Cadmium adsorption on iron-doped biochar derived from Guadua angustifolia residues through a dual experimental and theoretical approach

Abstract

Este estudio abarca el desafío ambiental planteado por la presencia de metales pesados en fuentes de agua, centrándose en la utilización de biochar derivado de residuos de Guadua angustifolia para la eliminación de cadmio. A través de enfoques tanto experimentales como teóricos, la investigación se alinea con los principios de remediación ambiental y economía circular mediante la reutilización de materiales de desecho. Por medio de dos métodos de síntesis, carbonización hidrotermal y pirólisis, se crearon muestras de hidrochar (HC) y pirochar (PC) respectivamente, cada una con características fisicoquímicas distintas. Posteriormente, se caracterizó el material mediante análisis de digestión, FTIR, espectroscopía Raman y XPS, lo que proporcionó percepciones sobre las propiedades de los materiales, el impacto del dopaje con hierro en las capacidades de adsorción y el entorno químico del biochar. La optimización del proceso de remoción de cadmio reveló que la capacidad de adsorción depende de varios factores, y se observó que a menores concentraciones de hierro se obtienen mejores resultados en la eliminación de cadmio. Los estudios cinéticos e isotérmicos mostraron una adsorción rápida por parte de las muestras de PC. Las isotermas obtenidas se ajustan al modelo de Freundlich en su proceso de adsorción. Se observó que el contenido intrínseco de hierro en las muestras de PC puede tener como resultado el promover la eficiencia de adsorción de cadmio. El estudio teórico destacó el papel de la configuración electrónica del hierro y su interacción con la matriz de biochar. El estudio computacional valida el efecto positivo de la incorporación de Fe2O3 en la mejora del proceso de adsorción de cadmio del biochar. Para futuras investigaciones, se recomienda incluir análisis SEM para comprender a fondo las propiedades superficiales y estructurales del biochar. Además, se sugiere estudiar biochar de Guadua angustifolia con un pretratamiento para eliminar el contenido de hierro y de precursores con mayor contenido intrínseco del mismo para elucidar el papel del hierro en la adsorción de cadmio. Este trabajo contribuye a la amplia comprensión del potencial del biochar con hierro para la remediación de metales pesados, enfatizando la necesidad de explorar más a fondo el papel del hierro en sus propiedades adsorbentes y fisicoquímicas.