Efficiency of biochars in the removal of heavy metals

Abstract

Toxic metals are naturally present in the environment even if there is no anthropic action. Several methods are used for the removal of these metals from water and effluents, such as: chemical precipitation, oxidation/reduction, filtration, ion exchange, membrane separation, and adsorption. Biosorption stands out as an effective treatment because it has a high rate of renewal in nature, low production costs, and high removal of metals due to the possibility of recovery of the contaminant, either by incinerating the biomass or by desorbing it. Thus, this study identified some biochars used as adsorbents for the removal of  copper, lead, chromium, and mercury in water. It can be concluded from this study that adsorption is a very efficient technique for removing or recovering heavy metals from the environment. These biocarbons are alternatives that can replace commercial activated carbon because, besides having a low production cost, they have been shown to efficiently remove metal ions, ensuring an effective treatment in compliance with effluent release standards.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Ali, M. H. H.; & Abdel-Satar, A. M. (2017). Removal of some heavy metals from aqueous solutions using natural wastes orange peel activated carbon. IJRDO-Journal of Applied Science, v.3, Issue-3, Paper-2, March, 2017.

Altun, T.; Kar, Y. (2016). Removal of Cr (VI) from aqueous solution by pyrolytic charcoals. New Carbon Materials, v. 31, Issue 5, p. 501-509, October, 2016. https://doi.org/10.1016/S1872-5805(16)60028-8

Costa, D. A.; Mendonça, R. H.; & Wysard Junior, M. M. (2017). Avaliação da remoção de cromo (III) por materiais compósitos porosos adsorventes de PE-g-MA, fibra de coco e quitosana, usando planejamento experimental. Engenharia Sanitária & Ambiental, Rio de Janeiro, v.22, n.6, p.1203-1213, Dec.2017. http://dx.doi.org/10.1590/s1413-41522017119214

Doria Herrera, G. M.; Uribe, G. C. V.; Anaguano, A. H.; & Suarez, D. G. (2016). Estudio preliminar de la cascarilla de arroz modificada y su efecto en la adsorción de Cr(VI) en solución. Producción + Limpia, Caldas, v.11, n.1, p.103-116, Jan. 2016.

Eckert, C. T.; Frigo, E. P.; Bastos, R. K.; Mari Júnior, A.; Mari, A. G.; & Cabral, A. C. (2013). Biomassa Residual Vegetal. Revista Brasileira de Energias Renováveis, v. 4, p. 32-44, 2013.

Ekinci, E., Budinova, T., Yardim, F., Petrov, N., Razvigorova, M., & Minkova, V. (2002). Removal of mercury ion from aqueous solution by activated carbons obtained from biomass and coals. Fuel Processing Technology, 77-78, 437–443, 2002. https://doi.org/10.1016/S0378-3820(02)00065-6

Figueredo, N. A.; Costa, L. M.; Melo, L. C. A.; Siebeneichlerd, E. A.; & Tronto, J. (2017). Characterization of biochars from different sources and evaluation of release of nutrients and contaminants. Revista Ciência Agronômica, Fortaleza, v. 48, n. 3, p. 3-403, July 2017. http://dx.doi.org/10.5935/1806-6690.20170046

Ferreira, D. C.; Da Silva, N. A.; Lima, A. F.; & Begnini, M. L. (2012). Biosorção de chumbo e níquel pelas fibras do Cocos nucifera L. FAZU em Revista, Uberaba, n.9, p. 64-68, 2012.

Ferreira, L. A. Utilização do bagaço de cana-de-açúcar como adsorvente dos íons Cd(II), Cr(III) e Pb(II). Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis – IMESA, 54f, Assis, 2018.

Ferreira, P. P. L.; Braga, R. M.; Teodoro, N. M. A.; Melo, V. R. M.; Melo, D. M. A.; & Melo, M. A. F. (2015). Adsorção de Cu (II) e Cr(III) em efluentes líquidos utilizando a cinza do bagaço da cana-de-açúcar. Cerâmica, v. 61, n. 360, São Paulo, 2015. http://dx.doi.org/10.1590/0366-69132015613601945

Geelhoed, J.; Meeussen, J.; Hillier, S.; Lumsdon, D.; Thomas, R.; Farmer, J.; & Paterson, E. (2002). Identification and geochemical modeling of processes controlling leaching of Cr(VI) and other major elements from chromite ore processing residue. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 66, n. 22, p. 3927–3942, 2002. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(02)00977-8

