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Equilibrium and kinetic mechanisms of woody biochar on aqueous glyphosate removal.
Chemosphere · 2016 · 144:2516-21 · PMID 26340852 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 환경과 생태 > 토양 거동
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본 연구에서는 바이오에너지 산업의 폐부산물로 얻은 목재(dendro) 바이오차를 이용한 수용성 글리포세이트 제거를 조사하였다. 흡착 실험을 통해 평형 등온선 및 동역학 데이터를 얻었다. 글리포세이트 흡착은 pH에 강하게 의존하였으며, pH 5-6 범위에서 최대치를 보였다. 이 pH 조건에서 글리포세이트 분자의 양성자화된 아미노 작용기가 $\pi$ 전자 풍부한 바이오차 표면과 $\pi-\pi$ 전자 공여체-수용체 상호작용을 통해 상호작용할 수 있다. 등온선 데이터는 프룬들리히(Freundlich) 모델과 템킨(Temkin) 모델에 가장 잘 적합하였으며, 이는 글리포세이트의 다층 흡착을 시사한다. 등온선 모델링을 통해 바이오차의 글리포세이트 최대 흡착 용량은 $44 \text{ mg/g}$으로 결정되었다. 흡착 속도는 매우 빨라 평형 도달 시간이 1시간 미만이었다. 동역학 분석에서는 가성 2차 반응식이 가장 효과적으로 기술되었으며, 속도 제한 단계는 흡착제와 흡착질 간의 전자를 공유하거나 교환하는 값 결합력(valence forces)을 포함하는 화학적 흡착일 가능성이 있다. FTIR 분광 분석 결과, 페놀성기, 아민기, 카르복실기 및 인산기가 흡착에 관여했음이 나타났다. 따라서, 글리포세이트 제거에 관여하는 메커니즘으로는 흡착질 분자와 바이오차 표면의 작용기 간의 불균일 화학흡착 과정이 제안될 수 있다.
ORIGINAL ABSTRACT
We investigated the removal of aqueous glyphosate using woody (dendro) biochar obtained as a waste by product from bioenergy industry. Equilibrium isotherms and kinetics data were obtained by adsorption experiments. Glyphosate adsorption was strongly pH dependent occurring maximum in the pH range of 5-6. The protonated amino moiety of the glyphosate molecule at this pH may interact with π electron rich biochar surface via π-π electron donor-acceptor interactions. Isotherm data were best fitted to the Freundlich and Temkin models indicating multilayer sorption of glyphosate. The maximum adsorption capacity of dendro biochar for glyphosate was determined by the isotherm modeling to be as 44 mg/g. Adsorption seemed to be quite fast, reaching the equilibrium <1 h. Pseudo-second order model was found to be the most effective in describing kinetics whereas the rate limiting step possibly be chemical adsorption involving valence forces through sharing or exchanging electrons between the adsorbent and sorbate. The FTIR spectral analysis indicated the involvement of functional groups such as phenolic, amine, carboxylic and phosphate in adsorption. Hence, a heterogeneous chemisorption process between adsorbate molecules and functional groups on biochar surface can be suggested as the mechanisms involved in glyphosate removal.
저자Mayakaduwa, S. S.; Kumarathilaka, P.; Herath, I.; Ahmad, M.; Al-Wabel, M.; Ok, Y. S.; Usman, A.; Abduljabbar, A.; Vithanage, M.
저널Chemosphere
권·호·쪽144, 2516-21
PMID26340852
DOI10.1016/j.chemosphere.2015.07.080
MeSHAdsorption; Charcoal; Fabaceae; Glycine; Herbicides; Kinetics; Waste Disposal, Fluid; Water Pollutants, Chemical; Wood; Glyphosate
APA 7판
Mayakaduwa, S. S., Kumarathilaka, P., Herath, I., Ahmad, M., Al-Wabel, M., Ok, Y. S., Usman, A., Abduljabbar, A., & Vithanage, M. (2016). Equilibrium and kinetic mechanisms of woody biochar on aqueous glyphosate removal. Chemosphere, 144, 2516-21. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.07.080
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