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May 24, 2024

Preparação de nanocompósito de carvão ativado derivado de Fe3O4/brotos de videira para melhor remoção de Cr(VI) de soluções aquosas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3960 (2023) Citar este artigo 775 Acessos Detalhes da Métrica Neste estudo, nanocompósito Fe3O4/carvão ativado foi sintetizado com sucesso para remoção de

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3960 (2023) Citar este artigo

775 acessos

Detalhes das métricas

Neste estudo, o nanocompósito Fe3O4/carvão ativado foi sintetizado com sucesso para remoção de cromo de soluções aquosas. As nanopartículas de Fe3O4 foram decoradas em carvão ativado derivado de brotos de videira usando o método de co-precipitação. O espectrômetro de absorção atômica foi utilizado para avaliar a remoção de íons Cromo pelo adsorvente preparado. O efeito de vários parâmetros, como dose adsorvente, pH, tempo de contato, reutilização, campo elétrico e concentração inicial de cromo, foram examinados para encontrar as condições ideais. De acordo com os resultados, o nanocompósito sintetizado apresentou alta capacidade de remoção de Cromo em pH otimizado de 3. Em condições ótimas, foi obtida uma alta eficiência de remoção de 90% e uma excelente capacidade de adsorção de 305,30 mg/g. Além disso, isotermas de adsorção e cinética de adsorção foram estudadas nesta pesquisa. Os resultados mostraram que os dados estão bem ajustados à isoterma de Freundlich e o processo de adsorção é espontâneo e segue o modelo de pseudo-segunda ordem.

Nos últimos anos, devido aos danos irreparáveis ​​causados ​​pela poluição da água, muitos investigadores começaram a remover a poluição com vários nanocompósitos para reduzir a poluição da água1. Efluentes industriais ou esgotos, que contêm impurezas orgânicas ou inorgânicas, como Cromo, Arsênico, Chumbo, Níquel, Mercúrio, Cádmio, etc., são as principais fontes de poluição da água2. O cromo é um metal pesado primário amplamente utilizado como ocorrência em corpos d'água de outros processos industriais, como curtimento de couro, plástico, indústrias metalúrgicas, preservativos de madeira e galvanoplastia, todos exemplos de poluição industrial3,4,5,6. Como outros exemplos, a liberação de cromo usado em sistemas de refrigeração, indústria de galvanoplastia, indústria de curtumes e pigmentos de tintas nos ambientes aumenta os efluentes tóxicos, que causam um grande problema na cadeia alimentar7. O cromo é um metal tóxico e Cr(VI) e Cr(III) são dois estados de oxidação estáveis ​​dele. Comparado ao Cr(III), o Cr(VI) é muito mais tóxico devido às suas propriedades cancerígenas e mutagênicas, mais solúvel e mais mortal para humanos, animais e plantas8. Para remover o Cr(VI), inúmeras formas, como troca iônica, redução química, ultrafiltração, adsorção e tratamento biológico, foram apresentadas9. De acordo com pesquisas anteriores, a adsorção é econômica, eficiente e acessível para remoção de cromo (VI) de uma solução aquosa10. Os absorventes podem ser classificados em quatro grupos: materiais compósitos à base de biocarvão, adsorventes, polímeros e carvão ativado11,12,13,14,15. Devido à sua alta estabilidade e excelente desempenho, os materiais porosos de carbono têm sido amplamente utilizados no armazenamento de energia e na remediação de água. Entre os vários tipos de materiais carbonáceos, como nanofibras de carbono, nanotubos de carbono e grafeno, os carvões ativados derivados da biomassa são incrivelmente úteis devido às suas estruturas ambientais e hierárquicas de abundância de matéria-prima e baixo custo16. Os carbonos derivados de numerosas biomassas, como sementes de azeitona17, cascas de palmeira18, cana-de-açúcar19, cascas de amendoim20, cascas de nozes21 e frutos de caqui22, têm um desempenho notável na remoção da poluição da água. Os materiais compósitos à base de biochar são considerados de menor custo, melhor funcionalidade, maior eficiência e maior potencial de adsorção23. Atualmente, materiais baseados em biochar em estudos de remoção de Cr (VI) geralmente se concentram na separação magnética e na eficiência de remoção ou reutilização. Na síntese de adsorventes magnéticos, nanopartículas de magnetita são normalmente usadas como material magnético para separar íons metálicos e poluentes orgânicos. Neste estudo, o Fe3O4/C foi preparado em duas etapas, incluindo a síntese de nanopartículas magnéticas e sua modificação utilizando carvão ativado. O presente trabalho investiga a capacidade do carvão ativado derivado dos lançamentos da videira em remover íons Cr(IV), considerado um dos metais pesados ​​mais tóxicos produzidos em tecnologias industriais, causando significativos problemas ambientais e econômicos da água. Nosso foco foi aumentar a capacidade e eficiência de adsorção usando nanopartículas magnéticas de Fe3O4 enxertadas com nanocompósito de carvão ativado (Fe3O4/C) como adsorvente para remover o cromo da solução aquosa. Além disso, discutimos os comportamentos de adsorção usando experimentos em lote e mecanismos físicos e químicos relacionados. Além de investigar os efeitos de vários parâmetros que afetam a adsorção, também foi avaliado o efeito do campo elétrico na eficiência de adsorção e na reciclabilidade do compósito Fe3O4/C. O método de preparação e as interações sinérgicas poderiam ser uma estratégia generalizada para o sistema nanopartículas/materiais porosos. O melhor desempenho de adsorção pode ser aplicado à proteção ambiental e aos recursos sustentáveis.