Giri, A. K.; Patel, R.; & Mandal, S. (2012). Removal of Cr (VI) from aqueous solution by Eichhornia crassipes root biomass-derived activated carbon. Chemical Engineering Journal, v. 185-186, p. 71-81, March, 2012. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.01.025

Golin, D. M. (2007). Remoção de chumbo de meios líquidos através de adsorção utilizando carvão ativado de origem vegetal e resíduos vegetais. Dissertação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Minerais. 111f. Universidade Federal do Paraná – Curitiba, 2007. Recuperado de https://www.acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/19078/Dirce%20Maria%20Golin_Rem%20Chumbo_Entrega%20Biblioteca.pdf?sequence=1&isAllowed=y

González, P. G., & Pliego-Cuervo, Y. B. (2014). Adsorption of Cd(II), Hg(II) and Zn(II) from aqueous solution using mesoporous activated carbon produced from Bambusa vulgaris striata. Chemical Engineering Research and Design, 92(11), 2715–2724, 2014. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.02.013

Gunatilake, S. K. (2015). Methods of Removing Heavy Metals from Industrial Wastewater. Journal of Multidisciplinary Engineering Science Studies, v. 1, n. 1, p. 12-18, 2015.

Gupta, G. K.; Ram, M.; Bala, R.; Kapur, M.; & Mondal, M. K. (2018). Pyrolysis of chemically treated corncob for biochar production and its application in Cr (VI) removal. Environmental Progress & Sustainable Energy, v. 37, Issue 5, p. 1606-1617, 2018. https://doi.org/10.1002/ep.12838

Haris, H.; Aris, A. Z.; & Mokhtar, M. (2017). Mercury and methylmercury distribution in the intertidal surface sediment of a heavily anthrophogenically impacted saltwater-mangrove-sediment interplay zone. Chemosphere, v. 166, p. 323– 333, 2017. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.09.045

Hokkanen, S., Bhatnagar, A., & Sillanpaa, M. (2016). A review on modification methods to cellulose-based adsorbents to improve adsorption capacity. Water Research, 91, 156-173, 2016. https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.01.008

Kede, C. M; Ndibewu, P. P.; Kalumba, M. M.; Panichev, N. A.; Ngomo, H. M.;  & Ketcha, J. M. (2015). Adsorption of Mercury(II) onto activated carbons derived from Theobroma cacao pod husk. South African Journal of Chemistry, Durban, v. 68, p.226-235, 2015. http://dx.doi.org/10.17159/0379-4350/2015/v68a31

Kong, H.; He, J.; Gao, Y.; Wu, H.; & Zhu, X. (2011). Cosorption of Phenanthrene and Mercury(II) from Aqueous Solution by Soybean Stalk-Based Biochar. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59(22), 12116–12123, 2011. https://doi.org/10.1021/jf202924a

Kubilay, T., Selhan K., & Sema B. (2014). A review of hydrothermal biomass processing. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 40, 673–687, 2014. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.216

Lage Junior, N. C. (2016). Influência das condições de pirólise na capacidade de adsorção de íons Pb(II) pelo biochar obtido da casca de pinhão (Araucaria angustifolia). Dissertação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, 87f, UFSC, Florianópolis – SC, 2016. Recuperado de https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/178961

Lara, J.; Tejada, C.; Villabona, A.; Arrieta, A.; & Conde, C. G. (2-16). Adsorción de plomo y cadmio en sistema continuo de lecho fijo sobre residuos de cacao. Revista ion,  Bucaramanga ,  v. 29, n. 2, p. 113-124,  Dec.  2016. http://dx.doi.org/10.18273/revion.v29n2-2016009

Li, Z.; Wang, F.; Bai, T.; Tao, J.; Guo, J.; Yang, M.; Wang, S.; & Hu, S. (2016). Lead immobilization by geological fluorapatite and fungus Aspergillus niger. Journal of Hazardous Materials, v. 320, p. 386–392, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.08.051

Lima, J. R. A. (2018). Remoção de metais em água utilizando Eichhornia crassipes na forma in natura, biocarvão e híbrido magnético. Dissertação: Mestrado em Química – Universidade Federal de Sergipe. 101f, São Cristóvão, 2018. Recuperado de http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/8246

