Biochar converted from agricultural residues can be used as an alternative adsorbent for removal of aqueous heavy metals. In this work, experimental and modeling investigations were conducted to examine the effect of H2O2 treatment on hydrothermally produced biochar (hydrochar) from peanut hull to remove aqueous heavy metals. Characterization measurements showed that H2O2 modification increased the oxygen-containing functional groups, particularly carboxyl groups, on the hydrochar surfaces. As a result, the modified hydrochar showed enhanced lead sorption ability with a sorption capacity of 22.82 mg g−1, which was comparable to that of commercial activated carbon and was more than 20 times of that of untreated hydrochar (0.88 mg g−1). When used as filter media in a packed column, the modified hydrochar was also much more effective in filtering lead than the unmodified one. The lead removal capacity of the modified hydrochar packed column was about 20 times of that containing untreated hydrochar. In a multi-metal system, the modified hydrochar column still effectively removed lead, as well as other heavy metals (i.e., Cu2+, Ni2+, and Cd2+) from water flow. Model results indicated that the heavy metal removal ability of the modified hydrochar follows the order of Pb2+ > Cu2+ > Cd2+ > Ni2+. Findings from this work suggest that H2O2-modified hydrochar may be an effective, less costly, and environmentally sustainable adsorbent for many environmental applications, particularly with respect to metal immobilization.

In this work, a biochar based composite material with AlOOH nano-flakes was fabricated from AlCl3 pretreated biomass through slow pyrolysis in a N2 environment at 600 °C. Physicochemical properties of the biochar/AlOOH nanocomposite were studied systematically with several commonly used material characterization instruments, including electron microscopes and X-ray techniques. Structure and morphology analysis of the sample showed that the AlOOH particles/flakes are nanosized and uniformly grow on the carbon surface within the pores of the biochar. Laboratory batch sorption experiments were conducted to evaluate the sorption ability of the biochar/AlOOH nanocomposite to three representative aqueous contaminants: arsenic, methylene blue, and phosphate. The adsorption isotherm and adsorption kinetics data suggested that the biochar/AlOOH nanocomposite is an excellent multifunctional adsorbent that can effectively remove all these contaminants from aqueous solutions.

In this study, pine needles were converted to biochar (BC) at different pyrolysis temperatures of 300, 500, and 700 °C to sorb trichloroethylene (TCE), and the changes in BC properties with each temperature were evaluated. Pyrolysis temperature showed a pronounced effect on BC properties. Decreases in molar H/C and O/C ratios resulted from removing O- and H-containing functional groups with increasing temperature, and produced high aromaticity and low polarity BCs. BCs produced at higher temperature showed greater TCE removal efficiency from water due to their high surface area, micro-porosity, and carbonized extent. The performance of various BCs for TCE removal was assessed by the Freundlich, Langmuir, Temkin, and Dubinin–Radushkevich adsorption models, among which the Temkin and Dubinin–Radushkevich models best described TCE adsorption onto various BCs, indicating prevailing sorption mechanism as pore-filling.

A novel engineered biochar with clay particles distributed on carbon surfaces within the biochar matrix has been successfully developed as a low-cost adsorbent for environmental applications. Three biomass feedstocks were pretreated with montmorillonite or kaolinite suspensions and then pyrolyzed at 600 °C for 1 h in a N2 environment. Physicochemical characterizations including microscopy and X-ray analyses confirmed clay particles were present on the surface of biochar during the annealing process. Laboratory adsorption experiments indicated that the presence of clay particles on carbon surfaces had dramatically increased (about 5 times) the biochars’ adsorption ability to methylene blue (MB). In addition, the clay–biochar composites could be recycled and reused after dye adsorption with a stable capacity of around 7.90 mg g−1. The experimental results also showed that the sorption of MB on the clay–biochar composites is mainly controlled by the ion exchange (with clay) and electrostatic attraction (with biochar) mechanisms. Findings from this work indicate that engineered biochar, prepared from two low-cost materials (clay and biochar), is a valuable adsorbent for removing contaminants from aqueous solutions.

Abstract Eutrophication of natural water is a universal problem. Nitrogen (N) and phosphorus (P) from agricultural runoff are the main sources of nutrient input, provided that emissions from industrial point sources (IPS) are under control. Therefore, it is of great environmental importance to reduce pollution associated with agricultural runoff as a means of regulating eutrophication levels in natural water. Numerous methods proposed for treating agricultural runoff can be classified into three categories: source control, process control, and end treatment. In this review, major technologies for N and P control from agricultural runoff are summarized along with discussion of newly proposed technologies such as biochar biomimetics and microbial catalyst. Because agricultural runoff (from farmlands to receiving waters) is a complicated pollution process, it is difficult to regulate the nutrients discharged via such process. This review will thus offer a comprehensive understanding on the overall process of agricultural runoff and eutrophication to help establish control strategies against highly complicated agricultural non-point sources.

Global environmental challenges especially nuclear pollution pose a great threat to human health and public safety. Metal-organic frameworks (MOFs) with high surface area and excellent stability are potential candidates for the remediation of nuclear pollution. Herein, a ZIF-8-based polyacrylonitrile (PAN) fibrous filter was prepared by an in situ hydrothermal treatment of fibrous filters consisting of PAN, poly(vinylpyrrolidone) (PVP), and zinc ions with an electrospinning method. In the process of hydrothermal treatment, PVP can be extracted from the PAN nanofibers and result in porous structures. Benefiting from these porous structures, the in situ ZIF-8/PAN filters demonstrated a high adsorption capacity of U(VI) (530.3 mg g-1 at pH = 3.0). The extended X-ray absorption fine structure revealed that the adsorption mechanism demonstrated surface complexation between U(VI) and 2-methylimidazole. Furthermore, the adsorption device was fabricated, and the dynamic adsorption shows that in situ ZIF-8/PAN is a promising material for treating the nuclear wastewater. The present work may provide a new strategy to fabricate MOFs into functional devices to remediate the increasing global environmental concerns.