Preparação e caracterização de baixo

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4493 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O verde malaquita utilizado nas indústrias têxteis e de tinturaria é um poluente persistente comum nas águas residuais e no ambiente, causando grandes riscos à saúde humana e aos organismos aquáticos. Neste estudo, a metodologia de superfície de resposta foi aplicada para otimizar a remoção adsortiva do verde malaquita utilizando nano-bentonita, argila impregnada com MgO e Mucor sp. compósitos. Os nanomateriais e Mucor sp. compósitos foram caracterizados por FTIR, MEV e difratometria de raios X. De acordo com os resultados obtidos, a nanobentonita apresenta eficiência máxima de adsorção de MG de 98,6% a 35 °C, pH 7,0, tempo de contato de 60 min, dosagem de adsorvente de 1,0 g/L e concentração inicial de MG de 50 mg/L. Por outro lado, a eficiência máxima de adsorção de MG em argila impregnada com MgO de 97,04% é observada em pH 9,0, tempo de contato de 60 min, dosagem de adsorvente de 0,7 g/L e concentração inicial de MG de 50 mg/L. A isoterma de adsorção do verde malaquita (MG) na argila impregnada com MgO correspondeu à isoterma de Freundlich, com coeficiente de correlação (R2) de 0,982. No entanto, a isoterma de adsorção de Langmuir foi um ajuste superior para nano-bentonita (R2 = 0,992). As atividades de adsorção da nanobentonita e da argila impregnada com MgO foram ajustadas em um modelo cinético de pseudo-segunda ordem com R2 de 0,996 e 0,995, respectivamente. Além disso, apesar de ter sido reciclado inúmeras vezes, o adsorvente manteve sua alta estabilidade estrutural e eficácia de remoção de nanobentonita (94,5–86%) e argila impregnada com MgO (92–83%).

A poluição da água causada por águas residuais provenientes das atividades de produção têxtil é uma grande preocupação global. Uma das tarefas mais difíceis que os investigadores enfrentam em todo o mundo no século XXI é fornecer a água limpa necessária para as actividades industriais, domésticas e agrícolas1. As fábricas têxteis são responsáveis ​​por um dos maiores problemas de poluição ambiental do mundo, pois descarregam efluentes corantes indesejáveis2. A indústria têxtil consome 100–200 L de água por kg de têxteis produzidos, resultando na geração de grandes quantidades de águas residuais durante o processo de tingimento3. Globalmente, cerca de 280.000 toneladas de corantes sintéticos são descarregadas em cursos naturais todos os anos a partir de águas residuais produzidas por diversas indústrias, tais como fabricantes de couro, alimentos, têxteis, papel, cosméticos, impressão e tapetes4. A referida descarga tem um impacto adverso na qualidade visual dos corpos d'água e interfere no ciclo de vida dos organismos aquáticos ao reduzir a penetração da luz solar na água, o que inibe a fotossíntese e o crescimento das plantas, afetando assim a atividade biológica dos animais aquáticos; além disso, os corantes sintéticos presentes nos corpos hídricos também provocam contaminação do solo5. O verde malaquita (MG) é um corante sintético utilizado para tingir seda, algodão, couro, lã e papel, sendo também empregado como fungicida e desinfetante na piscicultura, pois proporciona o controle de parasitas e doenças de peixes6. MG é um composto trifenilmetano catiônico altamente solúvel em água7. Também é altamente tóxico para células de mamíferos em concentrações abaixo de 0,1 g/mL8. MG é caracterizada por uma estrutura molecular complexa, alta estabilidade, não biodegradabilidade e alta resistência à luz e agentes oxidantes7. Quando flui para a corrente receptora, esse corante afeta negativamente o ciclo de vida dos organismos aquáticos, interferindo na fisiologia do fígado hipofisário, brânquias, rins, intestinos, gônadas e células vegetativas das gônadas9. Em humanos, a inalação de MG pode causar inflamação do trato respiratório, enquanto sua deglutição pode causar inflamação do trato digestivo10. MG é perigoso para humanos e mutagênico; além disso, sua presença afeta os sistemas imunológico e reprodutivo11. O verde malaquita pode ser