Produzione di nanobiocomposito magnetico Ni0.5Co0.5Fe2O4/carbone attivo@chitosano come nuovo adsorbente del blu di metilene in soluzioni acquose

Aug 13, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6137 (2023) Citare questo articolo

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Il blu di metilene è un colorante cationico, non degradato naturalmente a causa dei suoi anelli aromatici. Di conseguenza, per la sua rimozione sono stati proposti metodi di trattamento dell'acqua biologici, chimici e fisici. L’adsorbimento è un metodo economico ed efficace a questo riguardo. In questo studio, il nanobiocomposito magnetico nichel-cobalto ferrite/carbone attivo@chitosano è stato sintetizzato come adsorbente. Il nano-adsorbente è stato valutato con FESEM, che ha stimato la dimensione delle particelle a ~ 16,64 nm. Secondo l'analisi EDAX, la purezza delle particelle era del 99%. La caratterizzazione XRD ha mostrato la copertura riuscita del chitosano, il corretto posizionamento della ferrite di nichel-cobalto e la non struttura dei cristalliti. L'area superficiale specifica era di 316 m2/g utilizzando la teoria BET e di 285 m2/g utilizzando la teoria di Langmuir, e il volume della porosità era di 0,18 cm3/g. Secondo l'analisi VSM, la riluttanza magnetica e la forza coercitiva erano rispettivamente di 1,1 emu/g e 499 Oe. L'analisi FTIR ha mostrato che la reazione ha avuto successo e sulla superficie adsorbente era presente blu di metilene. Il test di adsorbimento del blu di metilene ha indicato che sono stati adsorbiti 388 mg/g del colorante (rimozione del colorante del 97%) e la concentrazione finale ha raggiunto 6 mg/L dopo 8 ore. Il punto di carica zero (pHpzc) era 6,8.

Lo smaltimento improprio di sostanze inquinanti come ioni di metalli pesanti, coloranti, effluenti farmaceutici, pesticidi e composti organici negli ambienti acquatici è una sfida globale1. I coloranti sono inquinanti che possono causare mutagenesi e cancerogenesi. Sono utilizzati come prodotti chimici di base in vari settori come quello del cuoio, della carta, del tessile, della gomma, della plastica, dei farmaci e dei cosmetici1. Lo smaltimento degli effluenti contenenti coloranti nelle fonti d'acqua aumenta l'inquinamento dell'acqua, blocca la luce solare e disturba l'equilibrio ecologico2. Inoltre, gli anelli aromatici nella struttura di alcuni coloranti anionici e cationici li rendono tossici e provocano vertigini, ittero, cianosi, bruciore, allergie, vomito e diarrea se degradati nel corpo2. Di conseguenza, è necessaria la rimozione di questi inquinanti dall’acqua. Con lo sviluppo della tecnologia, sono stati introdotti nuovi metodi per il trattamento dell’acqua. I metodi di trattamento dell'acqua sono divisi in tre gruppi: chimici, tra cui ossidazione3, scambio ionico4 e precipitazione5; fisico, inclusa filtrazione6, adsorbimento7, flottazione in aria8 e coagulazione9; e biologici, compresi quelli aerobici e anaerobici2. In generale, grazie al basso costo e all'elevata efficienza dell'adsorbimento, è il metodo di trattamento dell'acqua più adeguato ed efficace. Vari composti sono stati utilizzati come adsorbenti, ad esempio nanotubi di carbonio10, carbone attivo11, zeolite12, ossidi metallici13, chitosano14, nanomateriali nucleo-guscio15, nanocompositi magnetici16, silicone17 e idrossidi a doppio strato18. Tra i compositi magnetici, ferrite di cobalto/montmorillonite19 e ossido di grafene/chitosano20 sono stati valutati per la rimozione del blu di metilene. Tuttavia, la maggior parte di questi composti mancano di struttura porosa, elevata stabilità chimica, struttura biologica e proprietà di facile isolamento. Ad esempio, il chitosano non può essere isolato facilmente. Questo studio mira a sintetizzare Ni0.5Co0.5Fe2O4/Carbone attivo@Chitosano come un nanobiocomposito con tutte le caratteristiche favorevoli di un nanoassorbente. Il carbone attivo ha una struttura porosa ed è un composto biocompatibile e chimicamente stabile utilizzato in questo nanoassorbente. Inoltre, il chitosano è un adsorbente polimerico naturale in grado di adsorbire coloranti grazie ai gruppi idrossilici e amminici nelle sue catene polimeriche21. Il chitosano è stato utilizzato per le sue proprietà biologiche, impedendo la dispersione del nanobiocomposito in acqua, la corretta reazione con i coloranti e migliorando il processo di adsorbimento. Infine, la ferrite di nichel-cobalto è stata utilizzata per fornire la separazione magnetica del nanocomposito da soluzioni acquose. È stata eseguita l'analisi BET per valutare la porosità, FESEM per confermare la morfologia desiderata, XRD per confermare le proprietà di cristallizzazione e valutare la dimensione dei cristalliti, FTIR per confermare il successo della reazione e la presenza di blu di metilene dopo l'adsorbimento del colorante da parte del nanocomposito, VSM per valutazione delle proprietà magnetiche delle nanoparticelle e EDAX per valutare la purezza del composto. Il test di adsorbimento del blu di metilene è stato eseguito per ottimizzare i parametri efficaci sul processo di adsorbimento, come la dose di adsorbimento, la concentrazione iniziale del blu di metilene, il pH e la temperatura. È stato inoltre ottenuto PHpzc per valutare l'effetto del pH sul processo di adsorbimento in termini di carica superficiale.