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Jul 10, 2023

Comportamento de adsorção e desempenho de amônio em biocarvão de palha de sorgo proveniente de água

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 5358 (2022) Citar este artigo 1999 Acessos 10 Citações 1 Detalhes de métricas altmétricas O sorgo tem sido amplamente utilizado para produção de bebidas alcoólicas e cervejaria, mas

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 5358 (2022) Citar este artigo

Acessos de 1999

10 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

O sorgo tem sido amplamente utilizado na produção de bebidas alcoólicas e na fabricação de cerveja, mas como fazer a utilização eficiente da palha de sorgo (SS) tornou-se um problema urgente. Entretanto, as águas residuais produzidas pela vinificação são águas residuais orgânicas típicas com elevada concentração de amónio. Para resolver o problema de utilização de recursos do SS e remover o amônio da água, o SS foi usado para preparar biocarvão como adsorvente para adsorção de amônio. Experimentos de adsorção em lote foram realizados para estudar os fatores de influência e mecanismos de adsorção de amônio no biochar de palha de sorgo (SSB). Os resultados mostraram que a capacidade de adsorção do SSB foi muito superior à do SS. O SSB pirolisado a 300 °C apresentou a maior capacidade de adsorção. O pH favorável foi de 6–10 e a dosagem ideal foi de 2,5 g/L. O processo e comportamento de adsorção obedeceram aos modelos de adsorção cinética de pseudo-segunda ordem e isoterma de Langmuir. A capacidade máxima de adsorção de amônio do SSB a 45 °C foi de 7,09 mg/g, o que equivalia a 7,60 vezes o SS. A adsorção de amônio de SS e SSB foi principalmente adsorção química. O teste de regeneração indicou que o SSB teve bom desempenho de regeneração após três ciclos de adsorção-regeneração. Este trabalho sugere que o SSB poderia ser potencialmente aplicado ao tratamento de esgoto contendo amônio para atingir o objetivo de reciclagem de recursos.

O amônio é uma das principais formas de nitrogênio nas águas residuais. Uma grande quantidade de amônio que entra no ambiente aquático pode resultar em grave poluição ambiental e ameaçar a saúde humana1,2. Portanto, é necessário um controlo e remoção eficazes de amónio das águas residuais para garantir a qualidade do ambiente aquático3. Hoje em dia, os tratamentos comumente utilizados para remoção de amônio na água incluem principalmente troca iônica, precipitação química, adsorção, nitrificação/desnitrificação biológica, físico-química, etc.4,5,6,7,8. Dentre eles, o método de adsorção é considerado o método de tratamento mais promissor. Possui as vantagens de pequena área de equipamento, alta eficiência de remoção, processo simples e adsorvente renovável9. No entanto, existem muitos tipos de adsorventes com diferentes efeitos de adsorção10,11,12. Embora alguns adsorventes tenham bons efeitos de adsorção (como carvão ativado, minerais argilosos, nanotubos de carbono e grafeno), o custo é maior do que o biochar preparado a partir de resíduos de palha. Por exemplo, a temperatura de ativação do carvão ativado é alta e o processo de ativação é mais complicado que o do biochar13. Portanto, a pesquisa e o desenvolvimento de um adsorvente de baixo custo e alta eficiência tornaram-se um ponto importante neste campo.

Sendo uma das principais matérias-primas para a produção de licor, a área de plantação de sorgo tem aumentado com o aumento da produção de licor, resultando numa grande quantidade de resíduos de palha de sorgo (SS). Em 2019, a produção de sorgo na China atingiu 7,227 milhões de toneladas. De acordo com a relação sorgo/SS, estimou-se que a produção de SS poderia atingir 9,395 milhões de toneladas14. Atualmente, os métodos de utilização de recursos de SS incluem principalmente palha que retorna ao campo, ração animal, energia de palha e substrato de palha, etc. Devido à limitação do nível técnico, da economia e da aceitação do mercado, a taxa de utilização de SS ainda é relativamente baixa, com apenas algumas partes deles são usadas como recursos, e a maioria deles é eliminada através de queima a céu aberto. Não só provoca um desperdício de recursos, mas também resulta na poluição do ambiente natural rural. Portanto, como aproveitar plenamente os talos de sorgo como recursos tornou-se um desafio.

Biochar refere-se a uma classe de substâncias sólidas insolúveis altamente aromáticas produzidas por pirólise (geralmente a temperatura de carbonização <700 °C) e carbonização de materiais orgânicos, como palhas de colheitas, materiais de madeira e esterco de gado sob condições limitadas ou sem O215,16. A estrutura porosa bem desenvolvida e a área superficial específica (SSA) relativamente grande do biochar fazem com que ele tenha boa capacidade de adsorção . Portanto, a aplicação do biochar na remediação ambiental tem atraído muita atenção16. O biochar tem sido cada vez mais utilizado como adsorvente de poluentes como metais pesados18,19,20,21, clorofluoro22, poluentes orgânicos23,24, fosfato25,26,27,28 e amônio, etc.2,28,29,30,31 ,32. Cui et al. (2016) estudaram o efeito de adsorção do biochar preparado a partir de seis biomassas de áreas úmidas a 500 °C em amônio e descobriram que o biochar de canna tinha a maior capacidade de adsorção (5,60 mg/g)29. Huang et al. (2020) usaram compósitos argila/biocarvão para adsorver amônio em água e descobriram que o processo de adsorção estava mais alinhado com o modelo cinético de pseudo-segunda ordem e o modelo de adsorção isotérmica de Freundlich33. Quando Xue et al. (2019) usaram biocarvão à base de resíduos alimentares para adsorver amônio na água, descobriram que a equação de Langmuir se ajustava melhor ao comportamento de adsorção, e a adsorção do biocarvão do talo de milho ao amônio foi um processo exotérmico espontâneo. A capacidade máxima de adsorção foi de 7,174 mg/g30. Wang et al. (2020c) usaram FeCl3 e HCl para modificar o biocarvão da palha de trigo e descobriram que a capacidade de adsorção de amônio foi melhorada em 14%34. Embora tenha havido muitos estudos sobre o tratamento de amônio em águas residuais usando biocarvão de diferentes matérias-primas2,29,30,35, poucos estudos sobre o uso de biocarvão derivado de SS para remover amônio na água foram relatados. O uso de biochar preparado pela SS pode não apenas adsorver poluentes de forma eficaz, mas também realizar a utilização de recursos de resíduos de palha. Portanto, o estudo do biochar de palha de sorgo (SSB) é necessário.