Hydrothermale Umwandlung von Annatto-Samenabfällen (Bixa orellana) in funktionellen Hydrochar: Synthese, Charakterisierung und Adsorptionsmechanismus von Tetracyclin

Agroindustrielle Rückstände stellen eine reichhaltige und untergenutzte Quelle kohlenstoffreicher Materialien für die Umweltremediation dar. In dieser Studie wurde Abfall aus der Annattoproduktion (Bixa orellana), ein weitgehend unerforschtes lignocellulosisches Nebenprodukt, das bei der Pigmentextraktion anfällt, durch hydrothermale Verkohlung bei 200 °C für 3 Stunden in Hydrochar umgewandelt. Der resultierende Hydrochar (HC-AW) zeigte eine überwiegend amorphe Kohlenstoffstruktur mit erhaltenen sauerstoffhaltigen Oberflächenfunktionalitäten und eine Feststoffausbeute von 44 %, was auf eine effiziente Biomasseumwandlung unter subkritischen Bedingungen hinweist. Die Adsorptionsleistung gegenüber Tetracyclin wurde mittels pH-abhängiger Experimente, kinetischer Modellierung, Gleichgewichtsisothermen und thermodynamischer Analyse bewertet. Die maximale Adsorption trat unter nahezu neutralen Bedingungen (pH ≈ 7) auf, was mit der Wechselwirkung zwischen Tetracyclin-Spezies und der Oberflächenladung des Hydrochars (pHPZC ≈ 6,3) übereinstimmt und seine potenzielle Anwendbarkeit unter realistischen Wasseraufbereitungsbedingungen ohne pH-Anpassung hervorhebt. Kinetische Daten wurden durch das Pseudo-Zweiter-Ordnung-Modell gut beschrieben, während die Gleichgewichtsergebnisse am besten durch das Langmuir-Modell angepasst wurden, mit einer maximalen Adsorptionskapazität von 14,94 mg g−1 bei 30 °C. Die thermodynamische Analyse deutete auf einen spontanen und leicht endothermen Adsorptionsprozess hin. Insgesamt heben die Ergebnisse das Potenzial von aus Annatto gewonnenem Hydrochar als kostengünstiges Adsorptionsmittel hervor und liefern Einblicke in die Beziehung zwischen Oberflächeneigenschaften und Adsorptionsverhalten bei der Antibiotikabeseitigung aus wässrigen Systemen.