顕著な鉛吸着能を有するリグニン系バイオコンポジット調製のための超音波処理法による大麦ワラからのリグニン抽出

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Int. J. Biol. Macromol..2020 Jul;S0141-8130(20)33827-7. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.074.Epub 2020-07-15.

顕著な鉛吸着能を有するリグニン系バイオコンポジット調製のための超音波処理法による大麦ワラからのリグニン抽出

Lignin extraction from barley straw using ultrasound-assisted treatment method for a lignin-based biocomposite preparation with remarkable adsorption capacity for lead.

Siroos Iravani Mohammadabadi
Vahid Javanbakht

PMID: 32679319 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.074.

抄録

本研究では、超音波を用いてリグニンを抽出した後、ゲル化固化法によりリグニンを抽出した。抽出されたリグニンは、水溶液からの鉛重金属除去用のバイオ吸着剤として、新規なバイオコンポジットを合成するための補強材として用いられた。バイオコンポジットの構造的及び化学的特性は、FESEM, EDX, FTIR及びBET分析によりそれぞれ決定した。その結果、バイオコンポジットビーズは、異なる条件での水溶液からの鉛除去プロセスにおいて、効率的な吸着剤として使用することができた。また、点ゼロ電荷の研究と、接触時間,pH,温度,初期濃度,吸着速度,等温線,熱力学などの吸着に有効なパラメータ、及び吸着材の再生・再利用についても検討した。その結果、C=210mg/L,T=328K,pH=5において、実験的に最大吸着容量365.43mg-gが得られた。実験データは、線形回帰(R)、カイ二乗統計量(χ)、誤差の二乗和(SSE)により、それぞれ疑似二次運動モデル及びフロイントリッヒ等温モデルにより良好に調整された。熱力学パラメータを解析した結果、吸熱・自然吸着過程を示すことがわかった。合成したバイオコンポジットの再生・再利用の結果は、5段階の吸着サイクル後に高い吸着効率を示した。

In this study, lignin was extracted using ultrasonic and then, by the gelation-solidification method. The extracted lignin was used as reinforcement for the synthesis of a novel biocomposite as biosorbent for removal of lead heavy metal from aqueous solutions. The structural and chemical characteristics of biocomposite were determined by FESEM, EDX, FTIR, and BET analyses, respectively. Biocomposite beads were used as an efficient adsorbent in the lead removal process from aqueous solutions in different conditions. Also, point zero charge studies and the effective parameters on adsorption such as contact time, pH, temperature and initial concentration, kinetics, isotherms, and thermodynamics of the adsorption, and adsorbent regeneration and reuse were investigated. The maximum experimental adsorption capacity of the adsorbent was obtained 365.43 mg·g at C = 210 mg/L, T = 328 K, and pH = 5. The experimental kinetic and equilibrium data were well adjusted with pseudo-second-order kinetic models and Freundlich isotherm models, respectively, according to linear regression (R), chi-square statistic (χ), and the sum of the squares of the errors (SSE). The thermodynamics parameters were analyzed and the results showed an endothermic and spontaneous adsorption process. Regeneration and reuse results of the synthesized biocomposite represented highly adsorption efficiency after five adsorption cycle stages.