Production and characterization of activated carbons made from sunflower stems

Activated carbons (ACs) are artificial materials, prepared from natural or synthetic precursors that are worldwide extensively used. The ACs main characteristics are the noticeable adsorption capabilities provided by the highly developed porous structure and the rich surface chemistry. Because of their versatility and properties the final material can be tailored to have specific properties suitable for a wide range of applications such as medical uses, gas storage, removal of pollutants and odours, gas separation and purification as well as in catalysis. With the increase of activated carbon demand, one of the main challenges lies in the attempt to find new precursors, which are cheap and accessible with good valorisation potential, like industrial and agricultural residues. In the present work we report the production of ACs from sunflower stems, an agricultural by-product, through a physical activation process by CO2 and H2O, using a single step carbonisation at 400ºC, which as far as it came to our knowledge was never made for this precursor

Produção de carvões ativados a partir de carbonizados obtidos por HTC.

Os carvões ativados (CA) têm sido exaustivamente estudados durante o último século. A razão deste interesse deve-se à alargada gama de aplicabilidade destes materiais, desde a indústria ou tratamento de águas até à biomédica. Atualmente tem-se assistido a uma maior diversificação de técnicas de produção com a finalidade de especialização de cada material. Uma desses técnicas é a utilização da carbonização hidrotérmica (HTC) no passo prévio à ativação dos materiais, utilizando como precursores materiais puros e derivados lenhocelulósicos. Este processo mimetiza o processo natural de produção de carvão, fazendo uso de condições específicas de pressão e temperatura. Como resultado estes carvões apresentam morfologias regulares e química superficial rica, prevalecendo a presença de grupos ácido, hidroxilo e grupos aromáticos. No presente trabalho foram preparados carvões ativados a partir de quitosano utilizando HTC no passo de carbonização seguido de ativação por CO2. Verificou-se que o processo de HTC, dependendo da temperatura de carbonização, promoveu o aumento do teor em carbono e de nitrogénio até um máximo de 40 e 10%, respectivamente. Este elevado teor de nitrogénio, sem que se tivesse realizado qualquer pré ou pós-tratamento, é umas das vantagens do método usado neste trabalho. Como se verifica na figura 1(b), os carvões ativados perderam quase a totalidade das estruturas esféricas criadas durante o processo de HTC alterando significativamente a morfologia dos CA produzidos. Estes apresentam uma morfologia filamentosa resultante do processo de formação da estrutura porosa no processo de ativação. Nas condições testadas, os CA produzidos apresentam características microporosas com áreas superficiais aparentes entre 400m2g-1 e 2130m2g-1 e volumes microporosos entre 0.17 e 0.92cm3g-1

Adsorção de metformina em carvões activados preparados por carbonização hidrotermica seguida de activação

O processo de carbonização hidrotérmica pode ser considerado um processo amigo do ambiente para preparar materiais de carbono com propriedades especificas, tais como estrutura regular e química superficial rica, desenvolvidas para determinadas aplicações. Este processo é simples de executar e pelo facto de usar temperaturas moderadas e não usar solventes nem gases tem um saldo ambiental positivo quando comparado com o processo usual de pirólise [1]. A diabetes é considerada uma das epidemias do Sec. XXI encontrando-se em crescimento acentuado sendo a metformina um dos medicamentos mais usados para tratar a diabetes tipo 2. Este fármaco é um disruptor endócrino que merece toda a atenção por dois motivos: 1)pelo seu potencial impacto no meio ambiente motivado pelo facto de quase não ser metabolizada pelo corpo humano, sendo excretada directamente na urina, e pela colocação no lixo doméstico de excedentes deste fármaco; 2) pelo perigo de overdose medicamentosa com todos os efeitos secundários que daí advêm, em particular a acidose láctica, que em casos severos pode ser letal. Neste trabalho estudamos a adsorção in vitro desta droga em carvões activados usando fluidos simulados gástrico e intestinal

Metformin adsorption onto activated carbons prepared by hydrothermal carbonization and activation

