Tổng hợp vật liệu CuO/biochar từ hạt nhãn bằng phương pháp thủy nhiệt ứng dụng hấp phụ methyl orange trong nước

Đặng Kim Tại1, , Nguyễn Ngọc Trâm2
1 Trường Đại học Đồng Tháp
2 Trường THPT Chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm, tỉnh Vĩnh Long, Việt Nam

Nội dung chính của bài viết

Tóm tắt

Nghiên cứu này trình bày quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ CuO/biochar từ hạt nhãn bằng phương pháp thủy nhiệt, nhằm xử lý chất màu methyl orange (MO) trong nước. Vật liệu được đặc trưng bằng các phương pháp SEM, EDX, XRD, FT-IR và BET. Kết quả phân tích cho thấy CuO được phân bố đồng đều trên bề mặt biochar, góp phần làm tăng diện tích bề mặt riêng và khả năng hấp phụ. Khả năng hấp phụ của vật liệu được khảo sát theo các yếu tố: thời gian đạt cân bằng hấp phụ, pH dung dịch, nồng độ MO và khối lượng chất hấp phụ. Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại đạt 227,27 mg/g tại pH = 3 và thời gian cân bằng là 90 phút. Mô hình động học biểu kiến bậc hai phù hợp nhất với dữ liệu thực nghiệm, cho thấy quá trình hấp phụ chịu sự chi phối của cơ chế hóa học. Kết quả cho thấy CuO/biochar từ hạt nhãn là vật liệu hấp phụ tiềm năng trong xử lý nước ô nhiễm chứa phẩm nhuộm anion.

