Naslov (srp)

Sinteza, karakterizacija i primena multifunkcionalnih biočađi na bazi otpadne lignocelulozne biomase : doktorska disertacija

Autor

Antanasković, Anja, 1995-

Doprinosi

Adamović, Vladimir, 1969-
Milivojević, Milan, 1971-
Dimitrijević-Branković, Suzana, 1962-
Lopičić, Zorica, 1977-
Mihajlovski, Katarina, 1978-

Opis (eng)

The research presented in this doctoral dissertation focuses on the sustainable utilization of food industry waste for the development of multifunctional biochars. Waste fruit stones from peach (KB), sour cherry (KV), and plum (KŠ), obtained from a local fruit processing factory, were pyrolysed to produce the biochars KBB, KVB, and KŠB, respectively. The obtained biochars were sieved to the desired particle sizes and thoroughly characterized through various physico-chemical analyses, as well as: SEM-EDX, XRD, FTIR-ATR, BET, and TGA/DTG techniques. Owing to their high specific surface area, highly developed porous structure and the presence of numerous surface functional groups, the synthesized biochars demonstrated high efficiency as adsorbents for the removal of the toxic dye Brilliant Green (BZ) in a batch system. In order to optimize the adsorption process, various operational parameters were investigated, and the optimal conditions were achieved using an adsorbent with a particle size of 0.5-1 mm, at pH value of 6, an adsorbent dose of 2 g/L, a contact time of 90 min, a temperature of 35 °C, and an initial dye concentration of 50 mg/L.To gain a better understanding of the adsorption mechanism of BZ using the synthesized biochars, experimental data were analyzed using various kinetic (pseudo-first order, pseudo-second order and Weber–Morris model) and isotherm models (Langmuir, Freundlich, and Sips models). The applied adsorption isotherms confirmed the high adsorption capacities of the biochars for BZ, with the highest capacities obtained using the Sips model: 114.46 mg/g for KVB, 101.11 mg/g for KBB, and 100.38 mg/g for KŠB. To examine the influence of mixing on adsorption kinetics, the experiment was additionally conducted in an air-lift reactor (ALR) at two different air flow rates. The results showed that the use of KVB in the ALR achieved approximately the same BZ removal efficiency as in the batch system, but in half the time, indicating the significant potential of the air-lift system for efficient dye removal with substantial reductions in both process duration and energy consumption.Based on the experimentally obtained results, the model was developed using artificial neural networks to enable reliable prediction of the adsorption capacity of the synthesized biochars for other cationic dyes. The model demonstrated good predictive accuracy, confirming the potential of the produced biochars for broader application in wastewater treatment.In addition, the produced biochars were chemically activated and investigated as carriers for the immobilization of laccase from Trametes versicolor. The KVB proved to be the most efficient carrier, and successful laccase immobilization was confirmed using SEM-EDX and FTIR-ATR analyses. The immobilized laccase on KVB was successfully applied for the degradation of BZ, achieving a removal efficiency of 93% after 4 hours in the batch system, while in the ALR, an efficiency of 98% was achieved in 2.5 times shorter duration. The immobilized laccase on KVB retained more than 80% degradation efficiency after nine consecutive cycles in the batch system, indicating good stability of the immobilized enzyme on the biochar.The results obtained in this doctoral dissertation indicate that food industry waste can be converted into multifunctional biochars, which have proven to be both environmentally friendly and economically viable as adsorbents and carriers for enzyme immobilization. Converting food processing waste into biochar, not only is landfill disposal reduced, but the principles of the circular economy are also supported through the development of new high-value products with broad potential applications across various fields.

Opis (srp)

