Research and Evaluation of Biochar Adsorption Capacity for Heavy Metal Ions from Aqueous Phase

Abstract

In this Master Thesis the removal of the most prevalent heavy metal ions (Cd(II), Pb(II), Cu(II), Zn(II)) by adsorption on Scots pine (Pinus sylvestris L.) biochar and Silver birch (Betula pendula) biochar has been investigated in column test, following the determination of physical and chemical adsorption properties of biochar. The dependence of adsorption efficiency on different initial concentrations of heavy metals, dosages of biochar, and biochar types was studied at constant pH of leaching solution, temperature and contact time. Adsorption capacity of Scots pine (Pinus sylvestris L.) biochar and Silver birch (Betula pendula) biochar was assessed by the adsorption isotherms and application of extended Freundlich and Redlich-Peterson equations. In this study biochar was evaluated as a potential adsorbent to efficiently reduce concentration of heavy metal ions in metal-contaminated water. Determined maximum adsorption capacity of Cd(II), Pb(II), Cu(II) and Zn(II) was 5.38, 4.49, 129.0 and 107.0 mg g-1, respectively. Structure: Introduction; Assessment of biochar adsorption properties for adsorption of heavy metal ions; Methodology of biochar adsorption experimental research; Results of the experimental research; Mathematical modeling of biochar adsorption process in aqueous system; Conclusions; Recommendations; References. Thesis consist of: 103 p. text without appendixes, 45 pictures, 13 tables, 175 bibliographical entries. Appendixes included.

Baigiamajame magistro darbe, atlikus bioanglies adsorbcinių fizikinių ir cheminių savybių nustatymą, buvo analizuojama labiausiai paplitusių sunkiųjų metalų jonų (Cd(II), Pb(II), Cu(II), Zn(II)) adsorbcija iš skystosios fazės ant paprastosios pušies (Pinus sylvestris L.) bioanglies ir karpotojo beržo (Betula pendula) bioanglies, taikant kolonėlės testą. Adsorbcijos efektyvumo priklausomybė buvo tirta nuo skirtingos sunkiųjų metalų pradinės koncentracijos tirpale, bioanglies dozės ir bioanglies tipų, išlaikant pastovų tirpalo pH, temperatūrą ir sąlyčio laiką. Paprastosios pušies (Pinus sylvestris L.) bioanglies ir karpotojo beržo (Betula pendula) bioanglies adsorbcinė geba buvo įvertinta adsorbcijos izotermėmis ir taikant išplėstąsias Freundlicho ir Redlicho-Peterseno lygtis. Šiame moksliniame tyriamajame darbe bioanglis buvo įvertinta kaip potencialus adsorbentas sunkiųjų metalų jonų koncentracijos mažinimui sunkiaisiais metalais užterštame vandenyje. Nustatyta maksimali Cd (II), Pb (II), Cu (II) ir Zn (II) ant bioanglies adsorbcijos geba atitinkamai buvo 5,38, 4,49, 129,0 ir 107,0 mg g-1. Darbą sudaro 8 dalys: įvadas; bioanglies adsorbcinių savybių sunkiųjų metalų jonų adsorbavimui vertinimas; bioanglies adsorbcijos eksperimentinių tyrimų metodika; eksperimentinių tyrimų rezultatai; bioanglies adsorbcijos proceso skystojoje fazėje matematinis modeliavimas; išvados; rekomendacijos; literatūros sąrašas. Darbo apimtis – 103 p. teksto be priedų, 45 iliustracijos, 13 lentelių, 177 bibliografiniai šaltiniai. Atskirai pridedami darbo priedai.