КОФЕ ҚАЛДЫҚТАРЫНАН АЛЫНҒАН ГИДРОТЕРМИЯЛЫҚ АКТИВТЕЛГЕН КӨМІР: СИНТЕЗІ, СИПАТТАМАСЫ ЖӘНЕ МЕТИЛЕН КӨГІНЕ ҚАТЫСТЫ АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

Пайдаланылған кофе ұнтағы (WCG), мол лигноцеллюлозалық агроөнеркәсіптік қалдық, гидротермиялық көміртек адсорбенттеріне айналдырылды, содан кейін сілтілі активация арқылы су ерітінділерінен метилен көкті (MB) тиімді түрде кетіру үшін. Гидротермиялық көміртектеу (HTC) 180-220°C температурада және 2-6 сағат тұру уақытында судың аса маңызды емес жағдайында жүргізілді, нәтижесінде реттелетін физика-химиялық қасиеттері бар көмірсутектер алынды. Алынған гидрокарбондар кейіннен беттік функционалдылық пен кеуектілікті жақсарту үшін микротолқынды реакторда калий гидроксидін пайдаланып белсендірілді. Материалдардың құрылымдық, текстуралық және химиялық сипаттамалары N₂ физисорбциясын (BET беттік ауданы және кеуек өлшемінің таралуы), Фурье түрлендіру инфрақызылын (FTIR), сканерлеуші электронды микроскопияны (SEM), рентгендік дифракция/Раман спектроскопиясын және элементтік талдауды (XRF/EDX) қолдану арқылы жан-жақты талданды.

Метилен көкке қатысты адсорбция кинетикасын, тепе-теңдік изотермаларын және термодинамикалық мінез-құлықты бағалау үшін партиялық адсорбция тәжірибелері жүргізілді. Кофе ұнтағынан алынған белсендірілген көміртектер белсендірілмеген көмірсутектермен салыстырғанда жылдам адсорбция кинетикасын және адсорбция сыйымдылығын айтарлықтай арттырды. Бұл жақсартылған өнімділік дамыған микро- және мезокеуекті құрылымдардың синергетикалық әсерлеріне және бетіндегі оттегі бар функционалды топтардың көптігіне байланысты болды. Механикалық талдау метилен көк адсорбциясының кеуектерді толтыру, электростатикалық тартылыс, хош иісті көміртек беті мен бояғыш молекулалары арасындағы π– π донор-акцепторлық өзара әрекеттесулер, сутектік байланыс және кеуекішілік диффузияның үйлесімі арқылы жүзеге асатынын көрсетті.

Нәтижелер гидротермиялық көміртектенудің жұмсақ сілтілі активациямен біріктірілуі пайдаланылған кофе ұнтағын жоғары тиімді адсорбенттерге айналдырудың тиімді және тұрақты жолын қамтамасыз ететінін көрсетеді. Бұл зерттеу синтез жағдайлары, беттік химия, текстуралық қасиеттер және адсорбция тиімділігі арасындағы байланысты анықтайды, пайдаланылған кофе ұнтағынан алынған белсендірілген көмірдің ағынды суларды тазартуда практикалық қолдану әлеуетін көрсетеді.

1. Miron-Merida, V.A. Valorization of agri-food wastes and by-products / V.A. Miron-Merida et al // Elsevier. – 2021. – P. 173-198.

2. Bharagava R.N. Environmental pollutants and their bioremediation approaches / R.N. Bharagava. – Boca Raton: CRC Press, 2017. – 412 p.

3. Preparation and characterization of activated carbon from wild olive cores (oleaster) by H3PO4 for the removal of Basic Red 46 / F. Kaouah et al // Journal of Cleaner Production. – 2013. – 1 September.

4. Adsorption of methylene blue onto activated carbon developed from biomass waste by H2SO4 activation: kinetic, equilibrium and thermodynamic studies / A.H. Jawad et al // Desalination and Water Treatment. – 2016. – November.

5. Adsorption isotherms and kinetic modeling of methylene blue dye onto a carbonaceous hydrochar adsorbent derived from coffee husk waste / T.H. Tran et al // Science of the Total Environment. – 2020. – 10 July.

6. Kim H.-J. Hydrothermal carbonization of spent coffee grounds / H.-J. Kim, S.-C. Oh // Journal of Material Cycles and Waste Management. – 2021.

7. Fast pyrolysis of coffee grounds: characteristics of product yields and biocrude oil quality / J.P. Bok et al // Energy. – 2012.

8. Franca A.S. Potential uses of spent coffee grounds in the food industry / A.S. Franca, L.S. Oliveira // Foods. – 2022. – Vol. 11, № 14. – Art. 2064.

9. Hydrothermal liquefaction of sewage sludge to produce bio-oil: effect of co-pretreatment with subcritical water and mixed surfactants / T. Yang et al // The Journal of Supercritical Fluids. – 2019. – Vol. 144. – P. 28-38.

10. Kruse A. Hydrothermal conversion of biomass to fuels and energetic materials / A. Kruse, A. Funke, M.-M. Titirici // Current Opinion in Chemical Biology. – 2013. – Vol. 17, Issue 3. – P. 515- 521.

11. Hydrochar from spent coffee ground as a sustainable adsorbent for dye removal from water: adsorption characterization and improvement via soft alkaline activation / G. Pace et al // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2026. – 7 January.

12. A review: hydrochar as potential adsorbents for wastewater treatment and CO2 adsorption / M. Jalilian et al // Science of the Total Environment. – 2024.

13. The impact of hydrothermal carbonization on the surface functionalities of wet waste materials for water treatment applications / M. Niinipuu et al // Environmental Science and Pollution Research. – 2020.

14. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis / J.A. Libra et al // Biofuels. – 2011.