Biochar Nanocomposite as an Inexpensive and Highly Efficient Carbonaceous Adsorbent for Hexavalent Chromium Removal

生物炭 六价铬 吸附 吸附 傅里叶变换红外光谱 化学 纳米复合材料 解吸 Zeta电位 水溶液 水处理 表面改性 核化学 化学工程 纳米颗粒 废物管理 有机化学 热解 工程类 物理化学
作者
Soroosh Mortazavian,Simona E. Hunyadi Murph,Jaeyun Moon
出处
期刊:Materials [MDPI AG]
卷期号:15 (17): 6055-6055 被引量:12
标识
DOI:10.3390/ma15176055
摘要

Biochar is commonly used for soil amendment, due to its excellent water-holding capacity. The Cr(VI) contamination of water is a current environmental issue in industrial regions. Here, we evaluated the effects of two-step modifications on boosting biochar's performance in terms of the removal of aqueous hexavalent chromium (Cr(VI)), along with investigating the alterations to its surface properties. The first modification step was heat treatment under air at 300 °C, producing hydrophilic biochar (HBC). The resulting HBC was then impregnated with zero-valent iron nanoparticles (nZVI), creating an HBC/nZVI composite, adding a chemical reduction capability to the physical sorption mechanism. Unmodified biochar (BC), HBC, and HBC/nZVI were characterized for their physicochemical properties, including surface morphology and elemental composition, by SEM/EDS, while functional groups were ascertained by FTIR and surface charge by zeta potential. Cr(VI) removal kinetic studies revealed the four-time greater sorption capacity of HBC than BC. Although unmodified BC showed faster initial Cr(VI) uptake, it rapidly worsened and started desorption. After nZVI impregnation, the Cr(VI) removal rate of HBC increased by a factor of 10. FTIR analysis of biochars after Cr(VI) adsorption showed the presence of Cr(III) oxide only on the used HBC/nZVI and demonstrated that the carbonyl and carboxyl groups were the main groups involved in Cr(VI) sorption. Modified biochars could be considered an economical substitute for conventional methods.
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