Published September 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Fabrication and characterization of magnetic eucalyptus carbon for efficient Cr(VI) removal in aqueous solution and its mechanisms

Creators

  • 1. Guilin University of Technology
  • 2. University of Engineering and Technology Peshawar
  • 3. Yangtze University
  • 4. Zhejiang University
  • 5. Future University in Egypt
  • 6. Taif University

Description

For an exhaustive removal of Cr(VI), three different types of biochar were prepared, modified and evaluated for Cr(VI) removal from wastewater. Magnetic eucalyptus biochar (MBC) was synthesized via a facile pyrolysis process of eucalyptus biochar pretreated with FeCl3 firstly coupled with K2CO3 activation. As a comparison, raw biochar (BC) and FeCl3 modified biochar (FBC) were prepared. The physicochemical property of adsorbent synthesis and removal mechanism was examined using BET, SEM with EDS, zeta potential, XRD, FTIR, XPS and Vibrating sample magnetometer (VSM), and the effect of various reaction conditions and parameters were evaluated for Cr(VI) removal. Results demonstrated that compared to BC and FBC, MBC has a larger specific surface area (870.3264 m2/g), higher content of Fe mainly existed as γ-Fe2O3 and Fe3O4, and higher zeta potential (10.66). This is due to the significant alleviation of pore blockage caused by iron oxides and more efficient conversion of iron oxides with the participation of K2CO3 during modification process. Upon batch tests, the removal efficiency could achieve more than 91% for 200 mg/L Cr(VI) solution with optimum adsorbent dosage (0.01 g) at desired acid condition (pH = 2) within 9 h. The separation behavior of MBC for Cr(VI) was highly identical with elovich and Freundlich model. MBC showed better adsorption performance up to three cycles and under various co-existing ions. Besides, the removal ability of MBC gained an obvious increase of 2–5 folds and 3–10 folds at different initial Cr(VI) concentrations, compared with BC and FBC. Characterization analyses unraveled that physicochemical removal process was responsible for the efficient elimination of Cr(VI) in an aqueous solution, resulting from adsorption, electrostatic attraction, pore filling, complexation, ion exchange, redox reaction and precipitation due to the fabrication of iron oxides into biochar.

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

Translated Description (Arabic)

لإزالة شاملة لـ Cr(VI)، تم تحضير ثلاثة أنواع مختلفة من الفحم الحيوي وتعديلها وتقييمها لإزالة Cr(VI) من مياه الصرف الصحي. تم تصنيع الفحم الحيوي الأوكالبتوس المغناطيسي (MBC) عبر عملية تحلل حراري سهلة من الفحم الحيوي الأوكالبتوس المعالج مسبقًا بـ FeCl3 مقترنًا أولاً بتنشيط K2CO3. وعلى سبيل المقارنة، تم تحضير الفحم الحيوي الخام (BC) والفحم الحيوي المعدل FeCl3 (FBC). تم فحص الخاصية الفيزيائية الكيميائية لآلية التخليق والإزالة الممتزة باستخدام BET، SEM مع EDS، جهد زيتا، XRD، FTIR، XPS ومقياس مغناطيسية العينة الاهتزازية (VSM)، وتم تقييم تأثير ظروف ومعلمات التفاعل المختلفة لإزالة Cr(VI). أظهرت النتائج أنه بالمقارنة مع BC و FBC، فإن MBC لديها مساحة سطح محددة أكبر (870.3264 م 2/جم)، ومحتوى أعلى من Fe موجود بشكل أساسي مثل γ - Fe2O3 و Fe3O4، وإمكانات زيتا أعلى (10.66). ويرجع ذلك إلى التخفيف الكبير من انسداد المسام الناجم عن أكاسيد الحديد والتحويل الأكثر كفاءة لأكاسيد الحديد بمشاركة K2CO3 أثناء عملية التعديل. عند اختبارات الدفعة، يمكن أن تحقق كفاءة الإزالة أكثر من 91 ٪ لمحلول 200 مجم/لتر Cr(VI) مع الجرعة الممتزة المثلى (0.01 جم) في حالة الحمض المطلوبة (الأس الهيدروجيني = 2) في غضون 9 ساعات. كان سلوك فصل MBC لـ Cr(VI) متطابقًا للغاية مع نموذج elovich و Freundlich. أظهر MBC أداءً أفضل للامتزاز يصل إلى ثلاث دورات وتحت مختلف الأيونات الموجودة. إلى جانب ذلك، اكتسبت قدرة إزالة MBC زيادة واضحة من 2–5 طيات و 3–10 طيات بتركيزات Cr(VI) أولية مختلفة، مقارنة بـ BC و FBC. كشفت تحليلات التوصيف أن عملية الإزالة الفيزيائية الكيميائية كانت مسؤولة عن التخلص الفعال من Cr(VI) في محلول مائي، ناتج عن الامتزاز، والجذب الكهروستاتيكي، وملء المسام، والتعقيد، والتبادل الأيوني، وتفاعل الأكسدة، وهطول الأمطار بسبب تصنيع أكاسيد الحديد في الفحم الحيوي.

