Adsorption characteristics and mechanism of p-nitrophenol by pine sawdust biochar samples produced at different pyrolysis temperatures

生物炭 吸附 热解 化学 化学工程 吸热过程 木屑 硝基苯酚 有机化学 催化作用 工程类
作者
Lanqi Liu,Guozhi Deng,Xianyang Shi
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:102
标识
DOI:10.1038/s41598-020-62059-y
摘要

Abstract Biochar is becoming a low-cost substitute of activated carbon for the removal of multiple contaminants. In this study, five biochar samples derived from pine sawdust were produced at different pyrolysis temperatures (300 °C–700 °C) and used adsorbents to remove p-nitrophenol from water. Results indicate that, as the pyrolysis temperature increases, the surface structure of biochar grows in complexity, biochar’s aromaticity and number of functional group decrease, and this material’s polarity increases. Biochar’s physiochemical characteristics and dosage, as well as solution’s pH and environmental temperature significantly influence the p-nitrophenol adsorption behavior of biochar. p-nitrophenol adsorption onto biochar proved to be an endothermic and spontaneous process; furthermore, a greater energy exchange was observed to take place when biochar samples prepared at high temperatures were utilized. The adsorption mechanism includes physical adsorption and chemisorption, whereas its rate is mainly affected by intra-particle diffusion. Notably, in biochar samples prepared at low temperature, adsorption is mainly driven by electrostatic interactions, whereas, in their high-temperature counterparts, p-nitrophenol adsorption is driven also by hydrogen bonding and π–π interactions involving functional groups on the biochar surface.
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