Adsorption of fluoxetine onto waste-based activated carbon

Abstract

Activated carbons are one of the most promising techniques for the removal of organic and inorganic compounds from waters. In this work three activated carbons were produced using as precursor primary paper mill sludge. Chemical activation was performed using three different activation agents, KOH, NaOH and ZnCl2, and the same pyrolysis conditions were applied. The characterization of the obtained materials was made by means of total organic carbon analysis (TOC), Fourier infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR), proximate and ultimate analysis, scanning electron microscopy (SEM), Hg porosimetry, BET isotherms and point of zero charge (PZC) determination. Adsorption studies were made, beginning with adsorption kinetic and then adsorption equilibrium (isotherms of adsorption), all performed in batch experiments. Generally, the carbons presented an equilibrium time of around six hours. Equilibrium studies allowed test the adsorption capacity of the produced carbons for fluoxetine-HCl. These two studies were also performed to the primary sludge pyrolysed under the same conditions without activation and also to a commercial activated carbon as reference. Among the produced materials, the carbon activated with ZnCl2 has the higher BET surface area and percentage of carbon. The maximum adsorption capacity (mg g-1) was of 96.2 ± 1.0 for PBFG4; 120.4 ± 2.5 for PS800-10; 191.6 ± 4.8 for PS800-10KOH; 136.6 ± 9.6 for PS800-10NaOH; and 28.4 ± 0.3 for PS800-10ZnCl2. The isotherms obtained point for different mechanism of adsorption between the carbons, probably due to their distinct PZC.

Os carvões ativados são uma das técnicas mais promissoras para a remoção de compostos orgânicos e inorgânicos presentes nas águas. Neste trabalho, foram produzidos três carvões ativados utilizando como precursor lamas primárias residuais provenientes da produção de papel. Foi utilizada a ativação química com KOH, NaOH e ZnCl2, aplicando as mesmas condições de pirólise aos três carvões. A caracterização dos materiais obtidos foi feita por meio de análise de carbono orgânico total (TOC), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier usando a técnica reflexão total atenuada (FTIR-ATR), Proximate and ultimate analysis, microscopia eletrónica de varrimento (SEM), porosimetria de mercúrio, isotérmicas BET e determinação do ponto de carga zero (PZC). Foram realizados estudos de adsorção iniciados pela cinética de adsorção e seguidos das isotérmicas, usando experiências em vaso fechado. Os estudos de cinética de adsorção mostraram que, na generalidade, todos os carvões produzidos apresentaram um tempo de equilíbrio semelhante, cerca de seis horas. As isotérmicas permitiram testar a capacidade de adsorção dos carvões produzidos para o composto fluoxetina-HCl. Estes dois estudos foram também aplicados à lama primária pirolisada sob as mesmas condições mas sem ativação e também a um carvão ativado comercial, usado como referência. Entre os materiais produzidos, o carvão ativado com ZnCl2 é o que apresenta uma área superficial específica (SBET) superior e maior percentagem de carbono. A capacidade máxima de adsorção (mg g-1) foi de 96.2 ± 1.0 para o PBFG4; 120.4 ± 2.5 para PS800-10; 191.6 ± 4.8 para PS800-10KOH; 136.6 ± 9.6 para PS800-10NaOH; e 28.4 ± 0.3 para PS800-10ZnCl2. As isotérmicas obtidas apontam para a existência de diferentes mecanismos de adsorção entre os carvões, provavelmente devido aos seus valores de PZC.