Liu, P., Ptacek, C. J., Blowes, D. W., & Landis, R. C. (2016). Mechanisms of mercury removal by biochars produced from different feedstocks determined using X-ray absorption spectroscopy. Journal of Hazardous Materials, 308, 233–242, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.01.007

Lopes, C. W.; Bertella, F.; Pergher, S. B. C.; Finger, P. H.; Dallago, R. M.; & Penha, F. G. (2013). Síntese e caracterização de carvões ativados derivados do sabugo de milho. Perspectiva, Erechim. v.37, nº 139, p.27-35, setembro/2013. Recuperado de http://www.uricer.edu.br/site/pdfs/perspectiva/139_360.pdf

Lucena, G. L.; Silva, A. G.; Honório, L. M. C.; & Santos, V. D. (2012). Cinética de adsorção de cobre (II) utilizando bioadsorventes. Scientia Plena, v.8, n.9, 2012.

Melo, L. C. A.; Coscione, A. R.; Abreu, C. A.; Puga, A. P.; & Camargo, O. A. (2-13). Influence of pyrolysis temperature on cadmium and zinc sorption capacity of sugar cane straw-derived biochar. Bio Resources, 8(4), 4992-5004, 2013.

Miguel, M. F. B. (2017). Estudo de carvões ativados provenientes da pirólise de resíduos da produção e processamento de arroz: remoção de Cr (III) em meio líquido por meio de adsorção. Dissertação: Mestrado em Engenharia Química e Bioquímica. Faculdade de Ciências e Tecnologia – Universidade Nova de Lisboa, 2017. Recuperado de http://hdl.handle.net/10362/39138

Modenes, A. N.; Espinoza-Quiñones, F. R.; Lavarda, F. L.; Colombo, A.; Borba, C. E.; Leichtweis, W. A.; & Mora, N. D. (2013). Remoção dos metais pesados Cd(II), Cu(II) e Zn(II) pelo processo de biossorção utilizando a macrófita Eicchornia crassipes. Rem: Revista Escola de Minas, Ouro Preto , v. 66, n. 3, p. 355-362, Sept. 2013. http://dx.doi.org/10.1590/S0370-44672013000300013

Nogueira, M. W. (2010). O uso do carvão ativado produzido a partir da casca de Moringa oleifera como adsorvente na remoção de metais pesados na presença de água. Dissertação: Universidade Federal de Ouro Preto, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas. Programa de Mestrado em Engenharia Ambiental. 88f, Ouro Preto – MG, 2010. Recuperado de http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3294

Novotny, E. H.; Maia, C. M. B. F.; Carvalho, M. T. M.; Madari, B. E. (2015). Biochar: pyrogenic carbon for agricultural use - a critical review. Revista Brasileira de Ciência do Solo,Viçosa , v. 39, n. 2, p. 321-344, Apr, 2015. http://dx.doi.org/10.1590/01000683rbcs20140818

Oliveira, Y. R. (2018). Estudo da adsorção de Cu (II) utilizando biocarvões de palha de café conilon. Dissertação (Mestrado em Agroquímica), 37f, UFES, Alegre, 2018. Recuperado de http://www.sbicafe.ufv.br/handle/123456789/11309

Pan, J.; Jiang, J.; & Xu, R. (2013). Adsorption of Cr(III) from acidic solutions by crop straw
derived biochars. Journal of Environmental Sciences (China), v. 25, n. 10, p. 1957–1965, 2013. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(12)60305-2

Pinto, M. V. S; Silva, D. L; & Saraiva, A. C. F. (2013). Obtenção e caracterização de carvão ativado de caroço de buriti (Mauritia flexuosa L. f.) para a avaliação do processo de adsorção de cobre (II). Acta Amazonica, v.43, n. 1, 2013. http://dx.doi.org/10.1590/S0044-59672013000100009

Rambo, M. K. D., Schmidt, F. L., & Ferreira, M. M. C. (2015). Analysis of the lignocellulosic components of biomass residues for biorefinery opportunities. Talanta, v. 144, pp. 696-703, 2015. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.06.045

Rezende, J. C. T.; Nunes, D. D. A.; Reis, E. N.; Jesus, E.; Ferraz, C; Pagano, R. L.; Silva, A. S.; Pacífico, J. A.; & Silva, D. C. (2014). Cinética de adsorção de Cr(VI) de soluções aquosas usando sementes de acerola. Scientia Plena, v.10, n.10, 2014.

