Repositorio
Institucional

Cea, Mara

Synthesis of iron oxide/activated hydrochar composite from residual brewery biomass for remediation of water contaminated with chlorophenol

NATURE PORTFOLIO

SCIENTIFIC REPORTS

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This study presents the development of iron oxide/activated hydrochar composites from brewer's spent grain (BSG) to remove 2-chlorophenol (2-CP) from water via adsorption and Fenton oxidation. Two synthesis methods were employed: (1) incipient wetness impregnation via hydrothermal carbonization (FeOHC) and (2) chemical coprecipitation of iron oxide onto the hydrochar surface (FeOHC-C). Characterization revealed mesoporous structures with surface areas ranging from 44 to 66 m(2) g(-)(1) and magnetite (Fe3O4) as the predominant iron oxide phase. Adsorption studies demonstrated equilibrium capacities of 24.63 mg g(-)(1) for FeOHC and 18.70 mg g(-)(1) for FeOHC-C, with adsorption kinetics best described by the Elovich model and equilibrium behavior fitting the Sips isotherm, suggesting a heterogeneous monolayer adsorption process. Thermodynamic analysis confirmed that adsorption was spontaneous and exothermic, primarily driven by physical interactions, including hydrogen bonding, pi-pi interactions, and electrostatic attraction. Fenton oxidation experiments revealed that 2-CP degradation was most efficient under acidic to neutral conditions (pH 3.0-6.0), diminishing drastically at alkaline conditions. The fact that good results were obtained at neutral pH demonstrates its practical applicability. Reusability tests confirmed the long-term stability of the materials, with FeOHC-C maintaining sustained catalytic performance over multiple cycles. These findings highlight the dual functionality of composites as efficient adsorbents and self-regenerating catalysts, offering a promising and scalable solution for the remediation of chlorinated organic pollutants in water.Este estudio presenta el desarrollo de compuestos de óxido de hierro/hidrocarbón activado a partir de bagazo de cerveza (BSG) para eliminar 2-clorofenol (2-CP) del agua mediante adsorción y oxidación Fenton. Se emplearon dos métodos de síntesis: (1) impregnación por humedad incipiente mediante carbonización hidrotermal (FeOHC) y (2) coprecipitación química de óxido de hierro sobre la superficie del hidrocarbón (FeOHC-C). La caracterización reveló estructuras mesoporosas con áreas superficiales que oscilan entre 44 y 66 m² g⁻¹ y magnetita (Fe₃O₄) como la fase predominante de óxido de hierro. Los estudios de adsorción demostraron capacidades de equilibrio de 24,63 mg g⁻¹ para FeOHC y 18,70 mg g⁻¹ para FeOHC-C, con una cinética de adsorción que se describe mejor mediante el modelo de Elovich y un comportamiento de equilibrio que se ajusta a la isoterma de Sips, lo que sugiere un proceso de adsorción de monocapa heterogénea. El análisis termodinámico confirmó que la adsorción fue espontánea y exotérmica, impulsada principalmente por interacciones físicas, incluyendo enlaces de hidrógeno, interacciones pi-pi y atracción electrostática. Los experimentos de oxidación de Fenton revelaron que la degradación de 2-CP fue más eficiente en condiciones ácidas a neutras (pH 3,0-6,0), disminuyendo drásticamente en condiciones alcalinas. El hecho de que se obtuvieran buenos resultados a pH neutro demuestra su aplicabilidad práctica. Las pruebas de reutilización confirmaron la estabilidad a largo plazo de los materiales, con FeOHC-C manteniendo un rendimiento catalítico sostenido durante múltiples ciclos. Estos hallazgos resaltan la doble funcionalidad de los compuestos como adsorbentes eficientes y catalizadores autorregenerativos, ofreciendo una solución prometedora y escalable para la remediación de contaminantes orgánicos clorados en el agua.

artículo original

Brewer's spent grain

Iron oxide

Carbon composite

Biomass

Hydrochar

10.1038/s41598-025-95686-4

pdf

MAGNETIC FE3O4/ACTIVATED CARBON

ACTIVATED CARBON

FENTON OXIDATION

ADSORPTIVE REMOVAL

ORGANIC POLLUTANTS

EFFICIENT REMOVAL

WASTE-WATER

2-CHLOROPHENOL

DECONTAMINATION

4-CHLOROPHENOL

MAGNETIC FE3O4/ACTIVATED CARBON

ACTIVATED CARBON

FENTON OXIDATION

ADSORPTIVE REMOVAL

ORGANIC POLLUTANTS

EFFICIENT REMOVAL

WASTE-WATER

2-CHLOROPHENOL

DECONTAMINATION

4-CHLOROPHENOL

Ingeniería Ambiental y Geológica

Ingeniería Química

Físico-Química

versión publicada

dorada

verde

acceso abierto

acceso abierto

WOS:001456021900009

Synthesis of iron oxide/activated hydrochar composite from residual brewery biomass for remediation of water contaminated with chlorophenol

artículo original

NATURE PORTFOLIO

SCIENTIFIC REPORTS

Multidisciplinary Sciences

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2045-2322

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