Translated Description (French)

Pour une élimination exhaustive du Cr(VI), trois types différents de biochar ont été préparés, modifiés et évalués pour l'élimination du Cr(VI) des eaux usées. Le biochar d'eucalyptus magnétique (MBC) a été synthétisé via un processus de pyrolyse facile du biochar d'eucalyptus prétraité avec FeCl3 tout d'abord couplé à l'activation de K2CO3. À titre de comparaison, le biochar brut (BC) et le biochar modifié par FeCl3 (FBC) ont été préparés. La propriété physico-chimique de la synthèse et du mécanisme d'élimination de l'adsorbant a été examinée à l'aide de BET, SEM avec EDS, potentiel zêta, XRD, FTIR, XPS et magnétomètre à échantillon vibrant (VSM), et l'effet de diverses conditions et paramètres de réaction a été évalué pour l'élimination du Cr(VI). Les résultats ont démontré que par rapport au BC et au FBC, le MBC a une plus grande surface spécifique (870,3264 m2/g), une teneur plus élevée en Fe principalement sous forme de γ-Fe2O3 et Fe3O4, et un potentiel zêta plus élevé (10,66). Cela est dû à l'atténuation significative du blocage des pores causé par les oxydes de fer et à une conversion plus efficace des oxydes de fer avec la participation de K2CO3 au cours du processus de modification. Lors des essais par lots, l'efficacité d'élimination pourrait atteindre plus de 91 % pour une solution de Cr(VI) à 200 mg/L avec une dose optimale d'adsorbant (0,01 g) à l'état acide souhaité (pH = 2) en 9 h. Le comportement de séparation du CSM pour le Cr(VI) était très identique au modèle d'élovich et de Freundlich. Le CSM a montré de meilleures performances d'adsorption jusqu'à trois cycles et sous divers ions co-existants. En outre, la capacité d'élimination du MBC a augmenté de manière évidente de 2 à 5 fois et de 3 à 10 fois à différentes concentrations initiales de Cr(VI), par rapport au BC et au FBC. Les analyses de caractérisation ont révélé que le processus d'élimination physico-chimique était responsable de l'élimination efficace du Cr(VI) dans une solution aqueuse, résultant de l'adsorption, de l'attraction électrostatique, du remplissage des pores, de la complexation, de l'échange d'ions, de la réaction redox et de la précipitation due à la fabrication d'oxydes de fer en biochar.

Translated Description (Spanish)

