Получение адсорбентов из подсолнечной лузги для удаления хрома (VI) из сточных вод

В последнее время в качестве сорбционных материалов для очистки воды от загрязняющих веществ часто используют отходы промышленного и сельскохозяйственного производства. Адсорбенты получали из подсолнечной лузги для очистки сточных вод от ионов хрома (VI). Исследования проводили на немодифицированной и модифицированной подсолнечной лузге и модельном растворе сточных вод, содержащем 10 мг/дм³ ионов хрома (VI). Для модификации подсолнечной лузги использовали растворы кислот (Н₂SO₄, HNO₃, HCl, Н₃PO₄) и щелочей (KOH, NaOH). Максимальную сорбционную емкость выявили у подсолнечной лузги, обработанной серной кислотой, поэтому в дальнейших опытах использовали только этот модифицирующий агент. Модификацию проводили 1−4 М растворами Н₂SO₄ при температурах 30−75 °С в течение 30−120 мин. Результаты проведенных исследований показали, что кислотная модификация подсолнечной лузги более эффективна, чем ее обработка щелочами. До достижения 3 М концентрации серной кислоты сорбционная емкость модифицированной ей подсолнечной лузги увеличивается, а затем начинает снижаться. Был построен 3-уровневый полный факторный план эксперимента, который позволил определить, что максимальная сорбционная емкость подсолнечной лузги достигается при ее модификации серной кислотой, имеющей концентрацию, равную 2,5 М, и температуру 60 °С. Проведенные исследования показали, что адсорбенты, полученные из подсолнечной лузги, можно использовать для удаления ионов хрома (VI) из сточных вод. Наиболее оптимальной и эффективной является методика модификации, при которой подсолнечную лузгу обрабатывают 2,5 М раствором серной кислоты при температуре 60 °С в течение 30 мин, промывают дистиллированной водой и высушивают при температуре 105 °С до постоянной массы.

1. Yang X., Wan Y., Zheng Y., He F., Yu Z., Huang J., et al. Surface functional groups of carbon-based adsorbents and their roles in the removal of heavy metals from aqueous solutions: a critical review // Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 366. P. 608–621. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.02.119.

2. Agarwal A., Upadhyay U., Sreedhar I., Singh S. A., Patel C. M. A review on valorization of biomass in heavy metal removal from wastewater // Journal of Water Process Engineering. 2020. Vol. 38. P. 101602. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101602.

3. Joseph L., Jun B.-M., Flora J. R. V., Park C. M., Yoon Y. Removal of heavy metals from water sources in the developing world using low-cost materials: a review // Chemosphere. 2019. Vol. 229. P. 142–159. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.04.198.

4. Zou Z., Tang Y., Jiang C., Zhang J. Efficient adsorption of Cr (VI) on sunflower seed hull derived porous carbon // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2015. Vol. 3, no. 2. P. 898–905. https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.02.025.

5. Beni A. A., Esmaeili A. Biosorption, an efficient method for removing heavy metals from industrial effluents: a review // Environmental Technology and Innovation. 2020. Vol. 17. P. 100503. https://doi.org/10.1016/j.eti.2019.100503.

6. Uddin M. K. A review on the adsorption of heavy metals by clay minerals, with special focus on the past decade // Chemical Engineering Journal. 2017. Vol. 308. P. 438–462. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.09.029.

7. Srisorrachatr S. Modified sunflower seed husks for metal ions removal from wastewater // Chemical Engineering Transactions. 2017. Vol. 57. P. 247–252. https://doi.org/10.3303/CET1757042.

8. Wan S., Wu J., Zhou S., Wang R., Gao B., He F. Enhanced lead and cadmium removal using biochar-supported hydrated manganese oxide (HMO) nanoparticles: behavior and mechanism // Science of the Total Environment. 2018. Vol. 616617. P. 1298−1306. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.10.188.

9. Anastopoulos I., Ighalo J. O., Igwegbe C. A., Giannakoudakis D. A., Triantafyllidis K. S., Pashalidis I., et al. Sunflower-biomass derived adsorbents for toxic/heavy metals removal from (waste) water // Journal of Molecular Liquids. 2021. Vol. 342. P. 117540. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117540.

