Slow pyrolysis of waste sawdust and plastics for production of biochar and its use for removal of copper in acidic solution

Abstract

This study investigates the preparation of biochar using waste plastic from recycling processes as a catalyst through slow pyrolysis at temperatures of 300, 400, and 500 degrees Celsius. Physical and chemical properties were analyzed using SEM-EDX, XRD, BET, and FTIR techniques, as well as the adsorption capacity for copper in acidic solutions. The physical characteristics revealed that the plastic sawdust remained black, brittle, and shiny due to wood vinegar, indicating potential applications for heavy metal adsorption. Biochar prepared at 500 degrees Celsius had the highest carbon content, with a specific surface area of 0.6656 m²/g and the largest pore size of 56.0534 nanometers. The adsorption isotherms indicated Type III adsorption, with layer reflections suggesting a hexagonal structure similar to graphite. Experimental results showed that adsorption equilibrium was reached within 60 minutes for all three temperatures. Biochar prepared at 500 degrees Celsius exhibited the highest copper adsorption capacity at 71 mg/L. The adsorption mechanisms were described by the FL-PFO and Redlich-Peterson models, indicating physical adsorption. In conclusion, the prepared biochar offers a viable alternative for water and wastewater treatment, demonstrating effective copper adsorption and potential for sustainable waste reduction. Biochar prepared from waste plastic can significantly reduce waste while providing an efficient material for heavy metal adsorption. The study's findings suggest that using waste plastic in biochar production not only enhances environmental sustainability by reducing plastic waste but also improves water quality through efficient copper adsorption. This dual benefit underscores the potential of biochar as a sustainable solution in environmental management.

งานวิจัยนี้ศึกษาการเตรียมไบโอชาร์ที่มีพลาสติกเหลือทิ้งจากกระบวนการรีไซเคิลเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยกระบวนการแยกสลายด้วยความร้อนแบบช้าที่อุณหภูมิ 300 400 และ 500 องศาสเซลเซียส และศึกษาลักษณะทางกายภาพและทางเคมี เช่น SEM-EDX XRD BET และ FTIR และความสามารถในการดูดซับคอปเปอร์ในสารละลายกรด จากการศึกษาพบว่า ลักษณะทางกายภาพมีลักษณะของขี้เลื่อยพลาสติกเป็นสีดำ มีความเปราะ มันวาวเกิดจากน้ำส้มควันไม้ บ่งถึงการนำไปประยุกต์ใช้สำหรับการดูดซับโลหะหนักได้ ถ่านชาร์ที่เตรียมได้ที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส มีองค์ประกอบของคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักสูงที่สุด พื้นที่ผิวจำเพาะที่ 500 องศาเซลเซียส มีขนาดรูพรุนใหญ่ที่สุดที่ 56.0534 นาโนเมตร มีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 0.6656 ตารางเมตรต่อกรัม ไอโซเทอมมีลักษณะการดูดซับประเภทที่สาม การสะท้อนของระนาบแสดงถึงลักษณะของรูปหกเหลี่ยม มีลักษณะคล้าย จากผลการทดลองพบว่าทั้งสามอุณหภูมิมีระยะเวลาที่เข้าสู่สภาวะสมดุลของการดูดซับคือ 60 นาที โดยถ่านชาร์ที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส มีความสามารถดูดซับสารละลายคอปเปอร์ได้มากที่สุดถึง 71 มิลลิกรัมต่อลิตร กลไกลการดูดซับบแสดงแบบจำลอง FL‐PFO และแบบจำลองของ Redlich – Peterson ซึ่งเป็นการดูดซับทางกายภาพ สรุปได้ว่าถ่านชาร์ที่เตรียมได้สามารถนำไปใช้เป็นทางเลือก สำหรับการบำบัดน้ำและน้ำเสีย