Comportamento di adsorbimento del doppio idrossido magnetico stratificato di Co/Al ramnolipidico per la rimozione di coloranti cationici e anionici

Jul 28, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14623 (2022) Citare questo articolo

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Nella presente ricerca, il doppio idrossido stratificato magnetico di ramnolipidi-Co/Al (MR-LDH) è stato sintetizzato per assorbire il blu di metilene (MB) e l'arancio reattivo 16 (RO16) dalla soluzione acquosa. I parametri principali, tra cui pH, dosaggio dell'adsorbente, tempo di contatto e concentrazione iniziale dell'analita, sono stati ottimizzati per ottenere la migliore efficienza di adsorbimento. Di conseguenza, l'eliminazione di MB su MR-LDH viene migliorata nel mezzo di base grazie alle interazioni elettrostatiche tra la carica negativa di MR-LDH e la carica positiva del colorante MB. Al contrario, il mezzo acido (pH = 3) è stato favorito per l'adsorbimento di RO16 a causa del legame idrogeno tra la forma protonata del colorante azoico e i gruppi idrossilici protonati sulla superficie di MR-LDH. Le capacità massime di adsorbimento calcolate per MB e RO16 erano rispettivamente 54,01 e 53,04 mg/g a 313 K. Il modello di Langmuir, che presuppone l'adsorbimento monostrato sulla superficie adsorbente, fornisce la migliore spiegazione per l'adsorbimento di entrambi i coloranti (R2 = 0,9991 per MB e R2 = 0,9969 per RO16). Inoltre, il modello cinetico di pseudo-secondo ordine descrive meglio il processo di adsorbimento per MB (R2 = 0,9970) e RO16 (R2 = 0,9941). L'adsorbente proposto mantiene prestazioni di adsorbimento stabili per quattro cicli consecutivi. Dopo ogni processo di adsorbimento, MR-LDH viene facilmente separato da un magnete esterno. I risultati mostrano che MR-LDH è risultato essere un eccellente adsorbente per la rimozione di coloranti organici sia cationici che anionici da soluzioni acquose.

A causa del continuo rilascio di sostanze inquinanti nell'ambiente, in particolare nell'acqua, la rimozione degli effluenti industriali, tra cui le industrie del cuoio, della stampa, del tessile, delle raffinerie, della plastica e del petrolio, è diventata una delle sfide globali1,2,3,4 ,5. A causa della loro lenta decomposizione e tossicità, i coloranti possono causare danni irreparabili all'ecosistema ambientale e causare gravi problemi agli animali acquatici e agli esseri umani6,7,8.

I coloranti tessili sono classificati in base ai loro gruppi funzionali: nitro, nitroso, azo, antrachinone, indaco, zolfo, ecc.9,10. Questi coloranti sono recalcitranti, non biodegradabili, bioaccumulabili, tossici e cancerogeni e hanno effetti dannosi sull'ambiente, anche a basse concentrazioni11,12,13,14. È anche pratica comune classificare i coloranti in base alla carica lasciata sulle loro particelle dopo la dissoluzione in un mezzo acquoso. Queste categorie includono anionici (che comprendono coloranti diretti, acidi e reattivi), cationici (che comprendono tutti i coloranti basici) e non ionici (coloranti dispersi)15,16.

Il metiltioninio cloruro, comunemente chiamato blu di metilene, è un colorante cationico non biodegradabile idrosolubile appartenente alla famiglia delle tiazine con un pka di 3,8. Reactive Orange 16, un colorante monoazoico xenobiotico e recalcitrante altamente solubile in acqua con un pka di 3,75, è intrinsecamente pericoloso e ha effetti cancerogeni e mutageni negli esseri umani17,18,19,20. Pertanto, la rimozione dei coloranti dalle acque reflue è considerata una sfida ambientale21,22.

Sono state impiegate diverse tecniche per eliminare i coloranti sintetici dall'acqua inquinante, tra cui filtrazione, flocculazione, trattamento biologico, coagulazione, adsorbimento, estrazione, separazione tramite membrana, degradazione fotocatalitica e ossidazione23,24,25,26. Alcuni di questi metodi tradizionali sono stati limitati perché complessi, dispendiosi in termini di tempo e antieconomici27. Pertanto, è necessario trovare il metodo di trattamento delle acque reflue coloranti più efficiente e semplice28. Negli ultimi decenni, l'adsorbimento ha attirato molta attenzione come metodo preferito grazie alla sua flessibilità e semplicità di progettazione, nonché alla sua insensibilità ai contaminanti tossici e alla mancanza di generazione di materiali tossici2,25,29,30,31. L'efficienza di adsorbimento dipende fortemente dalle proprietà dell'adsorbente30. Gli adsorbenti tradizionali tra cui argilla, biochar, chitosano, zeolite, silice o adsorbenti sintetici tra cui carbone attivo, polimeri, materiale di carbonio mesoporoso, pneumatici di scarto o membrane filtranti sono stati testati per rimuovere i contaminanti dalle acque reflue32,33,34.