Enhanced sorption of trivalent antimony by chitosan-loaded biochar in aqueous solutions: Characterization, performance and mechanisms

吸附 生物炭 化学 水溶液 壳聚糖 表征(材料科学) 核化学 吸附 无机化学 化学工程 材料科学 有机化学 纳米技术 热解 工程类
作者
Hanbo Chen,Yurong Gao,Ali El‐Naggar,Nabeel Khan Niazi,Chenghua Sun,Sabry M. Shaheen,Deyi Hou,Xing Yang,Zhiyuan Tang,Zhongzhen Liu,Hong Hou,Wenfu Chen,Jörg Rinklebe,Michael Pohořelý,Hailong Wang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:425: 127971-127971 被引量:180
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.127971
摘要

Contamination of aquatic systems by antimony (Sb) is a worldwide issue due to its risks to eco-environment and human health. Batch sorption experiments were conducted to assess the equilibrium, kinetics and thermodynamics of antimonite [Sb(III)] sorption by pristine biochar (BC) and chitosan-loaded biochar (CHBC) derived from branches of Ficus microcarpa. Results showed the successful loading of chitosan onto biochar surface, exhibiting more functional groups (e.g., CO, -NH2, and -OH). Langmuir model well described the Sb(III) sorption isotherm experimental data, and the maximum sorption capacity of Sb(III) by CH1BC (biochar loaded with chitosan at a ratio of 1:1) was 168 mg g-1, whereas for the BC it was only 10 mg g-1. X-ray photoelectron spectroscopy demonstrated that CH1BC oxidized 86% of Sb(III) to Sb(V), while BC oxidized 71% of Sb(III). Density functional theory calculations suggested that the synergistic effect of exogenous hydroxyl and inherent carbonyl contributed to the enhanced removal efficiency of Sb(III) by CHBC. Key mechanisms for Sb(III) sorption onto CHBCs included electrostatic interaction, chelation, surface complexation, π-π interaction, and hydrogen bonding. Overall, this study implies that CHBC can be a new, viable sorbent for the removal of Sb(III) from aquatic systems aiding their safe and sustainable management.
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