convertido em leucoverde malaquita e carbinol, que é tóxico para os humanos. Nos músculos, gordura e órgãos internos dos peixes, o MG tem meia-vida de 10 dias12. Esse corante catiônico também é durável no meio ambiente, com meia-vida de 12,9 a 50,34 dias em sedimentos13. Muitas tecnologias têm sido usadas para tratar águas residuais têxteis, incluindo métodos de tratamento físicos, químicos e avançados, como filtração por membrana, troca iônica, tecnologia eletroquímica, coagulação, floculação, osmose reversa, oxidação química, ozonização14 e tratamento biológico para fungos e bactérias. efeitos15. No entanto, a maioria destas tecnologias tem várias desvantagens, incluindo baixa eficiência, grande investimento de capital, elevado consumo de energia, elevado custo, não selectividade, inadequação para aplicações em grande escala e formação de lamas secundárias prejudiciais16. Dentre as estratégias de tratamento, a adsorção é um dos métodos mais atraentes e eficientes para remoção de corantes de amostras de água poluída. Essa técnica oferece diversas vantagens, incluindo design simples, adsorventes recicláveis, operação simples, não toxicidade, baixo custo e investimento inicial modesto17. Esses adsorventes recicláveis ​​incluem carvão ativado (CA)18, casca de cal19 e pedra-pomes20. No entanto, existem várias desvantagens nos diferentes adsorventes usados ​​para purificar a água. Por exemplo, a reutilização de AC requer regeneração, o que é dispendioso e limita a sua aplicação em larga escala no tratamento de águas residuais. Além disso, alguns adsorventes são eficazes contra um número limitado de corantes e são difíceis de separar da água tratada21. A referência22 focou na imobilização da peroxidase de rábano em suportes como fibras eletrofiadas de poliamida-6, que foram utilizadas para a descoloração de corantes têxteis reativos preto 5 e verde malaquita a partir de soluções que imitam águas do mar poluídas e atingiram mais de 70%. A Referência23 apresentou a aplicação da imobilização da lacase de Trichoderma versicolor em diversos suportes, como TiO2–ZrO2–SiO2, para remover o corante azo preto reativo 5 (RB5), o corante antraquinona reativo azul 4 (RB4), eficiências de degradação chegando a 100%. , 91% e 77%, respectivamente, eles ganharam mais de 70% de atividade catalítica da lacase imobilizada em TiO2 – ZrO2 – SiO2, mesmo após cinco ciclos de execução. Recentemente, os cientistas desenvolveram um material adsorvente eficiente e económico, compósitos poliméricos de nano-argila, para superar as deficiências dos métodos tradicionais de purificação de águas residuais da indústria têxtil e reduzir a sua ameaça ambiental. Atualmente, a argila é amplamente utilizada em diversas indústrias, incluindo cosmética, exploração de petróleo, farmacêutica, alimentícia e fabricação de papel, por ser facilmente disponível, não tóxica e ter potencial de troca iônica para remoção de corantes de águas residuais24. Dentre os materiais argilosos estudados, a bentonita tem recebido considerável atenção como adsorvente devido ao seu baixo custo, renovabilidade, grande área superficial, boa estabilidade química e mecânica e abundância na natureza25. Além disso, a bentonita é composta principalmente por montmorilonita26. A bentonita bruta possui baixa capacidade de adsorção de corantes catiônicos, por isso é modificada por meio de tratamentos físicos e químicos. No entanto, a rede superficial carregada negativamente da argila bentonita pode ter uma capacidade de absorção superior para corantes catiônicos . A bentonita modificada tratada quimicamente tem sido usada para remover azul de metileno básico catiônico28, íons metálicos29 e cristal violeta30. Assim, este estudo tem como objetivo avaliar a eficácia da modelagem da metodologia de superfície de resposta, que foi analisada durante os experimentos para otimizar e avaliar os efeitos interativos da nanobentonita, argila impregnada com MgO e Mucor sp. na remoção de MG. Além disso, foram determinadas isotermas, modelos de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem e parâmetros termodinâmicos.