Preparación de biomasa carbono mesoporoso con mayor nitrógeno-/ adsorción quelantes de oxígeno para Cu(II) a través de microondas pre-pirolisis

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en la utilización de la biomasa y el campo de remediación de aguas residuales, como la preparación de carbono modificado a base de biomasa para la eliminación de metales pesados en aguas residuales. La principal ventaja de esta técnica es que la pirólisis de microondas beneficia el proceso de modificación posterior para introducir simultáneamente más nitrógeno y oxígeno grupos funcionales de carbono. Para comenzar, enjuague el bagase con agua desionizada y coloque las muestras en un horno de secado a 100 grados centígrados durante 10 horas.

Aplastar el bagase seco con una trituradora. Luego, tamiza el polvo a través de un tamiz de 50 mallas. Ahora, coloque 30 gramos de polvo de bagasón fino en una solución de ácido fosfórico del 15 por ciento de peso en una proporción de peso uno a uno durante 24 horas.

Seque la mezcla en un horno a 105 grados Centígrados durante seis horas. Recoja el producto resultante como precursor del carbón activado a base de bagase, o BAC. Ahora, ponga 15 gramos del precursor en un horno microondas con una frecuencia de 2.45 gigahertz.

Ajuste la potencia del horno microondas a 900 vatios para pirolizar la muestra durante 22 minutos. Asegurar un caudal de nitrógeno de 20 mililitros por minuto con un medidor de flujo de rotor. La entrada de aire del caudalímetro del rotor está conectada a un cilindro de nitrógeno mediante una manguera, mientras que la salida está conectada a la entrada de aire del horno microondas.

Después de permitir que el carbono resultante se enfríe a temperatura ambiente en nitrógeno, triturar y recoger la muestra de carbono en un vaso de precipitados. Ahora, agregue 300 mililitros de ácido clorhídrico 0.1-molar. Revuelva la mezcla con un agitador magnético a 200 rpm durante más de 12 horas a temperatura ambiente.

Filtrar el carbono por papel de filtro con filtración al vacío. A continuación, enjuague la muestra con agua desionizada hasta que el valor de pH del agua de lavado sea superior a seis. Seque el carbón activado a base de bagase piroelécórtado por microondas, o MBAC, en un horno de secado al vacío a 105 grados centígrados durante 24 horas.

Mezclar 50 mililitros de ácido sulfúrico concentrado y 50 mililitros de ácido nítrico concentrado en un vaso de precipitados a cero grados centígrados. A continuación, agregue 10 gramos de MBAC a la solución mixta. Utilice un agitador magnético para agitar la mezcla durante 120 minutos a 200 rpm.

Filtrar el MBAC nitrifico por papel de filtro con filtración al vacío. Lave el carbono con agua desionizada hasta que el agua de lavado alcance el pH de seis. Luego, seque el carbono lavado en un horno de secado a 90 grados Centígrados durante 24 horas.

En un matraz de tres cuellos, agregue 5,05 gramos del producto resultante, 50 mililitros de agua desionizada y 20 mililitros de solución de amonio 15 molares. Revuelva esta mezcla durante 15 minutos con un agitador magnético a 200 rpm. Luego, agregue 28 gramos de ditionita de sodio, y deje la mezcla revolviendo a temperatura ambiente durante 20 horas.

Después de 20 horas, coloque un condensador de reflujo en el matraz y caliente la mezcla hasta 100 grados Celsius usando un baño de aceite. Añadir 120 mililitros de ácido acético 2.9-molar al matraz. Luego, deje que la mezcla se revuelva durante cinco horas con un agitador magnético bajo reflujo.

Retire el baño de aceite para permitir que la solución se enfríe a temperatura ambiente. Filtrar la muestra de carbono y lavarla con agua desionizada hasta que el pH de la solución sea superior a seis. Seque el MBAC modificado a 90 grados centígrados y denote como MBAC-nitrógeno.

