Aumento da adsorção de crômio, cádmio, chumbo e níquel por biochars modificados com adição de grupos isotiocianato

Abstract

O biochar modificado produzido a partir do bagaço da cana-de-açúcar pode ser usado como adsorvente verde para remoção de íons metálicos potencialmente tóxicos de sistemas aquosos e efluentes. Neste trabalho, foi modificado quimicamente a superfície do biochar a partir do bagaço de cana de açúcar com ancoramento de grupos isotiocianato, utilizando tiocianato de potássio. Os biochars foram utilizados como adsorvente para remoção de Cd2+, Ni2+, Pb2+ e Cr3+ de soluções aquosas mono e multielementar. A caracterização dos biochars foi realizada por espectroscopia no infravermelho com transformada por Fourier (FTIR), pirólise acoplada a cromatografia gasosa/espectrometria de massa (Pi-CG-EM), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e análise imediata por termogravimetria. Os resultados mostraram que a modificação aumentou os teores de S e N na superfície dos biochars, particularmente de grupos isotiocianato. As adsorções máximas foram observadas para biochars sem e com modificação produzidos a 700 ° C e a pH 7. A cinética de adsorção de Cd2+, Ni2+, Pb2+ e Cr3+ pelos biochars sem e com modificação foi melhor descrita pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. Os resultados indicaram que a remoção de íons metálicos pelo biochar modificado segue a ordem de Pb2+> Cr3+> Cd2+ ≅ Ni2+ e Cd2+> Pb2+> Ni2+ ≅ Cr3+ para o sistema mono e multielementares, respectivamente. Adsorção por fisissorção e quimisorção, complexação, co-precipitação e troca iônica foram os principais mecanismos de adsorção envolvidos. A presença de outros metais na solução multielementar causou um efeito sinérgico na adsorção de Cr3+, Cd2+ e Ni2+ e um efeito antagônico na adsorção de Pb2+. O biochar modificado por moléculas organossulfuradas pode ser um adsorvente eficaz para remover Cd2+, Ni2+, Pb2+ e Cr3+ de soluções aquosas e efluentes industriais.

Modified biochar produced from sugarcane bagasse can be used as green adsorbent for removal of potentially toxic metal ions from aqueous solutions and effluents. In this study, a surface chemical-modified sugarcane bagasse biochar with anchored isothiocyanate groups was prepared using potassium thiocyanate.The biochars were used as an adsorbent for removal of Cd2+, Ni2+, Pb2+ and Cr3+ from mono- and multi-element aqueous solutions. The characterisation of the biochars was performed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR), pyrolysis/gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC-MS), proximate analysis and energy dispersive spectroscopy (EDS). The results showed that organosulphur modification increased S and N contents on the surface of the biochars, particularly isothiocyanate groups. The maximal adsorptions were observed for raw and modified biochars produced at 700°C and pH 7. The adsorption kinetics of Cd2+, Ni2+, Pb2+ and Cr3+ before and after biochar modification was best described by pseudo-second-order kinetic model. The results indicated that the removal of metal ions by modified-biochars follows the order of Pb2+ > Cr3+ > Cd2+ ≅ Ni2+ and Cd2+ > Pb2+ > Ni2+ ≅ Cr3+ for mono-element and multi-element system, respectively. . Adsorption for physissorption and chemisorption, complexation, co-precipitation and ion exchange were the adsorption mechanisms involved. The presence of other metals in the multi-element system caused a synergistic effect on adsorption of Cr3+, Cd2+ and Ni2+ and antagonistic effect on adsorption of Pb2+.Organosulphur modified biochar can be an effective adsorbent for removing Cd2+, Ni2+, Pb2+ and Cr3+ from aqueous solutions.