Rocha, W. D.; Luz, J. A. M.; Lena, J. C.; & Bruña-Romero, O. (2006). Adsorção de cobre por carvões ativados de endocarpo de noz de macadâmia e semente de goiaba. REM: Revista Escola de Minas, Ouro Preto, 59(4): 409-414, 2006. http://dx.doi.org/10.1590/S0370-44672006000400010

Santos, A. M. S. (2016). Carbono ativado por pirólise a partir de biomassa de babaçu (Orbignya speciosa) e sua aplicação como adsorvente. Dissertação (Mestrado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal do Piauí. 105f. 2016. https://repositorio.uft.edu.br/bitstream/11612/540/1/Reginaldo%20Paiva%20Silva%20Serrano%20Filho%20-%20Disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf

Silva, I. A. A. (2017). Síntese e avaliação da capacidade adsortiva de uma matriz adsorvente híbrida magnética usando aguapé e seu biocarvão na remediação de cadmio e chumbo. Relatório: Universidade Federal de Sergipe. 2017. Recuperado de http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/7977

Souza, D. A. (2017). Adsorção de cobre em meio aquoso utilizando carvões ativados de casca de arroz. Dissertação (Mestrado Profissional de Engenharia Ambiental). Universidade Federal do Tocantins. 61f. 2017. Recuperado de http://hdl.handle.net/11612/687

Souza, R. S.; Carvalho, S. M. L.; Garcia Júnior, M. R. L.; & Sena, R. S. F. (2009). Adsorção de cromo(VI) por carvão ativado granular de soluções diluídas utilizando um sistema batelada sob pH controlado. Acta Amazonica, v. 39(3), p. 661-668, 2009. http://dx.doi.org/10.1590/S0044-59672009000300022

Tan, G.; Sun, W.; Xu, Y.; Wang, H.; & Xu, N. (2016). Sorption of mercury (II) and atrazine by biochar, modified biochars and biochar based activated carbon in aqueous solution. Bioresource Technology, 211, 727–735, 2016. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.03.147

Tang, J.; LV, H.; Gong, Y.; & Huang, Y. (2015). Preparation and characterization of a novel graphene/biochar composite for aqueous phenanthrene and mercury removal. Bioresource Technology, 196, 355–363, 2015. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.07.047

Tejada-Tovar, C.; Ortiz, A. V.; & Patenina, E. R. (2015). Cinética de adsorción de Cr (VI) usando biomasas residuales modificadas químicamente en sistemas por lotes y continuo. Revista Ion,  Bucaramanga, v. 28, n. 1, p. 29-41,  June, 2015.

Tejada-Tovar, C., Montiel, Z.; & Acevedo, D. (2016). Aprovechamiento de Cáscaras de Yuca y Ñame para el Tratamiento de Aguas Residuales Contaminadas con Pb (II). Información Tecnológica, 27(1), p. 9-20, 2016. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642016000100003

Trazzi, P. A.; Higa, A. R.; Dieckow, J.; Mangrich, A. S.; & Higa, R. C. V. (2018). Biocarvão: realidade e potencial de uso no meio florestal. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 28, n. 2, p. 875-887, June, 2018. http://dx.doi.org/10.5902/1980509832128

Tripathi, M.; Sahu, J.N.; & Ganesan, P. (2016). Effect of process parameters on production of biochar from biomass waste through pyrolysis: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 55, 467–481. 2016. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.12

Zhang, Z., Wang, Z., Zhang, Z., Zhang, J., Guo, J., Li, E., Wang, X., Liu, H. & Yan, S. 92016). Effects of engineered application of Eichhornia crassipes on the benthic macroinvertebrate diversity in Lake Dianchi, an ultra-eutrophic lake in China. Environmental Science and Pollution Research, 23(9), p. 8388-8397, 2016. https://doi.org/10.1007/s11356-016-6080-z
Published
2019-09-30
How to Cite
MARTINS, Denise domingos dos santos et al. Efficiency of biochars in the removal of heavy metals. Acta Brasiliensis, [S.l.], v. 3, n. 3, p. 131-138, sep. 2019. ISSN 2526-4338. Available at: <http://revistas.ufcg.edu.br/ActaBra/index.php/actabra/article/view/242>. Date accessed: 28 mar. 2024. doi: https://doi.org/10.22571/2526-4338242.