Chi tiết bài viết

Tài liệu tham khảo

Allwar, A., Ahdiaty, R., & Doong, R. (2022). Magnetic Fe₃O₄–CuO/biochar nanocomposite for adsorption of inorganic anions from aqueous solution. Rasayan Journal of Chemistry, 15(4), 2466–2476. http://doi.org/10.31788/RJC.2022.1547063
Chaukura, N., Murimba, E. C., & Gwenzi, W. (2017). Synthesis, characterisation and methyl orange adsorption capacity of ferric oxide–biochar nanocomposites derived from pulp and paper sludge. Applied Water Science, 7, 2175–2186. https://doi.org/10.1007/s13201-016-0392-5
Daffalla, S. B., Mukhtar, H., & Shaharun, M. S. (2010). Characterization of adsorbent developed from rice husk: Effect of surface functional group on phenol adsorption. Journal of Applied Sciences, 10, 1060–1067. https://doi.org/10.3923/jas.2010.1060.1067
Foo, K. Y., & Hameed, B. H. (2010). Insights into the modeling of adsorption isotherm systems. Chemical Engineering Journal, 156(1), 2–10. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.09.013
Fu, Z., He, C., Li, H., Yan, C., Chen, L., Huang, J., & Liu, Y.-N. (2015). A novel hydrophilic–hydrophobic magnetic interpenetrating polymer networks (IPNs) and its adsorption towards salicylic acid from aqueous solution. Chemical Engineering Journal, 279, 250–257. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.04.146
Goncalves, S. P. C., Strauss, M., & Martinez, D. S. T. (2018). The positive fate of biochar addition to soil in the degradation of PHBV–silver nanoparticle composites. Environmental Science & Technology, 52, 13845–13853. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b01524
Guan, J., Zhu, M., Zhou, J., Luo, L., Ferreira, L. F. R., Zhang, X., & Liu, J. (2023). Agricultural waste biochar after potassium hydroxide activation: Its adsorbent evaluation and potential mechanism. Bioresource Technology, 389, Article 129793. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129793.
Kamaru, A. A., Sani, N. S. & Malek, N. A. N. N. (2016). Raw and surfactant modified pineapple leaf as adsorbent for removal of methylene blue and methyl orange from aqueous solution. Desalination and Water Treatment, 57(40), 18836–18850. https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1095122.
Lee, D.-J., Cheng, Y.-L., Wong, R.-J., & Wang, X.-D. (2018). Adsorption removal of natural organic matters in waters using biochar. Bioresource Technology, 260, 413–416. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.04.016
Li, W., Liu, B., Wang, Z., Wang, K., Lan, Y., & Zhou, L. (2020). Efficient activation of peroxydisulfate (PDS) by rice straw biochar modified by copper oxide (RSBC-CuO) for the degradation of phenacetin (PNT). Chemical Engineering Journal, 395, 125094. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125094
Liu, S., Xu, W. H., Liu, Y. G., Tan, X. F., Zeng, G. M., Li, X., ... & Cai, X. X. (2017). Facile synthesis of Cu(II)-impregnated biochar with enhanced adsorption activity for the removal of doxycycline hydrochloride from water. Science of the Total Environment, 592, 546–553. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.03.087
Liu, W.-J., Jiang, H., & Yu, H.-Q. (2015). Development of biochar-based functional materials: Toward a sustainable platform carbon material. Chemical Reviews, 115, 12251–12285. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00195
Martins, A. C., Pezoti, O., Cazetta, A. L., Bedin, K. C., Yamazaki, D. A. S., Bandoch, G. F. G., Asefa, T., & Almeida, V. C. (2015). Removal of tetracycline by NaOH-activated carbon produced from macadamia nut shells: Kinetic and equilibrium studies. Chemical Engineering Journal, 260, 291–299. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.09.017
Rodriguez-Narvaez, O. M., Peralta-Hernandez, J. M., Goonetilleke, A., & Bandala, E. R. (2019). Biochar-supported nanomaterials for environmental applications. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 78, 21–33. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.06.008
Salahshour, R., Shanbedi, M., & Esmaeili, H. (2021). Methylene blue dye removal from aqueous media using activated carbon prepared by lotus leaves: Kinetic, equilibrium and thermodynamic study. Acta Chimica Slovenica, 68(2), 363–373. https://doi.org/10.17344/acsi.2020.6311
Tan, X. F., Liu, Y. G., Gu, Y. L., Xu, Y., Zeng, G. M., Hu, X. J., ... & Li, J. (2016). Biochar-based nano-composites for the decontamination of wastewater: A review. Bioresource Technology, 212, 318–333. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.04.093
Varughese, A., Kaur, R., & Singh, P. (2020). Green synthesis and characterization of copper oxide nanoparticles using Psidium guajava leaf extract. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 961(1), 012011. https://doi.org/10.1088/1757-899X/961/1/012011
Wang, S., Dou, J., Zhang, T., Li, S., & Chen, X. (2023). Selective adsorption of methyl orange and methylene blue by porous carbon material prepared from potassium citrate. ACS Omega, 8(38), 35024–35033. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c04124
Wei, X., Wang, X., Gao, B., Zou, W., & Dong, L. (2020). Facile ball-milling synthesis of CuO/biochar nanocomposites for efficient removal of reactive red 120. ACS Omega, 5(11), 5748–5755. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03787
Xu, X., Zheng, Y., Gao, B., & Cao, X. (2019). N-doped biochar synthesized by a facile ball-milling method for enhanced sorption of CO₂ and reactive red. Chemical Engineering Journal, 368, 564–572. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.02.165
Xue, H., Wang, X., Xu, Q., Dhaouadi, F., Sellaoui, L., Seliem, M. K., Ben Lamine, A., Belmabrouk, H., Bajahzar, A., Bonilla-Petriciolet, A., Li, Z., & Li, Q. (2022). Adsorption of methylene blue from aqueous solution on activated carbons and composite prepared from an agricultural waste biomass: A comparative study by experimental and advanced modeling analysis. Chemical Engineering Journal, 430, 132801. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132801
Zhao, R., Li, X., Sun, B., Ji, H., & Wang, C. (2017). Diethylenetriamine-assisted synthesis of amino-rich hydrothermal carbon-coated electrospun polyacrylonitrile fiber adsorbents for the removal of Cr(VI) and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid. Journal of Colloid and Interface Science, 487, 297–309. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.10.057
Zubair, M., Mu’azu, N. D., & Al-Harthi, M. A. (2020). Adsorption behavior and mechanism of methylene blue, crystal violet, eriochrome black T, and methyl orange dyes onto biochar-derived date palm fronds waste produced at different pyrolysis conditions. Water, Air, & Soil Pollution, 231(6), 240. https://doi.org/10.1007/s11270-020-04595-x.