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Jul 04, 2023

Estudos termodinâmicos, cinéticos e isotérmicos da adsorção de tartrazina em nanocompósito microclina/MWCNTs e os potenciais de regeneração

Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 9872 (2023) Citar este artigo 333 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics A busca por uma técnica de tratamento de águas residuais barata, eficaz e ecologicamente correta

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9872 (2023) Citar este artigo

333 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

A busca por uma técnica de tratamento de águas residuais barata, eficaz e ecológica, livre de subprodutos tóxicos secundários, exige a fabricação de um adsorvente amigo da natureza com uma capacidade robusta para descontaminar fontes de água poluídas e ser reciclada. Para tanto, relatamos a fabricação de novos nanocompósitos (KMCM) a partir de microclina (KMC) e nanotubos de carbono multiwall (MWCNTs). Os adsorventes (KMC e KMCM) foram caracterizados por DRX, BET, SEM, TGA e FTIR. O novo e de baixo custo nano-sorvente foi projetado para a eliminação da tartrazina (Tatz) das águas residuais. A adsorção de Tatz em KMC e KMCM foi influenciada pela dose do adsorvente, concentração inicial de Tatz, tempo de contato e pH da solução. Os dados experimentais adquiridos nos estudos de equilíbrio foram bem abordados pelo modelo de isoterma de Langmuir. A capacidade máxima de captação de 37,96 mg g-1 e 67,17 mg g-1 foi estimada para KMC e KMCM. A cinética para a adsorção de Tatz em KMC e KMCM foi melhor expressa pelos modelos de pseudo-segunda ordem e Elovich. Os parâmetros termodinâmicos revelaram que a absorção de Tatz em KMC e KMCM era endotérmica (ΔH: KMC = 35,0 kJ mol−1 e KMCM = 42,91 kJ mol−1), orientada por entropia (ΔS: KMC = 177,6 JK−1 mol− 1 e KMCM = 214,2 JK−1 mol−1) e processo espontâneo. Enquanto isso, o KMCM demonstrou bom potencial de reutilização e eficiência de adsorção superior quando comparado a outros adsorventes.

O aumento da população mundial, o crescimento exponencial da indústria transformadora moderna e os avanços na tecnologia industrial são factores fundamentais que contribuem para a poluição da água1. Foi relatado que muitos materiais tóxicos inorgânicos e orgânicos afetam negativamente as propriedades físico-químicas dos ecossistemas aquáticos, entre os quais estão os corantes2. Entre os poluentes inorgânicos estão os corantes. Os corantes são compostos orgânicos utilizados por diversas indústrias para impactar a cor e são classificados como aniônicos, catiônicos e não iônicos. Enquanto isso, indústrias como farmacêutica, papel, tintas, têxtil e alimentícia, entre outras, são conhecidas como principais consumidoras de corantes3. A tartrazina é um corante amarelo aniônico, composto por grupos funcionais sulfônico, azo (N=N) e carboxílico e é frequentemente empregado como aditivo em consumíveis como sorvetes doces, bebidas, gelatinas, salgadinhos, chicletes, pães, iogurtes e produtos farmacêuticos4 .

Além do benefício útil da tartrazina, relatórios revelaram que a tartrazina tem potencial para causar hipersensibilidade, alergia, eczema cutâneo, asma, mutação, cancro e efeitos imunossupressores5. Numa tentativa de sequestrar contaminantes da água do ecossistema aquático, diferentes tipos de métodos físico-químicos/biológicos têm sido empregados. Algumas dessas técnicas de tratamento incluem técnicas eletroquímicas6, tratamentos biológicos7, extração8, troca iônica9, filtração10, fotodegradação11,12,13,14, precipitação química15, biorreator de membrana16 e osmose reversa17. Por outro lado, a aplicação desses métodos para remoção de poluentes é limitada e isso se deve à possível geração de um poluente secundário tóxico, elevado custo operacional e ineficiência em baixas concentrações de poluentes18,19. Considerando as implicações adversas dos desafios acima mencionados, é, portanto, necessário conceber uma técnica ecológica e económica para a purificação da água.

Foi relatado que a adsorção é eficiente para a erradicação do corante mesmo em baixas concentrações, com baixo custo operacional de operação, excelente seletividade e facilidade de operação . Extensos estudos foram feitos utilizando adsorventes de origem inorgânica e orgânica para o sequestro de corantes. Entre esses adsorventes incluem; celulose21, resíduos de biogás22,23, montmorilonita24, casca de resíduos25, aerogéis26,27, nanocompósito28,29, Zn/Al-LDH30, medula de banana31, mesocarpo de coco32, turfa33 óxido de grafeno34, quitina35, nanopartículas de óxido de ferro36, quitosana37, sílica38, pó de juta39, casca de amendoim40, polipirrol/SrFe12O19/grafeno41, resíduos de processamento de juta42, carvão ativado43,44,45, casca de farelo de soja46, resíduos de quartzo47, casca de arroz48, talos de milho49 Fe/zeólita50, cascas de avelã51, sementes52, casca53, pinheiro silvestre54, argila de caulinita55 e folhas56 . No entanto, descobriu-se que alguns dos adsorventes mencionados anteriormente tinham algum grau de demérito, tais como filtragem deficiente, ineficazes a altas temperaturas, regeneração dispendiosa e selectividade limitada. Portanto, é importante projetar um adsorvente com qualidade excepcional para a remoção de Tatz de águas residuais. A microclina (KAlSi3O8) é composta por potássio, alumínio e silicato, é geralmente conhecida como feldspato potássico e cristaliza no sistema triclínico57. Este mineral pode ser obtido como rocha ígnea, sedimentar ou metamórfica. Como mineral, a microclina é onipresente e pode ser modificada como adsorvente para práticas de remediação de água. Por outro lado, os nanotubos de carbono demonstraram propriedades físicas e químicas excepcionais, e essas características resultaram na aplicação bem-sucedida de CNTs em diferentes campos58,59. Enquanto isso, os CNTs demonstraram excelente capacidade de sequestrar poluentes orgânicos e inorgânicos da fase aquosa .