A state of the art review on phosphate removal from water by biochars

Resumo

Na última década, o biochar (BC) tem atraído atenção significativa para a remoção de poluentes de soluções aquosas. O biochar exibe muitas características distintivas que o tornam um adsorvente atraente devido à sua disponibilidade, baixo custo de fabricação e propriedades de superfície atraentes. Esta revisão apresenta um resumo abrangente da aplicação do BC na remediação de fosfato. A isoterma de adsorção, cinética, condições experimentais e o efeito de diferentes parâmetros de adsorção na remoção de fosfato são delineados. Os mecanismos de adsorção, efeito de íons coexistentes, estudos de dessorção e reutilização de exaustos de BC também são considerados. Os resultados demonstram que os BC não modificados possuem baixa capacidade de sorção de fosfato, com exceção dos BC com alto teor de minerais. Como tal, os BC projetados pela decoração com diferentes elementos demonstraram alterar as características de superfície dos adsorventes, como carga superficial, área superficial, diâmetro dos poros, volume dos poros e os grupos funcionais de superfície. Portanto, a capacidade de sorção de fosfato dos BC modificados foi significativamente melhorada em comparação com os adsorventes não modificados. Magnésio, alumínio, cálcio e lantânio foram de interesse significativo para a decoração de BC devido à sua alta afinidade pelos íons fosfato. O ferro também tem sido amplamente utilizado em compósitos de BC para aumentar a capacidade de adsorção de fosfato, além de fornecer uma oportunidade para a recuperação magnética do adsorvente. Com base nesta revisão, a pesquisa futura para aplicações de BC em termos de remoção de fosfato também é discutida.

Abstract

In the last decade, biochar (BC) has attracted significant attention for the removal of pollutants from aqueous solutions. Biochar exhibits many distinctive characteristics that make it an attractive adsorbent due to its availability, low manufacturing cost and compelling surface properties. This review presents a comprehensive summary of BC’s application in phosphate remediation. Adsorption isotherm, kinetics, experimental conditions and the effect of different adsorption parameters on phosphate removal are outlined. The adsorption mechanisms, effect of coexisting ions, desorption studies and reuse of exhausted BCs are also considered. The results demonstrate that unmodified BCs possess low phosphate sorption capacity with the exception of BCs with high minerals content. As such, engineered BCs by decoration with different elements have been shown to alter the surface characteristics of the adsorbents such as surface charge, surface area, pore diameter, pore volume and the surface functional groups. Therefore, the phosphate sorption capacity of modified BCs has been significantly improved compared to unmodified adsorbents. Magnesium, aluminum, calcium and lanthanum were of significant interests for BC decoration due to their high affinity toward phosphate ions. Iron has been also widely used in BC composites for increasing the adsorption capacity of phosphate, in addition to providing an opportunity for magnetic recovery of the adsorbent. Based on this review, future research for BC applications in terms of phosphate removal is also discussed.