Блог

Jul 10, 2023

Адсорбционное поведение и эффективность аммония на биоугле соломы сорго из воды

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 5358 (2022) Цитировать эту статью, 1999 г. Доступ 10 цитирований 1 Подробности Altmetric Metrics Сорго широко использовалось для производства спиртных напитков и пивоварения, но

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 5358 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1999 г.

10 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Сорго широко использовалось для производства спиртных напитков и пивоварения, но как эффективно использовать солому сорго (СС) стало актуальной проблемой. Между тем сточные воды винодельческих предприятий представляют собой типичные органические сточные воды с высокой концентрацией аммония. Для решения проблемы использования ресурсов СС и удаления аммония из воды СС использовали для приготовления биоугля в качестве адсорбента для адсорбции аммония. Были проведены эксперименты по периодической адсорбции для изучения факторов влияния и механизмов адсорбции аммония на биоугле соломы сорго (SSB). Результаты показали, что адсорбционная способность SSB значительно выше, чем у SS. Самой высокой адсорбционной способностью обладал SSB, пиролизованный при 300 °C. Благоприятный уровень pH составлял 6–10, оптимальная дозировка – 2,5 г/л. Процесс и поведение адсорбции соответствовали кинетическим моделям псевдовторого порядка и моделям адсорбции на основе изотермы Ленгмюра. Максимальная адсорбционная способность SSB по аммонию при 45 °C составила 7,09 мг/г, что эквивалентно 7,60-кратной емкости SS. Адсорбция аммония SS и SSB была преимущественно химической адсорбцией. Тест на регенерацию показал, что SSB имел хорошие характеристики регенерации после трех циклов адсорбции-регенерации. Эта работа предполагает, что SSB потенциально может быть применен для очистки сточных вод, содержащих аммоний, с целью повторного использования ресурсов.

Аммоний является одной из основных форм азота в сточных водах. Большое количество аммония, попадающее в водную среду, может привести к серьезному загрязнению окружающей среды и угрожать здоровью человека1,2. Поэтому необходим эффективный контроль и удаление аммония из сточных вод для обеспечения качества водной среды3. В настоящее время обычно используемые методы удаления аммония из воды в основном включают ионный обмен, химическое осаждение, адсорбцию, биологическую нитрификацию/денитрификацию, физическую химию и т. д.4,5,6,7,8. Среди них наиболее перспективным методом лечения считается адсорбционный метод. Его преимущества заключаются в небольшой площади оборудования, высокой эффективности удаления, простоте процесса и возобновляемом адсорбенте9. Однако существует множество видов адсорбентов с разными адсорбционными эффектами10,11,12. Хотя некоторые адсорбенты обладают хорошими адсорбционными эффектами (например, активированный уголь, глинистые минералы, углеродные нанотрубки и графен), их стоимость выше, чем у биоугля, полученного из отходов соломы. Например, температура активации активированного угля высока, а процесс активации более сложен, чем у биоугля13. Поэтому исследования и разработки недорогого и высокоэффективного адсорбента стали горячей точкой в ​​этой области.

С увеличением производства спиртных напитков площади посевов сорго, одного из основных сырьевых материалов для производства спиртных напитков, увеличились, что привело к образованию большого количества отходов соломы сорго (СС). В 2019 году урожай сорго в Китае достиг 7,227 млн ​​тонн. По соотношению сорго к СС было подсчитано, что производство СС может достичь 9,395 млн тонн14. В настоящее время методы использования ресурсов SS в основном включают возврат соломы в поле, корм для животных, энергию из соломы, субстрат из соломы и т. д. Из-за ограничений технического уровня, экономики и признания рынка уровень использования SS все еще относительно низок, с лишь небольшая часть из них используется в качестве ресурсов, а большая часть утилизируется путем открытого сжигания. Это не только приводит к растрате ресурсов, но и приводит к загрязнению сельской природной среды. Поэтому вопрос о том, как в полной мере использовать стебли сорго в качестве ресурса, стал непростой задачей.

Биоуголь относится к классу высокоароматических нерастворимых твердых веществ, получаемых путем пиролиза (обычно температура карбонизации <700 °C) и карбонизации органических материалов, таких как солома сельскохозяйственных культур, древесные материалы и навоз домашнего скота, в условиях ограниченного содержания кислорода или без него15,16. Хорошо развитая пористая структура и относительно большая удельная поверхность (УПП) биоугля обеспечивают хорошую адсорбционную способность17. Поэтому применение биоугля для восстановления окружающей среды привлекло большое внимание16. Биоуголь все чаще используется в качестве адсорбента для таких загрязнителей, как тяжелые металлы18,19,20,21, хлорфтор22, органические загрязнители23,24, фосфат25,26,27,28, аммоний и т.д.2,28,29,30,31. ,32. Куи и др. (2016) изучили адсорбционный эффект биоугля, полученного из шести биомасс водно-болотных угодий при 500 °C, на аммоний и обнаружили, что биоуголь канна обладает наибольшей адсорбционной способностью (5,60 мг/г)29. Хуанг и др. (2020) использовали композиты глина/биоуголь для адсорбции аммония в воде и обнаружили, что процесс адсорбции больше соответствует кинетической модели псевдовторого порядка и модели адсорбции на основе изотермы Фрейндлиха33. Когда Сюэ и др. (2019) использовали биоуголь на основе пищевых отходов для адсорбции аммония в воде. Они обнаружили, что уравнение Ленгмюра лучше соответствует поведению адсорбции, а адсорбция биоугля стеблей кукурузы аммонием была спонтанным экзотермическим процессом. Максимальная адсорбционная емкость составила 7,174 мг/г30. Ван и др. (2020c) использовали FeCl3 и HCl для модификации биоугля пшеничной соломы и обнаружили, что способность к адсорбции аммония улучшилась на 14%34. Хотя было проведено множество исследований по очистке аммония в сточных водах с использованием биоугля из различного сырья2,29,30,35, сообщалось о немногих исследованиях по использованию биоугля, полученного из SS, для удаления аммония из воды. Использование биоугля, приготовленного SS, позволяет не только эффективно адсорбировать загрязняющие вещества, но и реализовать использование ресурсов соломенных отходов. Поэтому изучение биоугля соломы сорго (SSB) является актуальным.