The hydrothermal carbonization can be considered an environmental friendly process for the production of carbon materials with tailored properties, such as regular porous structure and specific surface chemistry. This process is easy to perform and uses mild temperatures without the use of solvents or gases, which results in a positive environmental balance when compared with the usual pyrolysis process [1]. Diabetes affects more than 152 million people in Europe and is on the rise all over the World. Metformin is one of the most used drugs to treat type 2 diabetes. This drug is an endocrine disruptor with a potential negative impact in the environment due to the fact that metformin is almost not metabolized in the human body and the incorrect disposal into the domestic garbage. Another relevant aspect is the danger of overdose intake of the drug that can lead to lactic acidosis, which in extreme cases can be lethal. The work now reported study the in vitro adsorption of metformin onto activated carbons using simulated gastric and intestinal fluids

Preparação de carvões activados a partir de precursores naturais lenhocelulósicos

No presente trabalho descreve-se a produção de carvões ativados, por ativação física com dióxido de carbono, a partir de precursores lenhocelulósicos, tais como sarmento de videira, casca de amêndoa e esparto. As propriedades texturais dos carvões ativados foram determinadas por adsorção de azoto a -196.15ºC e posterior tratamento pelos métodos de BET, as, DR e DFT. De uma forma geral pode-se afirmar que os carvões ativados são essencialmente microporosos, com áreas aparentes BET entre 360 e 1173m2g-1, volumes microporosos totais entre 0.17 e 0.53cm3g-1 e poros com larguras médias entre 0.785 e 1.232nm. Os carvões ativados produzidos apresentaram características básicas, com ponto de carga zero a variar entre 9.25 e 10.83. Por FTIR foi possível identificar a formação à superfície dos carvões de alguns grupos funcionais, nomeadamente hidroxilos, éteres, quinonas, lactonas, pironas e ligações Si-H, entre outros. Por Difração de raios X foi possível identificar, nos carvões ativados, a presença de heteroátomos inorgânicos na forma de óxidos de Fe, Si, Al, K e Pb.; ### Abstract: Preparation of activated carbons from natural lignocelulosic precursors In the present work we report a method for the production of activated carbons from lignocelulosic precursors, namely vine shoots, almond shell and esparto grass. The textural properties were determined by nitrogen adsorption at -196.15ºC. The isotherms were analized using the BET, as, DR and DFT methods. The activated carbons are mainly microporous, with BET area between 360 and 1173m2g-1, total microporous volume in the range 0.17-0.53cm3g-1 and mean pores width of 0.78-1.23nm. All activated carbons presented basic characteristics, with point of zero charge between 9.25 and 10.83. The FTIR analysis showed the presence of several surface groups like hydroxyl, ethers, quinones, lactones, pyrones and Si-H bonds. The X-ray diffraction showed the presence of some inorganic heteroatoms in the form of oxides of Fe, Si, Al, K and Pb

Removal of amitriptyline from simulated gastric and intestinal fluids using activated carbons

In this work, the adsorption behavior of a tricyclic antidepressant, amitriptyline hydrochloride, onto several activated carbons (ACs) is reported. The adsorption was done using in vitro simulated gastric and intestinal fluid at 37◦C to test the performance of the carbons as treatment in overdose cases. The tested materials were one commercial AC (carbomix) and two ACs produced in our laboratory. The highest adsorption capacity was achieved by carbomix, followed by the laboratory-made carbons that still have a very good performance with adsorption capacity up to 120 and 100 mg/g for the gastric and intestinal fluids, respectively

Estudo da influência da composição de precursores lignocelulosicos nas propriedades adsortivas dos carvões activados produzidos

Embora existam muitas publicações sobre a produção de carvões activados muito pouco se sabe acerca da relação entre a constituição dos precursores e as características dos carvões produzidos, nomeadamente no que diz respeito a um dos precursores mais utilizados, os materiais lenhocelulósicos. Podemos também referir que uma das áreas que mais tem motivado, e que continua intensamente a motivar, os investigadores de todo o mundo é a procura de novos precursores e metodologias para a produção de carvões activados a custos mais moderados e que permitam obter materiais com características químicas e texturais controladas tendo em mente algumas aplicações específicas. A publicação de resultados tem sido contraditória e escassa no estabelecimento de uma relação entre a composição dos precursores e as características dos carvões produzidos. Assim, pretendemos com a apresentação desta comunicação contribuir para o preenchimento desta lacuna através da exposição de um estudo sistemático realizado num conjunto alargado de precusores lenhocelulósicos