Para una eliminación exhaustiva de Cr(VI), se prepararon, modificaron y evaluaron tres tipos diferentes de biochar para la eliminación de Cr(VI) de las aguas residuales. El biochar magnético de eucalipto (MBC) se sintetizó a través de un proceso de pirólisis fácil de biochar de eucalipto pretratado con FeCl3 en primer lugar junto con la activación de K2CO3. Como comparación, se prepararon biochar en bruto (BC) y biochar modificado con FeCl3 (FBC). La propiedad fisicoquímica del mecanismo de síntesis y eliminación de adsorbentes se examinó utilizando BET, SEM con EDS, potencial zeta, XRD, FTIR, XPS y magnetómetro de muestra vibrante (VSM), y se evaluó el efecto de varias condiciones y parámetros de reacción para la eliminación de Cr(VI). Los resultados demostraron que, en comparación con BC y FBC, MBC tiene una mayor área de superficie específica (870,3264 m2/g), un mayor contenido de Fe existía principalmente como γ-Fe2O3 y Fe3O4, y un mayor potencial zeta (10,66). Esto se debe al alivio significativo del bloqueo de poros causado por los óxidos de hierro y a una conversión más eficiente de los óxidos de hierro con la participación de K2CO3 durante el proceso de modificación. Tras las pruebas por lotes, la eficiencia de eliminación podría alcanzar más del 91% para una solución de 200 mg/L de Cr(VI) con una dosis óptima de adsorbente (0.01 g) en la condición ácida deseada (pH = 2) dentro de las 9 h. El comportamiento de separación de MBC para Cr(VI) fue altamente idéntico al modelo de Elovich y Freundlich. MBC mostró un mejor rendimiento de adsorción hasta tres ciclos y bajo varios iones coexistentes. Además, la capacidad de eliminación de MBC ganó un aumento obvio de 2–5 pliegues y 3–10 pliegues a diferentes concentraciones iniciales de Cr(VI), en comparación con BC y FBC. Los análisis de caracterización revelaron que el proceso de eliminación fisicoquímica era responsable de la eliminación eficiente de Cr(VI) en una solución acuosa, como resultado de la adsorción, la atracción electrostática, el llenado de poros, la complejación, el intercambio iónico, la reacción redox y la precipitación debido a la fabricación de óxidos de hierro en biochar.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تصنيع وتوصيف كربون الأوكالبتوس المغناطيسي لإزالة الكروم(VI) بكفاءة في المحلول المائي وآلياته
Translated title (French)
Fabrication et caractérisation du carbone magnétique d'eucalyptus pour une élimination efficace du Cr(VI) en solution aqueuse et ses mécanismes
Translated title (Spanish)
Fabricación y caracterización de carbono magnético de eucalipto para la eliminación eficiente de Cr(VI) en solución acuosa y sus mecanismos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4379741369
DOI
10.1016/j.arabjc.2023.105047

Is supplement to
https://openalex.org/W4295196983 (Other)
https://openalex.org/W3199771669 (Other)
https://openalex.org/W3150549663 (Other)
https://openalex.org/W3133168690 (Other)
https://openalex.org/W3096992177 (Other)
https://openalex.org/W3091306688 (Other)
https://openalex.org/W2726540672 (Other)
https://openalex.org/W2377508262 (Other)
https://openalex.org/W2253284738 (Other)
https://openalex.org/W2068714345 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1064012993
  • https://openalex.org/W1972668297
  • https://openalex.org/W1981129217
  • https://openalex.org/W1988657025
  • https://openalex.org/W2009435196
  • https://openalex.org/W2098547240
  • https://openalex.org/W2196108873
  • https://openalex.org/W2592181859
  • https://openalex.org/W2769854090
  • https://openalex.org/W2796391937
  • https://openalex.org/W2805407418
  • https://openalex.org/W2810007151
  • https://openalex.org/W2890792348
  • https://openalex.org/W2900327195
  • https://openalex.org/W2911119440
  • https://openalex.org/W2973011909
  • https://openalex.org/W2991376253
  • https://openalex.org/W3006522771
  • https://openalex.org/W3009135305
  • https://openalex.org/W3014612252
  • https://openalex.org/W3037455242
  • https://openalex.org/W3096265932
  • https://openalex.org/W3113219455
  • https://openalex.org/W3116627647
  • https://openalex.org/W3119347416
  • https://openalex.org/W3155241692
  • https://openalex.org/W3158025512
  • https://openalex.org/W3161208262
  • https://openalex.org/W3166897755
  • https://openalex.org/W3176463737
  • https://openalex.org/W3184747692
  • https://openalex.org/W3188620034
  • https://openalex.org/W3196495855
  • https://openalex.org/W3198027082
  • https://openalex.org/W3200665325
  • https://openalex.org/W3214220644
  • https://openalex.org/W3216320958
  • https://openalex.org/W3217121126
  • https://openalex.org/W4200391371
  • https://openalex.org/W4223541591
  • https://openalex.org/W4223907493
  • https://openalex.org/W4225166750
  • https://openalex.org/W4229036601
  • https://openalex.org/W4280502276
  • https://openalex.org/W4281780015
  • https://openalex.org/W4283718215
  • https://openalex.org/W4283743293
  • https://openalex.org/W4286206445
  • https://openalex.org/W4306790763
  • https://openalex.org/W4309773726
  • https://openalex.org/W4322766689
  • https://openalex.org/W4323928735
  • https://openalex.org/W4328137213
  • https://openalex.org/W4363651917
  • https://openalex.org/W4367857093