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May 24, 2024

Preparazione di un nanocomposito di carbone attivo derivato da tralci di vite Fe3O4 per una migliore rimozione del Cr(VI) da soluzioni acquose

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 3960 (2023) Cita questo articolo 775 Accessi Dettagli metriche In questo studio, il nanocomposito Fe3O4/carbonio attivo è stato sintetizzato con successo per la rimozione di

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In questo studio, il nanocomposito Fe3O4/carbonio attivo è stato sintetizzato con successo per la rimozione del cromo da soluzioni acquose. Le nanoparticelle Fe3O4 sono state decorate su carbone attivo derivato da tralci di vite utilizzando il metodo della co-precipitazione. Lo spettrometro di assorbimento atomico è stato utilizzato per valutare la rimozione degli ioni cromo da parte dell'adsorbente preparato. Per trovare le condizioni ottimali sono stati esaminati gli effetti di vari parametri quali la dose di adsorbente, il pH, il tempo di contatto, la riutilizzabilità, il campo elettrico e la concentrazione iniziale di cromo. Secondo i risultati, il nanocomposito sintetizzato ha mostrato un'elevata capacità di rimuovere il cromo a un pH ottimizzato di 3. In condizioni ottimali, è stata ottenuta un'elevata efficienza di rimozione del 90% e un'eccellente capacità di adsorbimento di 305,30 mg/g. Inoltre, in questa ricerca sono state studiate le isoterme e la cinetica di adsorbimento. I risultati hanno mostrato che i dati si adattano bene all'isoterma di Freundlich e che il processo di adsorbimento è spontaneo e segue il modello di pseudo-secondo ordine.

Negli ultimi anni, a causa dei danni irreparabili causati dall’inquinamento dell’acqua, molti ricercatori hanno iniziato a rimuovere l’inquinamento con vari nanocompositi per ridurre l’inquinamento dell’acqua1. Gli effluenti industriali o le acque reflue, che contengono impurità organiche o inorganiche, come cromo, arsenico, piombo, nichel, mercurio, cadmio, ecc., sono le principali fonti di inquinamento dell'acqua2. Il cromo è un metallo pesante primario ampiamente utilizzato nei corpi idrici provenienti da altri processi industriali come la concia della pelle, la plastica, le industrie metallurgiche, i conservanti del legno e la galvanica, che sono tutti esempi di inquinamento industriale3,4,5,6. Come altri esempi, il rilascio di cromo usato nei sistemi di raffreddamento, nell’industria galvanica, nell’industria conciaria e nei pigmenti di vernice negli ambienti aumenta gli effluenti tossici, che causano un grave problema nella catena alimentare7. Il cromo è un metallo tossico e Cr(VI) e Cr(III) sono due suoi stati di ossidazione stabili. Rispetto al Cr(III), il Cr(VI) è molto più tossico a causa delle sue proprietà cancerogene e mutagene, più solubile ed è più mortale per l'uomo, gli animali e le piante8. Per rimuovere il Cr(VI) sono stati adottati numerosi metodi, quali lo scambio ionico, la riduzione chimica, l'ultrafiltrazione, l'adsorbimento e il trattamento biologico9. Secondo ricerche precedenti, l’adsorbimento è economicamente vantaggioso, efficiente e accessibile per rimuovere il cromo (VI) da una soluzione acquosa10. Gli assorbenti possono essere classificati in quattro gruppi: materiali compositi a base di biochar, adsorbenti, polimeri e carbone attivo11,12,13,14,15. Grazie alla loro elevata stabilità e prestazioni eccezionali, i materiali porosi in carbonio sono stati ampiamente utilizzati nello stoccaggio di energia e nella bonifica delle acque. Tra i vari tipi di materiali carboniosi, come nanofibre di carbonio, nanotubi di carbonio e grafene, i carboni attivi derivati ​​​​dalla biomassa sono incredibilmente utili per le loro strutture ambientali e gerarchiche dell'abbondanza di materie prime e per il basso costo16. I carboni derivati ​​da numerose biomasse come i semi di oliva17, i gusci di palma18, la canna da zucchero19, i gusci di arachidi20, i gusci di noci21 e i frutti di cachi22 si comportano in modo eccezionale nel rimuovere l’inquinamento dall’acqua. I materiali compositi a base di biochar sono considerati a basso costo, migliore funzionalità, maggiore efficienza e maggiore potenziale di assorbimento23. Attualmente, i materiali a base di biochar negli studi sulla rimozione del Cr(VI) si concentrano solitamente sulla separazione magnetica e sull'efficienza o riutilizzabilità della rimozione. Nella sintesi di adsorbenti magnetici, le nanoparticelle di magnetite vengono generalmente utilizzate come materiale magnetico per separare gli ioni metallici e gli inquinanti organici. In questo studio, Fe3O4/C è stato preparato in due fasi, inclusa la sintesi di nanoparticelle magnetiche e la loro modifica utilizzando carbone attivo. Il presente lavoro indaga la capacità del carbone attivo derivato dai tralci di vite di rimuovere gli ioni Cr(IV), considerato uno dei metalli pesanti più tossici prodotti nelle tecnologie industriali, causando significativi problemi ambientali ed economici dall’acqua. Ci siamo concentrati sul miglioramento della capacità e dell'efficienza di adsorbimento utilizzando nanoparticelle magnetiche Fe3O4 innestate con nanocomposito di carbone attivo (Fe3O4/C) come adsorbente per rimuovere il cromo dalla soluzione acquosa. Inoltre, abbiamo discusso i comportamenti di adsorbimento utilizzando esperimenti batch e i relativi meccanismi fisici e chimici. Oltre a studiare gli effetti di vari parametri che influenzano l'adsorbimento, è stato valutato anche l'effetto del campo elettrico sull'efficienza di adsorbimento e sulla riciclabilità del composito Fe3O4/C. Il metodo di preparazione e le interazioni sinergiche potrebbero costituire una strategia generalizzata per il sistema nanoparticelle/materiali porosi. Le prestazioni di assorbimento migliorate possono applicarsi alla protezione dell’ambiente e alle risorse sostenibili.