Surface interactions during the removal of emerging contaminants by hydrochar-based adsorbents

Funding: The work was partially funded by the FCT (Grant FRH/BD/82696/2011) with National (OE) and European Union (FEDER, program COMPETE of QREN) funds. The authors are also grateful to Junta de Extremadura and FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional “Una manera de hacer Europa”), for financial help by project IB16108, and also to the program “Ayudas a grupos de la Junta de Extremadura” GR18150. Acknowledgments: The authors are grateful for the SAIUEX (Servicios de Apoyo a la Investigación de la Universidad de Extremadura) for their help in textural and surface chemistry analysis of the hydrochars.The aim of this work was to test activated carbons derived from hydrochars produced from sunflower stem, olive stone and walnut shells, as adsorbents for emerging contaminants in aqueous solution, namely fluoxetine and nicotinic acid. The adsorption capacity was determined by the chemical nature of the adsorbents, namely the presence of specific functional groups and their positive or negative ionization in aqueous solutions and also by steric factors. The activated carbons produced by air showed a higher adsorption capacity of fluoxetine, whilst the samples produced by carbon dioxide activation were more useful to remove nicotinic acid. In general, surface acidity was advantageous for fluoxetine adsorption and detrimental for nicotinic acid removal. The adsorption mechanisms involved in each case were discussed and related to the adsorbents characteristics. The maximum adsorption capacity, Q0, given by the Langmuir model was 44.1 and 91.9 mg g-1 for fluoxetine and nicotinic acid adsorption, respectively.publishersversionpublishe

Pollutants removal onto novel activated carbons made from lignocellulosic precursors

The adsorption of phenol and mercury from dilute aqueous solutions onto new activated carbons was studied. These included activated carbons produced from novel precursors, namely rapeseed, vine shoots and kenaf, and samples oxidised with nitric acid in liquid phase. The results have shown the significant potential of rapeseed, vine shoots and kenaf for the activated carbon production. The activated carbons produced by carbon dioxide activation were mainly microporous with BET apparent surface area up to 1224m2g-1 and pore volume 0.5cm3g-1. The effects of concentration and pH were studied. The phenol adsorption isotherms at 25ºC followed the Freundlich model with maximum adsorption capacities of approximately 80mgg-1 and 60mgg-1 for the pristine and oxidised activated carbons, respectively. The influence of pH on the phenol adsorption has two trends for pH smaller and bigger than 10. The maximum adsorption capacity of mercury adsorption onto activated carbon made from vine shoots reaches 1103mgg-1. The adsorption depends on the mercury species and the on the adsorbent properties, namely porosity and net surface charge

. Surface interactions during the removal of emerging contaminants by hydrochar based adsorbents from biomass

This work investigates the capability of the activated hydrochars (HC) described in ref. [3] as adsorbents of two emergent contaminants, namely fluoxetine and nicotinic acid, in aqueous solution. Provided the structural differences between these two compounds, this study was aimed to elucidate how the dissimilar surface characteristics of the adsorbents might influence their adsorption process mechanisms. To the best of the authors´s knowledge, the removal of none of these adsorbates has been studied before by adsorption onto HC-based ACs. Adsorption studies showed that the adsorption capacity was mainly determined by the chemical nature of the adsorbents, namely the presence of specific functional groups and their ionization in aqueous solutions, while the porous structure had a secondary role. The activated carbons produced by air activation showed a higher adsorption capacity of fluoxetine, whilst the samples produced by carbon dioxide had a better performance for the removal of nicotinic acid. In general, surface acidity was advantageous for fluoxetine and detrimental for nicotinic acid removal. The adsorption mechanisms involved in each case were discussed and related to the adsorbents characteristics. The maximum adsorption capacity, Q0, given by the Langmuir model was 44.1 and 91.9 mg g-1 for fluoxetine and nicotinic acid adsorption, respectivel