Blog

Jul 10, 2023

Comportement d'adsorption et performances de l'ammonium sur le biocharbon de paille de sorgho à partir de l'eau

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 5358 (2022) Citer cet article Accès 1999 10 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics Le sorgho a été largement utilisé pour la production d'alcool et le brassage, mais

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 5358 (2022) Citer cet article

1999 Accès

10 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Le sorgho a été largement utilisé pour la production d'alcool et le brassage, mais comment utiliser efficacement la paille de sorgho (SS) est devenu un problème urgent. Pendant ce temps, les eaux usées produites par la vinification sont des eaux usées organiques typiques avec une concentration élevée en ammonium. Pour résoudre le problème de l’utilisation des ressources en SS et éliminer l’ammonium de l’eau, le SS a été utilisé pour préparer du biochar comme adsorbant pour l’adsorption de l’ammonium. Des expériences d'adsorption par lots ont été réalisées pour étudier les facteurs d'influence et les mécanismes d'adsorption de l'ammonium sur le biocharbon de paille de sorgho (SSB). Les résultats ont montré que la capacité d’adsorption du SSB était bien supérieure à celle du SS. Le SSB pyrolysé à 300 °C avait la capacité d'adsorption la plus élevée. Le pH favorable était de 6 à 10 et la dose optimale était de 2,5 g/L. Le processus et le comportement de l'adsorption étaient conformes aux modèles d'adsorption cinétique du pseudo-second ordre et isotherme de Langmuir. La capacité maximale d'adsorption d'ammonium de la SSB à 45 °C était de 7,09 mg/g, ce qui équivalait à 7,60 fois celle de la SS. L’adsorption d’ammonium des SS et SSB était principalement une adsorption chimique. Le test de régénération a indiqué que la SSB avait de bonnes performances de régénération après trois cycles d'adsorption-régénération. Ce travail suggère que la SSB pourrait potentiellement être appliquée au traitement des eaux usées contenant de l'ammonium pour atteindre l'objectif de recyclage des ressources.

L'ammonium est l'une des principales formes d'azote présente dans les eaux usées. Une grande quantité d’ammonium pénétrant dans l’environnement aquatique peut entraîner une grave pollution de l’environnement et menacer la santé humaine1,2. Par conséquent, un contrôle et une élimination efficaces de l’ammonium des eaux usées pour garantir la qualité de l’environnement aquatique sont nécessaires3. De nos jours, les traitements couramment utilisés pour éliminer l'ammonium dans l'eau comprennent principalement l'échange d'ions, la précipitation chimique, l'adsorption, la nitrification/dénitrification biologique, la chimie physique, etc.4,5,6,7,8. Parmi elles, la méthode d’adsorption est considérée comme la méthode de traitement la plus prometteuse. Il présente les avantages d'une petite surface d'équipement, d'une efficacité d'élimination élevée, d'un processus simple et d'un adsorbant renouvelable9. Cependant, il existe de nombreux types d’adsorbants ayant des effets d’adsorption différents10,11,12. Bien que certains adsorbants aient de bons effets d'adsorption (comme le charbon actif, les minéraux argileux, les nanotubes de carbone et le graphène), le coût est plus élevé que celui du biocharbon préparé à partir de déchets de paille. Par exemple, la température d'activation du charbon actif est élevée et le processus d'activation est plus compliqué que celui du biochar13. Par conséquent, la recherche et le développement d’un adsorbant à faible coût et à haute efficacité sont devenus un point chaud dans ce domaine.

En tant que l'une des principales matières premières pour la fabrication de liqueur, la superficie plantée du sorgho a été augmentée avec l'augmentation de la production de liqueur, ce qui a entraîné une grande quantité de déchets de paille de sorgho (SS). En 2019, le rendement du sorgho en Chine avait atteint 7,227 millions de tonnes. Selon le ratio sorgho/SS, il a été estimé que la production de SS pourrait atteindre 9,395 millions de tonnes14. Actuellement, les méthodes d'utilisation des ressources en SS comprennent principalement la paille retournée au champ, l'alimentation animale, l'énergie de la paille et le substrat de paille, etc. En raison des limitations du niveau technique, de l'économie et de l'acceptation du marché, le taux d'utilisation des SS est encore relativement faible, avec seules quelques parties d’entre elles sont utilisées comme ressources, et la plupart d’entre elles sont éliminées par brûlage à l’air libre. Cela entraîne non seulement un gaspillage de ressources, mais entraîne également une pollution de l'environnement naturel rural. Par conséquent, comment tirer pleinement parti des tiges de sorgho en tant que ressources est devenu un défi.

Le biochar fait référence à une classe de substances solides insolubles hautement aromatiques produites par pyrolyse (généralement température de carbonisation < 700 °C) et carbonisation de matières organiques telles que les pailles de récolte, les matériaux ligneux et le fumier de bétail dans des conditions limitées ou sans O215,16. La structure poreuse bien développée et la surface spécifique (SSA) relativement grande du biochar lui confèrent une bonne capacité d’adsorption17. Par conséquent, l’application du biocharbon à la dépollution de l’environnement a attiré beaucoup d’attention16. Le biochar est de plus en plus utilisé comme adsorbant pour des polluants tels que les métaux lourds18,19,20,21, le chlorofluoro22, les polluants organiques23,24, le phosphate25,26,27,28 et l'ammonium, etc.2,28,29,30,31. ,32. Cui et coll. (2016) ont étudié l'effet d'adsorption du biocharbon préparé à partir de six biomasses de zones humides à 500 °C sur l'ammonium et ont découvert que le biocharbon canna avait la plus grande capacité d'adsorption (5,60 mg/g)29. Huang et coll. (2020) ont utilisé des composites argile/biocharbon pour adsorber l’ammonium dans l’eau et ont découvert que le processus d’adsorption était plus conforme au modèle cinétique de pseudo-second ordre et au modèle d’adsorption isotherme de Freundlich33. Lorsque Xue et al. (2019) ont utilisé du biocharbon à base de déchets alimentaires pour adsorber l'ammonium dans l'eau, ils ont constaté que l'équation de Langmuir était mieux adaptée au comportement d'adsorption et que l'adsorption du biocharbon de tige de maïs sur l'ammonium était un processus exothermique spontané. La capacité d'adsorption maximale était de 7,174 mg/g30. Wang et coll. (2020c) ont utilisé FeCl3 et HCl pour modifier le biocharbon de paille de blé et ont constaté que la capacité d'adsorption de l'ammonium était améliorée de 14 %34. Bien qu'il y ait eu de nombreuses études sur le traitement de l'ammonium dans les eaux usées à l'aide de biocharbon provenant de différentes matières premières2,29,30,35, peu d'études sur l'utilisation de biocharbon dérivé de SS pour éliminer l'ammonium dans l'eau ont été rapportées. L'utilisation du biochar préparé par SS peut non seulement adsorber efficacement les polluants, mais également réaliser l'utilisation des ressources des déchets de paille. Par conséquent, l’étude du biocharbon de paille de sorgho (SSB) est nécessaire.