ココナッツシェルともみ殻からなるMnO修飾バイオ炭複合体。水系媒体中でのリチウムイオンの効率的な脱着性能を示す

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Chemosphere.2020 Jul;260:127500. S0045-6535(20)31694-5. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127500.Epub 2020-07-04.

ココナッツシェルともみ殻からなるMnO修飾バイオ炭複合体。水系媒体中でのリチウムイオンの効率的な脱着性能を示す

MnO-decorated biochar composites of coconut shell and rice husk: An efficient lithium ions adsorption-desorption performance in aqueous media.

Urooj Kamran
Soo-Jin Park

PMID: 32688308 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127500.

抄録

リチウム（Li）は、医薬品、繊維染料、電池など様々な用途に使用されています。そのため、環境にやさしく、効果的なリチウムの取り込み・回収材料の需要が高まっています。ここでは、籾殻（RH）とココナッツシェル（CS）のバイオマスを用いて、ゆっくりと熱分解することでハニカムネットワーク型バイオ炭（BC）前駆体を製造した。RHBC及びCSBCベースのMnO複合体は、KMnO濃度を2%, 3%及び4%に変化させてRHBC及びCSBC上に様々な比率でMnOを析出させた後、簡単な超音波処理及び熱処理を行うことにより合成された。製造したすべての複合材料の構造及び物理化学的特性を、いくつかの異なる機器を用いて分析した。いくつかのパラメータ(pH,吸着剤用量,Li初期濃度,接触時間)を最適化することにより、RHBC-MnxとCSBC-Mnx複合材料のLi吸着の比較研究のためにバッチ吸着実験を実施した。比較吸着分析の結果、RHBC-Mnx複合材料はCSBC-Mnx複合材料よりも強いLi吸着能力を示し、MnOの析出量を3%に増加させることで、両者とも最大のLi吸着容量(それぞれ62.85mggと57.8mgg)が得られることが明らかになった。運動論的研究の結果、Li吸着は擬似的な2次機構で進行することがわかった。また、溶出剤である塩酸を用いてリチウムの回収に成功し、工業的に合成した複合材料の利点を実証した。今回作製したRHBC-MnxおよびCSBC-Mnx複合材料は、リチウム吸着や水性媒体からの回収など、環境に優しい用途で経済的な複合材料として使用できる可能性があることを示している。

Lithium (Li) is used in various applications involving pharmaceuticals, textile dyes, and batteries. Therefore, the demand for environmentally friendly and effective materials for Li uptake and recovery continues to increase. Herein, rice husk (RH) and coconut shell (CS) biomasses were used to fabricate honeycomb-networked biochar (BC) precursors via slow pyrolysis. RHBC- and CSBC-based MnO composites were synthesized by depositing MnO in various ratios onto RHBC and CSBC by varying the KMnO concentration (2%, 3%, and 4%), followed by simple ultrasonication and heat-treatment methodologies. The structural and physicochemical properties of all of the fabricated composites were analyzed using several different instrumental methods. The batch adsorption experiments were performed for comparative Li-adsorption studies of RHBC-Mnx and CSBC-Mnx composites by optimizing several parameters (pH, adsorbent dose, Li initial concentration, and contact time). The comparative adsorption analysis revealed that the RHBC-Mnx composites exhibited stronger Li-adsorption ability than the CSBC-Mnx composites and that increasing the MnO deposition to 3% in both cases led to maximum Li adsorption capacities (62.85 mg g and 57.8 mg g), respectively. The kinetic studies show that Li adsorption proceeds through the pseudo-second-order mechanism. Li recovery was successfully carried out using HCl (eluting agent), thereby demonstrating the benefits of synthesized composites at the industrial scale. The current work indicates that the fabricated RHBC-Mnx and CSBC-Mnx composites may have potential for use as economical composites in eco-friendly applications such as Li adsorption and recovery from aqueous media.