Adsorption dynamics of Cd2+(aq) on microwave-synthetized pristine biochar from cocoa pod husk: Green, experimental, and DFT approaches
Jhonny Correa-Abril,
Ullrich Stahl,
Elvia V. Cabrera,
Yonathan J. Parra,
Michael A. Vega,
Sonia Taamalli,
Florent Louis,
Joan Manuel Rodríguez-Díaz
Affiliations
Jhonny Correa-Abril
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Grupo de Investigación en Moléculas y Materiales Funcionales (MoléMater), Enrique Ritter s/n y Bolivia, Quito, Pichincha 170521, Ecuador; Facultad de Posgrado, Universidad Técnica de Manabí, Av. Urbina y Che Guevara, Portoviejo, Manabí 130104, Ecuador
Ullrich Stahl
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Grupo de Investigación en Moléculas y Materiales Funcionales (MoléMater), Enrique Ritter s/n y Bolivia, Quito, Pichincha 170521, Ecuador
Elvia V. Cabrera
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Grupo de Investigación en Moléculas y Materiales Funcionales (MoléMater), Enrique Ritter s/n y Bolivia, Quito, Pichincha 170521, Ecuador
Yonathan J. Parra
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental, Grupo de Investigación en Moléculas y Materiales Funcionales (MoléMater), Jerónimo Leyton y Gilberto Gatto Sobral, Quito, Pichincha 170521, Ecuador; Corresponding author
Michael A. Vega
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Grupo de Investigación en Moléculas y Materiales Funcionales (MoléMater), Enrique Ritter s/n y Bolivia, Quito, Pichincha 170521, Ecuador; Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental, Grupo de Investigación en Moléculas y Materiales Funcionales (MoléMater), Jerónimo Leyton y Gilberto Gatto Sobral, Quito, Pichincha 170521, Ecuador
Sonia Taamalli
Université de Lille, CNRS, UMR 8522, PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère – PC2A, 59000 Lille, France
Florent Louis
Université de Lille, CNRS, UMR 8522, PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère – PC2A, 59000 Lille, France
Joan Manuel Rodríguez-Díaz
Laboratorio de Análisis Químicos y Biotecnológicos, Instituto de Investigación, Universidad Técnica de Manabí, Av. Urbina y Che Guevara, Portoviejo, Manabí 130104, Ecuador
Summary: Biochar obtained via microwave-assisted pyrolysis (MAP) at 720 W and 15 min from cocoa pod husk (CPH) is an efficient adsorbent of Cd2+(aq). Biochar of residual biomass of CPH (BCCPH) possesses favorable physicochemical and morphological properties, featuring a modest surface area yet a suitable porous structure. Adsorption, predominantly governed by physisorption, is influenced by the oxygen-containing active sites (-COOR, -C(R)O, and -CH2OR; R = H, alkyl). CdCO3 formation occurs during adsorption. Experimental data were well-fitted into various kinetic models for a broad understanding of the sorption process. Langmuir model indicates a maximum adsorption capacity of 14.694 mg/g. The thermodynamic study confirms the spontaneous and endothermic sorption. Studies at the molecular level have revealed that the Cd2+ ion tends to bind to surface aromatic carbon atoms. This sustainable approach produces BCCPH via MAP as a solution for waste transformation into water-cleaning materials.