Istraživanje u okviru ove doktorske disertacije usmereno je na održivo korišćenje otpada iz prehrambene industrije u cilju razvoja multifunkcionalnih biočađi. Otpadne koštice voća: breskve (KB), višnje (KV) i šljive (KŠ), poreklom iz lokalne fabrike voća, pirolizovane su kako bi se proizvele biočađi KBB, KVB i KŠB, redom. Dobijene biočađi su prosejane na željene granulacije i detaljno okarakterisane različitim fizičko-hemijskim analizama kao i primenom: SEM-EDX, XRD, FTIR-ATR, BET i TGA/DTG tehnike. Zahvaljujući velikoj specifičnoj površini, razvijenoj poroznoj stukturi i prisustvu velikog broja funkcionalnih grupa, sintetisane biočađi su se pokazale kao efikasni adsorbenti za uklanjanje toksične boje brilijantno zelene (BZ) u šaržnom sistemu. U cilju optimizacije adsorpcionog procesa, ispitani su procesni parametri, pri čemu su optimalni uslovi postignuti primenom adsorbenta prečnika 0,5-1 mm, na pH vrednosti 6, dozi adsorbenta od 2 g/L, vremenu kontakta od 90 min, temperaturi od 35 °C i inicijalnoj koncentraciji boje od 50 mg/L.Radi boljeg razumevanja mehanizma adsorpcije BZ primenom sintetisanih biočađi, eksperimentalni podaci su analizirani primenom različitih kinetičkih (pseudo-prvi red, pseudo-drugi red i Weber-Morrisov model) i izotermnih modela (Langmuirov, Freundlichov i Sipsov model). Primenjene adsorpcione izoterme, potvrdile su visoke adsorpcione kapacitete biočađi prema BZ, pri čemu su najviši kapaciteti ostvareni primenom Sipsovog modela: 114,46 mg/g za KVB, 101,11 mg/g za KBB i 100,38 mg/g za KŠB. Da bi se ispitao uticaj mešanja na kinetiku adsorpcije, eksperiment je dodatno izveden u air-lift reaktoru (ALR) pri dva različita protoka vazduha. Rezultati su pokazali da je primenom KVB u ALR-u postignuta približno ista efikasnost uklanjanja BZ kao u šaržnom sistemu, ali za dvostruko kraće vreme, što ukazuje na značajan potencijal air-lift sistema za efikasno uklanjanje boje uz značajno smanjenje trajanja procesa i energetskih troškova.Na osnovu eksperimentalno dobijenih rezultata, primenom veštačkih neruonskih mreža, razvijen je model koji omogućava pouzdano predviđanje adsorpcionog kapaciteta sintetisanih biočađi prema drugim katjonskim bojama. Model je pokazao dobru tačnost predikcije, čime je potvrđen potencijal proizvedenih biočađi za širu primenu u tretmanu otpadnih voda.Pored toga, proizvedene biočađi su hemijski aktivirane i ispitivane kao nosači za imobilizaciju lakaze iz Trametes versicolor. Uzorak KVB se pokazao kao najefikasniji nosač, a uspešna imobilizacija lakaze potvrđena je pomoću SEM-EDX i FTIR-ATR analiza. Imobilisana lakaza na KVB uspešno je primenjena za razgradnju BZ, pri čemu je u šaržnom sistemu postignuta efikasnost uklanjanja od 93% nakon 4 h, dok je u ALR-u ostvarena efikasnost od 98% za 2,5 puta kraće vreme. Imobilisana lakaza na KVB pokazala je efikasnost razgradnje boje veću od 80% nakon devet uzastopnih ciklusa u šaržnom sistemu, što ukazuje na dobru stabilnost imobilisanog enzima na biočađi.Rezultati ove doktorske disertacije ukazuju da se otpad iz prehrambene industrije može prevesti u multifunkcionalne biočađi, koje su se pokazale kako ekološki prihvatljivi i ekonomski isplativi adsorbenti i nosači za imobilizaciju enzima. Pretvaranjem otpada iz prehrambene industrije u biočađ, ne samo da se smanjuje njegovo taloženje po deponijama, već se istovremeno doprinosi i ostvarivanju principa cirkularne ekonomije kroz razvoj novih proizvoda visoke upotrebne vrednosti sa širokom potencijalnom primenom u različitim oblastima.

Opis (srp)

Tehnološko inženjerstvo - Biohemijsko inženjerstvo i biotehnologija / Тechnological engineering -: Biochemical engineering and biotechnology Datum odbrane: 30.09.2025.

Jezik

srpski

Datum

2025

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Prehrambena industrija. Industrijska mikrobiologija

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Biotehnologija

lignocelulozna otpadna biomasa, piroliza, biočađ, adsorpcija, katjonske boje, air-lift reaktor, imobilizacija, lakaza, ANN

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Prehrambena industrija. Industrijska mikrobiologija

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Biotehnologija

lignocellulosic waste biomass, pyrolysis, biochar, adsorption, cationic dyes, air-lift reactor, immobilization, laccase, ANN