Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nell'utilizzo della biomassa e nel campo della bonifica delle acque reflue, come la preparazione di carbonio modificato a base di biomassa per la rimozione di metalli pesanti nelle acque reflue. Il principale vantaggio di questa tecnica è che la pirolisi a microonde avvantaggia il successivo processo di modificazione per introdurre contemporaneamente più gruppi funzionali di azoto e ossigeno di carbonio. Per iniziare, sciacquare la bagassa con acqua deionizzata e mettere i campioni in un forno di essiccazione a 100 gradi Celsius per 10 ore.
Schiacciare la bagassa essiccata con una smerigliatrice. Quindi, setacciare la polvere attraverso un setaccio a 50 maglie. Ora, metti 30 grammi di polvere di bagassa fine in una soluzione di acido fosforico del 15% in un rapporto peso uno a uno per 24 ore.
Asciugare la miscela in forno a 105 gradi Celsius per sei ore. Raccogliere il prodotto risultante come precursore per il carbone attivo a base di bagassa, o BAC. Ora, metti 15 grammi del precursore in un forno a microonde con una frequenza di 2,45 gigahertz.
Impostare la potenza del forno a microonde a 900 watt per pirolizzare il campione per 22 minuti. Garantire una portata di azoto di 20 millilitri al minuto con un misuratore di portata del rotore. L'ingresso dell'aria del misuratore di portata del rotore è collegato a un cilindro di azoto utilizzando un tubo, mentre l'uscita è collegata all'ingresso dell'aria del forno a microonde.
Dopo aver permesso al carbonio risultante di raffreddare a temperatura ambiente in azoto, triturare e raccogliere il campione di carbonio in un becher. Ora, aggiungere 300 millilitri di acido cloridrico 0,1 molare. Mescolare la miscela utilizzando un agitatore magnetico a 200 giri/min per più di 12 ore a temperatura ambiente.
Filtrare il carbonio con carta filtrante con filtrazione sottovuoto. Quindi, sciacquare il campione con acqua deionizzata fino a quando il valore del pH dell'acqua di lavaggio è maggiore di sei. Asciugare il carbone attivo a base di bagassa pirolizzato a microonde, o MBAC, in un forno di essiccazione sottovuoto a 105 gradi Celsius per 24 ore.
Mescolare 50 millilitri di acido solforico concentrato e 50 millilitri di acido nitrico concentrato in un bicchiere a zero gradi Celsius. Quindi, aggiungere 10 grammi di MBAC alla soluzione mista. Utilizzare un agitatore magnetico per mescolare la miscela per 120 minuti a 200 giri/min.
Filtrare l'MBAC nitrificato con carta filtrante con filtrazione sottovuoto. Lavare il carbonio con acqua deionizzata fino a quando l'acqua di lavaggio raggiunge il pH sei. Quindi, asciugare il carbonio lavato in un forno di essiccazione a 90 gradi Celsius per 24 ore.
In un pallone a tre colli, aggiungere 5,05 grammi del prodotto risultante, 50 millilitri di acqua deionizzata e 20 millilitri di soluzione di ammonio 15 molare. Mescolare questa miscela per 15 minuti con un agitatore magnetico a 200 giri/min. Quindi, aggiungere 28 grammi di ditionite di sodio e lasciare la miscela mescolando a temperatura ambiente per 20 ore.
Dopo 20 ore, montare un condensatore di reflusso sul pallone e riscaldare la miscela fino a 100 gradi Celsius utilizzando un bagno d'olio. Aggiungere 120 millilitri di acido acetico 2,9 molare al pallone. Quindi, lasciare mescolare la miscela per cinque ore con un agitatore magnetico sotto reflusso.
Rimuovere il bagno d'olio per consentire alla soluzione di raffreddarsi a temperatura ambiente. Filtrare il campione di carbonio e lavarlo con acqua deionizzata fino a quando il pH della soluzione è maggiore di sei. Asciugare l'MBAC modificato a 90 gradi Celsius e denotarlo come MBAC-azoto.