Para realizar la caracterización estructural a través de isotermas de adsorción y desorción de nitrógeno, primero pese un tubo de muestra vacío. Añadir aproximadamente 0,15 gramos de la muestra de carbono al tubo de muestra. Desgasar la muestra a 110 grados centígrados durante cinco horas en vacío.

A continuación, pese el tubo de muestra que contiene carbono y calcule el peso de la muestra de carbono. Instale el tubo de muestra en el área de ensayo de la superficie y el analizador de porosimetría utilizando nitrógeno líquido para medirlo a menos 196 grados centígrados. Para realizar la caracterización química utilizando la espectroscopia infrarroja de transformación de Fourier, compruebe primero la temperatura y el higrómetro.

La temperatura debe ser de 16 a 25 grados celsius y la humedad relativa 20%a 50%Retire el desecante y la cubierta de polvo en el almacén de muestras. Seque la muestra de carbono y el bromuro de potasio a 110 grados Celsius durante cuatro horas para evitar el efecto del agua en el espectro. Luego, mezcle la muestra de carbono con bromuro de potasio y utilice un mecanismo de prensa para preparar la muestra de prueba.

Coloque la muestra en el área de prueba y establezca los parámetros del software. A continuación, guarde los espectros y saque la muestra antes de procesar los espectros. Para realizar los experimentos de adsorción de iones de cobre, primero ajuste el pH de las soluciones de sulfato de cobre a pH cinco utilizando soluciones de ácido nítrico 0.1-molar e hidróxido de sodio 0.1-molar.

A continuación, coloque 0,05 gramos de adsorbente en cada uno de los matraces cónicos que contienen 25 mililitros de las soluciones de sulfato de cobre ajustadas al pH. Coloque las tapas en los matraces cónicos y colóquelas en un agitador orbital termostático con una velocidad de agitación de 150 rpm a cinco grados centígrados, 25 grados centígrados y luego 45 grados centígrados durante 240 minutos a cada temperatura. Utilice filtros de membrana de 0,22 micras para separar los adsorbentes de la solución.

Por último, utilice la espectrofotometría de absorción atómica de llama para determinar la concentración de cobre del filtrado. Las características estructurales y composiciones elementales de todas las muestras se muestran aquí. La pirólisis y modificación por microondas contribuyen a una superficie específica más pequeña y a un volumen total de poros más pequeño, pero a un mayor contenido de nitrógeno y oxígeno.

Los espectros FTIR muestran que los materiales de carbono modificados han obtenido distintos grupos funcionales de nitrógeno/oxígeno, y el carbono pirolizado por microondas obtiene más. Aquí se muestra el efecto del pH en la adsorción de iones de cobre por todas las muestras. El nitrógeno MBAC presenta una mejor adsorción de iones de cobre que el ebAC-nitrógeno, aunque el MBAC-nitrógeno tiene una superficie y un volumen de poros más bajos, debido a grupos de superficies de nitrógeno/oxígeno más abundantes.

En este modelo, se propone el mecanismo para la adsorción de iones de cobre por carbono modificado. En este proceso de reacción, la adsorción química implica principalmente el intercambio iónico y complejo. Mientras que el intento de utilizar un enfoque occidental para preparar la biomasa a base de carbono mesoporoso, fue mejores propiedades fisicoquímicas por pirólisis de microondas.

Es importante determinar las condiciones experimentales óptimas teniendo en cuenta el efecto de la relación de impregnación, el tiempo de pirólisis y la potencia del horno de microondas. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos de modificación que pueden introducir eficazmente grupos más funcionales del carbono con el fin de superar las deficiencias, como la disminución de la superficie específica y el volumen total de poros. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo del nanomaterial funcionalizado exploraran la rápida preparación de carbono de alta adsorción de biomasa para la remediación de aguas residuales.

No olvide que trabajar con ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado puede ser extremadamente peligroso, y siempre se deben tomar precauciones como gafas protectoras durante la realización de este procedimiento.