10. Hubetska T. S., Kobylinska N. G., García J. R. Sunflower biomass power plant by-products: properties and its potential for water purification of organic pollutants // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2021. Vol. 157. P. 105237. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105237.

11. Thinakaran N., Baskaralingam P., Pulikesi M., Panneerselvam P., Sivanesan S. Removal of acid violet 17 from aqueous solutions by adsorption onto activated carbon prepared from sunflower seed hull // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 151. P. 316–322. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.05.076.

12. Konyali S. Sunflower production, consumption, foreign trade and agricultural policies in Turkey // Social Sciences Research Journal. 2017. Vol. 6, no. 4. P. 11–19.

13. Liou T.-H. Development of mesoporous structure and high adsorption capacity of biomass-based activated carbon by phosphoric acid and zinc chloride activation // Chemical Engineering Journal. 2010. Vol. 158, no. 2. P. 129–142. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.12.016.

14. Liu Y., Li X., Sun Y., Yang R., Lee Y., Ahn J.-H. Macro-microporous carbon with a three-dimensional channel skeleton derived from waste sunflower seed shells for sustainable room-temperature sodium sulfur batteries // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 853. P. 157316. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157316.

15. Alvear-Daza J. J., Pasquale G. A., Rengifo-Herrera J. A., Romanelli G. P., Pizzio L. R. Mesoporous activated carbon from sunflower shells modified with sulfonic acid groups as solid acid catalyst for itaconic acid esterification // Catalysis Today. 2021. Vol. 372. P. 51–58. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.12.011.

16. Yuan J. H., Xu R. K. The amelioration effects of low temperature biochar generated from nine crop residues on an acidic ultisol // Soil Use and Management. 2011. Vol. 27, no. 1. P. 110–115. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.2010.00317.x.

17. Жашуева К. А., Сиволобова Н. О., Грачева Н. В., Сикарская А. В. Очистка воды от ионов тяжелых металлов адсорбентами на основе растительных отходов // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 7. С. 142–143.

18. Abdulhussein S. A., Alwared A. I. Single and binary adsorption of Cu(II) and Ni(II) Ions from aqueous solutions by sunflower seed husk // Association of Arab Universities Journal of Engineering Sciences. 2019. Vol. 26, no. 1. P. 35–43. https://doi.org/10.33261/jaaru.2019.26.1.005.

19. Saleh M. E., El-Refaey A. A., Mahmoud A. H. Effectiveness of sunflower seed husk biochar for removing copper ions from wastewater: a comparative study // Soil and Water Research. 2016. Vol. 11. P. 53–63. https://doi.org/10.17221/274/2014-SWR.

20. Ларина О. Г., Овчаров С. Н., Калиниченко А. Ю. Физико-химический анализ формирования пористой структуры и эксплуатационных свойств термомодифицированных сорбентов для очистки сточных вод // Наука. Инновации. Технологии. 2018. N 3. С. 195–208. https://doi.org/10.37495/23084758-2018-3-181-195-208.

21. Molina-Sabio M., Rodriguez-Reinoso F. Role of chemical activation in the development of carbon porosity // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2004. Vol. 241, no. 1. P. 15−25. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.04.007.

22. Xu G., Yang X., Spinosa L. Development of sludge-based adsorbents: preparation, characterization, utilization and its feasibility assessment // Journal of Environmental Management. 2015. Vol. 151. P. 221−232. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.08.001.

23. Hwang H., Choi W., Kim T., Kim J., Oh K. The preparation of an adsorbent from mixtures of sewage sludge and coal-tar pitch using an alkaline hydroxide activation agent // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2008. Vol. 83. P. 220−226. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2008.09.011.

24. Liu Q.-S., Zheng T., Wang P., Guo L. Preparation and characterization of activated carbon from bamboo by microwave-induced phosphoric acid activation // Industrial Crops and Products. 2010. Vol. 31. P. 233−238. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2009.10.011.