Per eseguire la caratterizzazione strutturale attraverso l'adsorbimento dell'azoto e gli isotermi di desorbimento, pesare prima un tubo campione vuoto. Aggiungere circa 0,15 grammi del campione di carbonio al tubo campione. Degasa il campione a 110 gradi Celsius per cinque ore nel vuoto.
Quindi, pesare il tubo campione contenente carbonio e calcolare il peso del campione di carbonio. Installare il tubo campione nell'area di prova dell'analizzatore di superficie e porosimetria utilizzando azoto liquido per misurarlo a meno 196 gradi Celsius. Per eseguire la caratterizzazione chimica utilizzando la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier, controllare prima la temperatura e l'igrometro.
La temperatura deve essere da 16 a 25 gradi Celsius e l'umidità relativa dal 20% al 50%Rimuovere il essiccante e il coperchio della polvere nel magazzino del campione. Asciugare il campione di carbonio e il bromuro di potassio a 110 gradi Celsius per quattro ore per evitare l'effetto dell'acqua sullo spettro. Quindi, mescolare il campione di carbonio con bromuro di potassio e utilizzare un meccanismo di pressa per preparare il campione di prova.
Posizionare il campione nell'area di test e impostare i parametri del software. Quindi, salvare gli spettri ed eseminare il campione prima di elaborare gli spettri. Per eseguire gli esperimenti di adsorbimento degli ioni di rame, regolare prima il pH delle soluzioni di solfato di rame in pH cinque utilizzando acido nitrico 0,1 molare e soluzioni di idrossido di sodio 0,1 molare.
Quindi, posizionare 0,05 grammi di adsorbente in ciascuno dei contenitori conici contenenti 25 millilitri delle soluzioni di solfato di rame regolate con pH. Montare i coperchi sui contenitori conici e metterli in uno shaker orbitale termostatico con una velocità di agitazione di 150 giri/min a cinque gradi Celsius, 25 gradi Celsius e quindi 45 gradi Celsius per 240 minuti ad ogni temperatura. Utilizzare filtri a membrana da 0,22 micron per separare gli adsorbenti dalla soluzione.
Infine, utilizzare la spettrofotometria ad assorbimento atomico della fiamma per determinare la concentrazione di rame del filtrato. Qui sono riportate le caratteristiche strutturali e le composizioni elementali di tutti i campioni. La pirolisi e la modifica delle microonde contribuiscono a una superficie specifica più piccola e a un volume totale di pori inferiore ma a un maggiore contenuto di azoto e ossigeno.
Gli spettri FTIR mostrano che i materiali di carbonio modificati hanno ottenuto gruppi funzionali azoto/ossigeno distinti e il carbonio pirolizzato a microonde ottiene di più. L'effetto del pH sull'adsorbimento degli ioni di rame da parte di tutti i campioni è mostrato qui. L'MBAC-azoto presenta un migliore assorbimento di ioni di rame rispetto all'azoto EBAC, sebbene l'MBAC-azoto abbia una superficie e un volume dei pori inferiori, a causa di gruppi superficiali di azoto/ossigeno più abbondanti.
In questo modello viene proposto il meccanismo per l'adsorbimento degli ioni di rame mediante carbonio modificato. In questo processo di reazione, l'adsorbimento chimico comporta principalmente lo scambio ionico e la carnagione. Mentre il tentativo di utilizzare un approccio occidentale per preparare la biomassa a base di carbonio mesoporosico, era meglio proprietà fisicochimiche per pirolisi a microonde.
È importante determinare le condizioni sperimentali ottimali considerando l'effetto del rapporto di impregnazione, del tempo di pirolisi e della potenza del forno a microonde. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi di modifica che possono effettivamente introdurre gruppi più funzionali del carbonio al fine di superare le carenze, come la diminuzione della superficie specifica e il volume totale dei pori. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nel campo del nanomateriale funzionalizzato per esplorare la rapida preparazione del carbonio ad alto assorbimento dalla biomassa per la bonifica delle acque reflue.
Non dimenticare che lavorare con acido solforico concentrato e acido nitrico concentrato può essere estremamente pericoloso e precauzioni come gli occhiali protettivi dovrebbero sempre essere prese durante l'esecuzione di questa procedura.
