Functionalized cellulose-based adsorbent for lithium recoveryfrom aqueous solutions

Abstract

This study focused on generation of low-cost yet highly effective lithium selective bio-sorbent from olive pruning waste mainly olive branches. Olive branches were treated with NaOH that eliminated non-cellulosic materials and activated hydroxyl groups that inhibit the formation of active sites. Olive branches were then functionalized through homogeneous phosphorylation at 150 ⁰C. POB, NOB, and FOB samples were subjected to SEM, XRD, FTIR, BET, XPS, and TGA to observe the changes in their structure and properties. Factors affecting lithium adsorption were investigated on the synthesized FOB in a batch system and analyzed by ICP-OES. Adsorption isotherms are well fitted to the Freundlich isotherm model than the Langmuir isotherm model which exhibited a maximum adsorption capacity of 6.7 mg/g at 30 ⁰C. Kinetic studies exhibited fast kinetics and equilibrium was attained in 6 minutes while thermodynamic studies showed an exothermic, spontaneous reaction and increased randomness at the interaction interface. Regeneration studies proved the sustainability of FOB with Li+ desorption efficiency of 99.6% in 1.0 M HCl. The synthesized FOB displayed a better degree of column utilization and elution efficiency; 56.8% and 95.8% than Lewatit TP 260; 16.0% and 50.4% respectively in the adsorption column studies performed at room temperature. However, it exhibited a poor breakthrough capacity of 2.1 mg Li/ml sorbent than Lewatit TP 260 with 1.33 mg Li/ml sorbent. Based on all experimental results, the novel functionalized olive branches (FOB) proved a potential lithium selective bio-sorbent and can be applied in the recovery of lithium from its aqueous sources.

Bu çalışma, başta zeytin dalları olmak üzere zeytin budama atıklarından düşük maliyetli ancak oldukça etkili lityum seçimli biyo-sorbent üretimine odaklanmıştır. Zeytin dalları, selülozik olmayan malzemeleri ve aktif bölgelerin oluşumunu engelleyen aktif hidroksil gruplarını elimine etmek içim NaOH ile muamele edilmiştir. Zeytin dalları daha sonra 150 ⁰C'de homojen fosforilasyon ile aktifleştirildi. POB, NOB ve FOB örneklerinin, yapılarındaki ve özelliklerindeki değişiklikleri gözlemlemek için SEM, XRD, FTIR, BET, XPS ve TGA analizleri yapılmıştır. Lityum adsorpsiyonunu etkileyen faktörler, bir kesikli sistemde sentezlenen FOB varlığında araştırılmıştır ve ICP-OES ile analiz edilmiştir. Adsorpsiyon izotermleri, 30 ⁰C'de 6,7 mg/g maksimum adsorpsiyon kapasitesi göstermiş ve Langmuir izoterm modelinden daha iyi Freundlich izoterm modeline uymuştur. Kinetik çalışmalar hızlı kinetik sergilemiş ve dengeye 6 dakikada ulaşılırken, termodinamik çalışmalar etkileşim arayüzünde ekzotermik, kendiliğinden bir reaksiyon ve artan rastgelelik göstermiştir. Rejenerasyon çalışmaları, 1.0 M HCl'de %99.6'lık Li+ desorpsiyon verimliliği ile FOB'un sürdürülebilirliğini kanıtlamıştır. Sentezlenen FOB, Lewatit TP 260'a göre daha iyi derecede kolon kullanımı ve elüsyon verimliliği göstermiştir; oda sıcaklığında gerçekleştirilen adsorpsiyon kolonu çalışmalarında FOB ve Lewatit TP 260'ın kolon kullanımı ve elüsyon verimliliğ sırasıyla %56,8 ve %95,8; %16,0 ve %50,4 olarak belirlenmiştir. Fakat, Lewatit TP 260, 1,33 mg Li/ml geçiş kapasitesi gösterirken FOB, 2,1 mg Li/ml ile zayıf bir geçiş kapasitesi göstermiştir. Tüm deneysel sonuçlara dayanarak, yeni işlevselleştirilmiş zeytin dallarının (FOB), potansiyel bir lityum seçimli biyo-sorbent olduğu kanıtlanmıştır ve lityumun sulu kaynaklarından geri kazanımında kullanılabilir.