Published May 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Biochar derived from non-customized matamba fruit shell as an adsorbent for wastewater treatment

Creators

  • 1. Nagasaki University
  • 2. Midlands State University
  • 3. Maejo University

Description

This study of Matamba shell reviled them as material with outstanding surface morphology, elemental and kinetic mechanism characteristics. Mutamba biochar revealed irregular honeycomb morphological transformation from the field emission scanning electron microscope after pyrolysis at 600 °C for 2 h. Energy dispersive X-ray spectroscopy revealed high content of carbon (72.68wt%), nitrogen (14.14wt%) and oxygen (10.35wt%) on the biochar surface. The available oxygen composition provides enough polarization ability for high iodine adsorption (43.65 mmol/g) from the experimental data which were significantly induced by weak van der Waals forces and π-π and π-stacking interaction on the biochar surface and its micropores. The carbon content above 50% in ash rich biochar with an increase in pyrolysis can be ascribed to elements incorporated into aromatic or heterocyclic ring system established through preferential loss of oxygen at 600 °C pyrolysis. The adsorption kinetics were conducted to evaluate the equilibrium adsorption of the novel material and Elovich and Intra particle diffusion better described well the kinetic adsorption through Iodine adsorption than pseudo first order and pseudo second order models. Elovich was the best model to fit the adsorption kinetics with 45.41 mmol/(g•min) adsorption rate. The second order Akaike Information Criterion (38.26), adjusted correlation coefficient R2 (0.9898) and sum of squares error (1.442) were used to fit the data. Consequently, the biochar in this study can serve as a promising green material for efficiently removing organic and inorganic contaminants from the environmental water ecosystem. The environmental significance of biochar will be of fundamental meaning to rural areas in developing countries in aquatic contaminants immobilization for water reuse. These results indicate that the Matamba fruit shells has the possibility to be used as an eco-friendly and low-cost effective adsorbent for anionic dye removal from the water environment. They also demonstrate the immense potential of the fruit shell waste to produce high performance biochar as an alternative green carbonaceous material that can be applied to adsorb organic and inorganic unwanted constituencies from wastewater as well as improvement of waste management in developing countries at a low cost. Its application as a pathway mitigation for diminishing greenhouse gasses and reducing the global warming potential could not be underestimated.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

أدانت هذه الدراسة قشرة ماتامبا على أنها مادة ذات خصائص مورفولوجية سطحية بارزة، وخصائص آلية عنصرية وحركية. كشف الفحم الحيوي موتامبا عن تحول شكلي غير منتظم لقرص العسل من المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية بعد التحلل الحراري عند 600 درجة مئوية لمدة ساعتين. كشف التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة عن وجود نسبة عالية من الكربون (72.68 ٪ بالوزن) والنيتروجين (14.14 ٪ بالوزن) والأكسجين (10.35 ٪ بالوزن) على سطح الفحم الحيوي. توفر تركيبة الأكسجين المتاحة قدرة استقطاب كافية لامتزاز اليود العالي (43.65 مللي مول/جم) من البيانات التجريبية التي تم تحفيزها بشكل كبير من قبل قوى فان دير فالس الضعيفة وتفاعل التراص π - π وπ على سطح الفحم الحيوي ومسامه الدقيقة. يمكن أن يعزى محتوى الكربون الذي يزيد عن 50 ٪ في الفحم الحيوي الغني بالرماد مع زيادة في الانحلال الحراري إلى العناصر المدمجة في نظام الحلقة العطرية أو الحلقية غير المتجانسة الذي تم إنشاؤه من خلال الفقدان التفضيلي للأكسجين عند 600 درجة مئوية من الانحلال الحراري. تم إجراء حركيات الامتزاز لتقييم امتزاز توازن المادة الجديدة ووصف انتشار جسيمات إيلوفيتش وداخلها بشكل أفضل الامتزاز الحركي من خلال امتزاز اليود أكثر من نماذج الدرجة الأولى الزائفة ونماذج الدرجة الثانية الزائفة. كان إلوفيتش أفضل نموذج يناسب حركية الامتزاز بمعدل امتزاز 45.41 مليمول/(جم•دقيقة). تم استخدام معيار معلومات أكايكي من الدرجة الثانية (38.26)، ومعامل الارتباط المعدل R2 (0.9898) ومجموع خطأ المربعات (1.442) لتناسب البيانات. وبالتالي، يمكن أن يكون الفحم الحيوي في هذه الدراسة بمثابة مادة خضراء واعدة لإزالة الملوثات العضوية وغير العضوية بكفاءة من النظام البيئي للمياه. ستكون الأهمية البيئية للفحم الحيوي ذات معنى أساسي للمناطق الريفية في البلدان النامية في تثبيت الملوثات المائية لإعادة استخدام المياه. تشير هذه النتائج إلى أن قشور فاكهة ماتامبا لديها إمكانية استخدامها كممتص صديق للبيئة وفعال من حيث التكلفة لإزالة الصبغة الأنيونية من بيئة المياه. كما أنها توضح الإمكانات الهائلة لنفايات قشرة الفاكهة لإنتاج الفحم الحيوي عالي الأداء كمواد كربونية خضراء بديلة يمكن تطبيقها على امتزاز الدوائر العضوية وغير العضوية غير المرغوب فيها من مياه الصرف الصحي وكذلك تحسين إدارة النفايات في البلدان النامية بتكلفة منخفضة. ولا يمكن التقليل من أهمية تطبيقه كمسار للتخفيف من حدة غازات الدفيئة والحد من إمكانات الاحترار العالمي.

