BIO-BASED CARBON ADSORBENTS
Authors: Дворянкин Д. Ю. . , Сафонова М. Е. . , Клепалова И. А. , Первова И. Г. 
Published: April 2024

Актуальным направлением исследований продолжает оставаться разработка методов переработки древесных опилок и растительных отходов с получением сорбционных материалов, применяемых для замены традиционных дорогостоящих сорбентов в процессах очистки природных вод и особенно для доочистки производственных сточных вод от ионов токсичных металлов. Целью исследования являлось изучение сорбционных свойств по отношению к ионам меди в статических и динамических условиях углеродных сорбентов, полученных на основе модифицированных различными способами древесно-растительных отходов. Установлено, что термическая модификация приводит к увеличению общего числа кислородсодержащих групп в обожженных при 300 ± 10 °C в течение 35 мин образцах сосновых опилок и скорлупы кедрового ореха (фракции 0,55–0,75 мм) примерно в 2 раза с практически равным соотношением между карбоксильными и гидроксильными группами. При химической модификации 5н HNO3 наблюдается значительное увеличение числа гидроксильных групп в обработанных кислотой углеродных сорбентах. Последовательно проведенная термическая и химическая модификация способствует не только увеличению общего числа кислородсодержащих групп, но и получению углеродных сорбентов с максимальной сорбционной емкостью порядка 12 мг/г. Выявлено, что и термическая и химическая обработка способствует получению сорбентов, механизм извлечения ионов Cu(II) на которых обусловлен мономолекулярной адсорбцией и описывается моделью Ленгмюра с коэффициентом аппроксимации, близким к 1. Повторное определение кислородсодержащих функциональных групп в составе исследуемых углеродных сорбентов после одно- кратной адсорбции показало сохранение их количества и даже увеличение в 2 раза для некоторых образцов. Испытания в динамических условиях позволяют рекомендовать методы химической и термохимической модификации для получения сорбентов с высокой способностью регенерации, что обусловливает возможность их применения в адсорбционных установках очистки сточных вод.

Nowadays, researchers continue to focus their efforts on developing techniques to prepare novel low-cost effective and renewable bio-based sorption materials as alternatives to traditional expensive and non-renewable adsorbents used for treatment of natural water and for removal of heavy metal ions from industrial wastewater. The aim of the research was to study the sorption properties in relation to copper ions under static and dynamic conditions of bio-based carbon adsorbents modified in various ways. It has been established that thermal modification leads to an increase in the total number of oxygen-containing groups in samples of pine sawdust (PS) and Siberian pine nut shells (SPNS) (fraction 0,55–0,75 mm) fired at 300 ± 10 °C for 35 minutes by about 2 times, with almost equal ratio between carboxyl and hydroxyl groups. Chemical modification with 5N HNO3 results to significant increase in the number of hydroxyl groups in acid-treated carbon adsorbents. Subsequently carried out thermal and chemical modifications contribute not only to an increase in the total number of oxygen-containing groups, but also to the production of carbon adsorbents with a maximum sorption capacity of about 12 mg/g. It was revealed that both thermal and chemical treatments contribute to the production of sorbents, the mechanism of extraction of Cu(II) ions on which is due to monomolecular adsorption and is described by the Langmuir model with an approximation coefficient close to 1. The repeated determination of oxygen-containing functional groups in the composition of the studied carbon sorbents after a single adsorption showed the keeping their amount the same and even an increase by a ratio of 2 to 1 for some samples. Tests under dynamic conditions make it possible to recommend chemical and thermochemical modifications for obtaining sorbents with a high regeneration capacity, which makes them suitable for use in adsorption plants for wastewater treatment.