Chromium adsorption studies using brewer’s spent grain biochar: kinetics, isotherm and thermodynamics

Brewer’s spent grain (BSG) is a residue from brewery production, that can be reused as adsorbent of heavy metals like Chromium (Cr). In this study, BSG was used as a biochar for Cr adsorption in batch adsorption experiments. The biochar pyrolysis temperature (500, 600 and 700ºC), pyrolysis time (30, 105 and 180 minutes) and zinc chloride concentration (5, 12.5 and 20%) were evaluated and optimized from a fractional factorial design. An equilibrium adsorption capacity of 78.13 mg.g-1 and a yield of 26.42% were achieved using 700ºC, 30 min, 12.5%. This biochar was applied to the adsorption of Cr in aqueous solution, under different stirring speeds (100, 150 and 200 rpm). The higher agitation speed reduced the adsorption capacity of the coal from 90 to 72 mg.L-1. In addition, the Cr adsorption equilibrium was reached before 100 min. The pseudo-first order model best described the Cr adsorption kinetics. The Redlich-Peterson isothermal model best fitted the experimental data, with the parameter g (close to 1) suggesting Langmuir’s assumptions as the most appropriate to describe the adsorption of Cr on the optimized activated carbon. RESUMO: O bagaço de malte (BM) é um resíduo da produção cervejeira, que pode ser reaproveitado como adsorvente de metais pesados como o Cromo (Cr). Neste estudo, BM foi usado como um biochar para adsorção de Cr em experimentos de adsorção em batelada. O biochar foi avaliado e otimizado a partir de um planejamento fatorial fracionário com as variáveis: temperatura de pirólise (500, 600 e 700ºC), tempo de pirólise (30, 105 e 180 minutos) e concentração de cloreto de zinco (5, 12,5 e 20%). Uma capacidade de adsorção em equilíbrio de 78,13 mg.g-1 e um rendimento de 26,42% foram obtidos usando 700ºC, 30 min, 12,5%. Este biochar foi aplicado na adsorção de Cr em solução aquosa, sob diferentes velocidades de agitação (100, 150 e 200 rpm). Maior velocidade de agitação reduziu a capacidade de adsorção do biochar de 90 para 72 mg.L-1. Além disso, o equilíbrio de adsorção de Cr foi alcançado antes de 100 min. O modelo de pseudo-primeira ordem melhor descreveu a cinética de adsorção de Cr. O modelo isotérmico de Redlich-Peterson foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, com o parâmetro g (próximo de 1) sugerindo as hipóteses de Langmuir como as mais apropriadas para descrever a adsorção de Cr no carvão ativado otimizado.