undefined

Magnetic biochar aluminum cross-linked composite beads for preferential phosphate separation from phosphate-rich effluents

Julkaisuvuosi

2025

Tekijät

Mohammadi Rubaba; Eshaq Ghada; Winkler Mari; Pihlajamäki Arto

Tiivistelmä

This study explores the development of magnetite-biochar-alginate beads cross-linked with aluminum chloride (MBA/AlCl3) for enhancing phosphate removal and recovery from a wide range of wastewater with easy separation properties. This study investigates how metallic Ca2+, Cu2+ and Al3+ cross-linkers influence the gelation mechanism and phosphate removal efficiency. Among these, biochar-alginate beads cross-linked with Al3+ exhibited the best phosphate adsorption capability. Multilayer gelation within the three-dimensional covalent bonding structure was assumed for the Al3+ cross-linking. The phosphate adsorption process followed pseudosecond-order kinetics (R2 = 0.99) and the Langmuir isotherm (R2 > 0.99), with the adsorption capacities increasing from 56 mg/g at 298 K to 74 mg/g at 318 K, indicating temperature-enhanced chemisorption. Phosphate adsorption was pH-dependent, with an optimal pH of 3 (100 % removal in 6 h), decreasing to 51 % at pH 9 owing to reduced protonation. Wet beads outperformed oven-dried beads due to enhanced diffusion and greater accessibility of active sites. Competitive anions such as Cl?, NO3?, and SO42- showed minimal interference, maintaining 85 % removal efficiency in both single- and multi-component solutions. The beads retained 97 % of their efficiency after regeneration with a 3 % W/V AlCl3 solution during the second cycle, while magnetic properties (25.9 emu/g) enabled easy separation. Phosphate removal is associated with electrostatic attraction, complexation, ion exchange, and ligand exchange. In real wastewater applications, MBA/AlCl3 beads achieved complete phosphate removal from activated sludge and anaerobic membrane bioreactor effluents (20–40 mg/L PO43-), and 86 % removal from electrodialysis concentrates (84 mg/L PO43-).
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Lappeenrannan–Lahden teknillinen yliopisto LUT

Pihlajamäki Arto Orcid -palvelun logo

Mohammadi Rubaba

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Kustantaja

Elsevier

Volyymi

13

Numero

3

Julkaisu­foorumi

80106

Julkaisufoorumitaso

1

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Osittain avoin julkaisukanava

Rinnakkaistallennettu

Ei

Muut tiedot

Tieteenalat

Ympäristötekniikka

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Kyllä

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.1016/j.jece.2025.116815

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä