve Yoon-Nelson ve Thomas modelleri dinamik davranışını başarılı bir şekilde açıkladı. İlk kez, atık sakız, kirli suyun arıtılması için çalışılan yüksek performanslı adsorbanların imalatı için bir prototip olarak kullanılmıştır. Pyrochar / AgBr'nin desorpsiyonu ve yeniden kullanılabilirliği de değerlendirildi. Manyetik kalsine biochar (MCB) 39.55 emu/g'de yüksek doygunlukta bir mıknatıslanma değerine, gözenekli yapılara, yüzey fonksiyonel gruplarına (COO− ve-OH) ve (CB) 'den daha büyük bir SBET'e sahiptir. MCB'nin pH 6'da optimum adsorpsiyon kapasitesi, Zn2 + , Cu2 + ve Hg2 + için sırasıyla 72.8, 75.9 ve 83.4 mg / g'dir, Langmuir ve Redlich-Peterson adsorpsiyon izotermlerine ve yalancı ikinci derece adsorpsiyon kinetiği modellerine uyar. MCB, genişletilmiş Langmuir izoterminde (seçicilik faktörü değerleri) gösterildiği gibi çok bileşenli sistem için Hg2 + 'ya Cu2 + ve Zn2 +' dan daha yüksek adsorpsiyon afinitesi göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Biyokömür; Atık sakız; Muz kabuğu; Manyetik biyokömür; triklorofenol dekontaminasyonu; ağır metaller; adsorpsiyon