Translated Description (French)

Cette étude de la coquille de Matamba les a vilipendés en tant que matériau présentant une morphologie de surface, des caractéristiques élémentaires et des mécanismes cinétiques exceptionnels. Mutamba biochar a révélé une transformation morphologique en nid d'abeille irrégulière à partir du microscope électronique à balayage à émission de champ après pyrolyse à 600 °C pendant 2 h. La spectroscopie aux rayons X à dispersion d'énergie a révélé une teneur élevée en carbone (72,68 % en poids), en azote (14,14 % en poids) et en oxygène (10,35 % en poids) à la surface du biochar. La composition en oxygène disponible offre une capacité de polarisation suffisante pour une adsorption élevée d'iode (43,65 mmol/g) à partir des données expérimentales qui ont été induites de manière significative par de faibles forces de van der Waals et une interaction d'empilement π-π et π sur la surface du biochar et ses micropores. La teneur en carbone supérieure à 50 % dans le biochar riche en cendres avec une augmentation de la pyrolyse peut être attribuée aux éléments incorporés dans le système cyclique aromatique ou hétérocyclique établi par une perte préférentielle d'oxygène à une pyrolyse à 600 °C. La cinétique d'adsorption a été menée pour évaluer l'adsorption d'équilibre du nouveau matériau et la diffusion des particules Elovich et Intra décrit mieux l'adsorption cinétique par adsorption d'iode que les modèles de pseudo premier ordre et de pseudo deuxième ordre. Elovich était le meilleur modèle pour s'adapter à la cinétique d'adsorption avec un taux d'adsorption de 45,41 mmol/(g•min). Le critère d'information Akaike du deuxième ordre (38,26), le coefficient de corrélation ajusté R2 (0,9898) et l'erreur de somme des carrés (1,442) ont été utilisés pour ajuster les données. Par conséquent, le biochar dans cette étude peut servir de matériau vert prometteur pour éliminer efficacement les contaminants organiques et inorganiques de l'écosystème environnemental de l'eau. L'importance environnementale du biochar aura une signification fondamentale pour les zones rurales des pays en développement dans l'immobilisation des contaminants aquatiques pour la réutilisation de l'eau. Ces résultats indiquent que les coquilles de fruits Matamba ont la possibilité d'être utilisées comme adsorbant écologique et efficace à faible coût pour l'élimination des colorants anioniques de l'environnement aquatique. Ils démontrent également l'immense potentiel des déchets de coquilles de fruits pour produire du biochar à haute performance en tant que matériau carboné vert alternatif pouvant être appliqué pour adsorber les constituants indésirables organiques et inorganiques des eaux usées ainsi que pour améliorer la gestion des déchets dans les pays en développement à faible coût. Son application comme voie d'atténuation pour diminuer les gaz à effet de serre et réduire le potentiel de réchauffement climatique ne pouvait pas être sous-estimée.

Translated Description (Spanish)

