ウォーターヒヤシンス(Eichhornia crassipes)の水溶液中のアルギン酸バイオチャービーズを用いたカドミウム(II)の除去

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Environ. Pollut..2020 Sep;264:114785. S0269-7491(19)35219-4. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114785.Epub 2020-05-10.

ウォーターヒヤシンス(Eichhornia crassipes)の水溶液中のアルギン酸バイオチャービーズを用いたカドミウム(II)の除去

Removal of Cadmium (II) using water hyacinth (Eichhornia crassipes) biochar alginate beads in aqueous solutions.

Cenwei Liu
Jing Ye
Yi Lin
Jian Wu
G W Price
D Burton
Yixiang Wang

PMID: 32559880 DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114785.

抄録

ウォーターヒヤシンス（Eichhornia crassipes）から製造されたバイオ炭は、特定の重金属の除去に有効な吸着剤であり、この侵襲性の高い種の防除手段であることが実証されている。本研究では、異なる温度で生成し、硫酸第一鉄/硫酸第一鉄(MBAC)を用いて改質したアルギン酸塩封入ウォーターヒヤシンスバイオチャール(BAC)のカドミウム収着ダイナミクスを調べた。最大カドミウム収着はpH6及び溶液温度37℃で発生した。アルギン酸二炭カプセル(BAC)及び改質アルギン酸二炭カプセル(MBAC)の収着平衡は、Langmuir(R=0.876から0.99)及びFreundlich(R=0.849から0.971)の両方程式に適合していた。Langmuir等温線はFreundlich等温線よりも優れた適合性を示し、最大収着容量は24.2から45.8mg Cd gであった。Freundlichモデルにおけるより大きなK値は、BACとMBACの吸着剤がCdに強く結合していることを示唆しており、MBAC処理のK値はBAC処理よりも31から178%の範囲であった。カドミウムの吸着は、500℃以上の温度で生成されたバイオ炭を用いた処理では、擬似的な一次カイネティクス（R=0.926～0.991）に従っており、より高い除去効率が得られた。本研究の結果から、ウォーターヒヤシンス由来のバイオ炭アルギン酸塩カプセルが排水中のカドミウム除去に有効である可能性が示唆された。

Biochar produced from water hyacinths (Eichhornia crassipes) has been demonstrated to be an effective adsorbent for the removal of certain heavy metals and as a means of control for this highly invasive species. This study involved examined the Cd sorption dynamics of an alginate encapsulated water hyacinth biochar (BAC) generated at different temperatures and modified using ferric/ferrous sulfate (MBAC). The maximum Cd sorption occurred at a pH of 6 and at a solution temperature of 37 °C. Sorption equilibria for the biochar-alginate capsule (BAC) and modified biochar-alginate capsule (MBAC) treatments fit both the Langmuir (R = 0.876 to 0.99) and Freundlich (R = 0.849 to 0.971) equations. Langmuir isotherms had a better fit than the Freundlich isotherms, with maximum sorption capacities ranging from 24.2 to 45.8 mg Cd g. Larger K values in Freundlich modeling suggest strong bonding of the BAC and MBAC sorbents to Cd, with values of K in the MBAC treatments ranging between 31 and 178% greater than the BAC treatments. Cd sorption followed pseudo first-order kinetics (R = 0.926 to 0.991) with greater efficiency of removal using treatments with biochar generated at temperatures >500 °C. Results from this study highlight the potential for biochar-alginate capsules derived from water hyacinth to be effective for the removal of Cd from wastewaters.