Biochar-based nanocomposites for remediation of Soil and Water contaminated with heavy metals

Abstract

The mobilization and transport of potentially toxic elements in real-contaminated soil pose significant risks to the environment. To solve this worldwide challenge, a tailored solution must be produced. In this study, for the first time, Iron-based metal-organic framework (MIL-101(Fe)) was composited with biochar and implemented as an amendment on dynamic leaching column experiments in real highly contaminated technogenic soil. In this context, Materials Institute Lavoisier (MIL-101(Fe)) was successfully mounted on biochar surface by solvothermal synthesis procedure. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and transmission electron microscopy (TEM) were employed for characterizing all prepared samples including MIL-101(Fe), and RBC-MIL 101(Fe) composite. Response surface methodology (RSM) was utilized to model Cu contents in the leachate in the presence of RBC-MIL 101(Fe). The quadratic models were built considering independent parameters of sorbent-to-soil mass ratio (x1) and leaching time (x2) in the presence of RBC-MIL 101(Fe). The effectiveness of Cu immobilization was observed to improve in the presence of 3% RBC-MIL 101(Fe) in the soil and a leaching period of 2 days with the minimum concentration of 0.2 mg L−1. According to the chemical fractionation results, RBC-MIL101(Fe) remarkably decreased the acid soluble fraction of Cu by deploying it in the residual fraction. Overall, our findings pave the way for MOF-based biochar composites to be used as advanced amendments in real contaminated soil restoration.

Gerçek kontamine toprakta potansiyel olarak toksik elementlerin mobilizasyonu ve taşınması çevre için önemli riskler oluşturur. Bu dünya çapındaki zorluğu çözmek için özel bir çözüm üretilmelidir. Bu çalışmada, ilk kez Fe bazlı metal-organik çerçeve (MIL-101(Fe)) biochar ile birleştirildi ve gerçek yüksek derecede kirlenmiş teknojenik toprakta dinamik liç kolonu deneylerinde bir değişiklik olarak uygulandı. Bu kapsamda, Materials Institute Lavoisier (MIL-101(Fe)) kompozitleri, metal-organik çerçeveler (MOF'ler) olarak solvotermal sentez prosedürü ile biyokömür yüzeyine başarıyla monte edildi. MIL-101(Fe) ve RBC-MIL dahil olmak üzere hazırlanan tüm numuneleri karakterize etmek için X-ışını kırınımı (XRD), Fourier-dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullanıldı. 101(Fe) kompozit. RBC-MIL 101(Fe) varlığında sızıntı suyundaki Cu içeriğini modellemek için tepki yüzey metodolojisi (RSM) kullanıldı. İkinci dereceden modeller, RBC-MIL 101(Fe) varlığında sorbent-toprak kütle oranı (x1) ve süzme süresinin (x2) bağımsız parametreleri dikkate alınarak oluşturulmuştur. Cu immobilizasyonunun etkinliğinin toprakta 3% RBC-MIL 101(Fe) varlığında ve minimum 0,2 mg L-1 konsantrasyonu ile 2 günlük bir süzme süresinde arttığı gözlendi. Kimyasal fraksiyonlama sonuçlarına göre, RBC-MIL101(Fe), Cu'nun asitte çözünür fraksiyonunu, onu artık fraksiyona yerleştirerek önemli ölçüde azaltmıştır. Genel olarak, bulgularımız MOF bazlı biyokömür kompozitlerinin gerçek kirlenmiş toprak restorasyonunda gelişmiş değişiklikler olarak kullanılmasının yolunu açıyor.