Este estudio de la concha de Matamba los denigró como un material con una morfología superficial sobresaliente, características del mecanismo elemental y cinético. El biochar Mutamba reveló una transformación morfológica irregular en forma de panal del microscopio electrónico de barrido de emisión de campo después de la pirólisis a 600 °C durante 2 h. La espectroscopía de rayos X de dispersión de energía reveló un alto contenido de carbono (72,68% en peso), nitrógeno (14,14% en peso) y oxígeno (10,35% en peso) en la superficie del biochar. La composición de oxígeno disponible proporciona suficiente capacidad de polarización para una alta adsorción de yodo (43.65 mmol/g) a partir de los datos experimentales que fueron inducidos significativamente por fuerzas débiles de van der Waals y la interacción de apilamiento π-π y π en la superficie del biocarbón y sus microporos. El contenido de carbono superior al 50% en el biochar rico en cenizas con un aumento en la pirólisis se puede atribuir a elementos incorporados en el sistema de anillos aromáticos o heterocíclicos establecidos a través de la pérdida preferencial de oxígeno a 600 °C de pirólisis. La cinética de adsorción se realizó para evaluar la adsorción en equilibrio del nuevo material y la difusión de Elovich e Intra partículas describió mejor la adsorción cinética a través de la adsorción de yodo que los modelos de pseudo primer orden y pseudo segundo orden. Elovich fue el mejor modelo para ajustar la cinética de adsorción con una tasa de adsorción de 45.41 mmol/(g•min). Para ajustar los datos se utilizó el criterio de información de Akaike de segundo orden (38.26), el coeficiente de correlación ajustado R2 (0.9898) y la suma del error de cuadrados (1.442). En consecuencia, el biochar en este estudio puede servir como un material verde prometedor para eliminar de manera eficiente los contaminantes orgánicos e inorgánicos del ecosistema hídrico ambiental. La importancia ambiental del biocarbón tendrá un significado fundamental para las zonas rurales de los países en desarrollo en la inmovilización de contaminantes acuáticos para la reutilización del agua. Estos resultados indican que las cáscaras de fruta de Matamba tienen la posibilidad de ser utilizadas como un adsorbente ecológico y de bajo costo para la eliminación de colorantes aniónicos del medio acuático. También demuestran el inmenso potencial de los residuos de cáscara de fruta para producir biochar de alto rendimiento como material carbonoso verde alternativo que se puede aplicar para adsorber constituyentes orgánicos e inorgánicos no deseados de las aguas residuales, así como para mejorar la gestión de residuos en los países en desarrollo a un bajo costo. No se puede subestimar su aplicación como una vía de mitigación para disminuir los gases de efecto invernadero y reducir el potencial de calentamiento global.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الفحم الحيوي مشتق من قشرة فاكهة ماتامبا غير المخصصة كممتص لمعالجة مياه الصرف الصحي
Translated title (French)
Biochar dérivé d'une coquille de matamba non personnalisée comme adsorbant pour le traitement des eaux usées
Translated title (Spanish)
Biochar derivado de la cáscara de la fruta matamba no personalizada como adsorbente para el tratamiento de aguas residuales

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4280569085
DOI
10.1016/j.jobab.2021.12.001

Is supplement to
https://openalex.org/W3133168690 (Other)
https://openalex.org/W2726540672 (Other)
https://openalex.org/W3160081720 (Other)
https://openalex.org/W3091306688 (Other)
https://openalex.org/W4295196983 (Other)
https://openalex.org/W3096992177 (Other)
https://openalex.org/W2000850899 (Other)
https://openalex.org/W2897976303 (Other)
https://openalex.org/W4206291980 (Other)
https://openalex.org/W2253284738 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Zimbabwe

References

  • https://openalex.org/W1902909288
  • https://openalex.org/W1968947388
  • https://openalex.org/W1974547720
  • https://openalex.org/W1988300613
  • https://openalex.org/W2012598519
  • https://openalex.org/W2012941229
  • https://openalex.org/W2019198614
  • https://openalex.org/W2020936047
  • https://openalex.org/W2034668545
  • https://openalex.org/W2047158303
  • https://openalex.org/W2055146079
  • https://openalex.org/W2058257437
  • https://openalex.org/W2065724284
  • https://openalex.org/W2084229875
  • https://openalex.org/W2092103619
  • https://openalex.org/W2101248971
  • https://openalex.org/W2112017750
  • https://openalex.org/W2155570897
  • https://openalex.org/W2158032727
  • https://openalex.org/W2170156776
  • https://openalex.org/W2292134589
  • https://openalex.org/W2300474821
  • https://openalex.org/W2342265980
  • https://openalex.org/W2463830813
  • https://openalex.org/W2607488522
  • https://openalex.org/W2769828534
  • https://openalex.org/W2770385631
  • https://openalex.org/W2777486231
  • https://openalex.org/W2779381102
  • https://openalex.org/W2783364093
  • https://openalex.org/W2789441041
  • https://openalex.org/W2895620190
  • https://openalex.org/W2910434534
  • https://openalex.org/W2920974995
  • https://openalex.org/W2928424227
  • https://openalex.org/W2944628854
  • https://openalex.org/W2995891825
  • https://openalex.org/W3045018614
  • https://openalex.org/W3075034888
  • https://openalex.org/W3127104264
  • https://openalex.org/W4234564799