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Jan 13, 2024

Preparação e caracterização de baixo

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4493 (2023) Cite este artigo

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Detalhes das métricas

O verde malaquita usado nas indústrias têxteis e de tingimento é um poluente persistente comum em águas residuais e no meio 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 de verde de malaquita usando nano-bentonita, argila impregnada com MgO e Mucor sp. compósitos. Os nano materiais e Mucor sp. compósitos foram caracterizados por FTIR, MEV e difratometria de raios-X. De acordo com os resultados obtidos, a nanobentonita apresenta uma 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 um 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 a um modelo cinético de pseudo segunda ordem com R2 de 0,996 e 0,995, respectivamente. Além disso, apesar de ser 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 das atividades de fabricação têxtil é uma grande preocupação global. Uma das tarefas mais difíceis que os pesquisadores enfrentam em todo o mundo no século XXI é fornecer a água limpa necessária para as atividades 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 de 100 a 200 L de água por quilo de tecido produzido, resultando na geração de grandes quantidades de efluentes durante o processo de tingimento3. Globalmente, cerca de 280.000 toneladas de corantes sintéticos são descartados em fluxos naturais todos os anos a partir de águas residuais produzidas por uma variedade de indústrias, como couro, alimentos, têxteis, papel, cosméticos, impressão e fabricantes de carpetes4. A referida descarga tem um impacto adverso na qualidade visual dos corpos d'água, e interfere nos ciclos de vida dos organismos aquáticos ao reduzir a penetração da luz solar na água, que inibe a fotossíntese e o crescimento das plantas, afetando a atividade biológica dos animais aquáticos; além disso, os corantes sintéticos presentes nos corpos d'água também causam 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 indústria da piscicultura, pois proporciona o controle de parasitas e doenças de peixes6. O 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. A MG é caracterizada por uma estrutura molecular complexa, alta estabilidade, não biodegradabilidade e alta resistência à luz e agentes oxidantes7. Quando flui para o fluxo receptor, esse corante afeta negativamente os ciclos de vida dos organismos aquáticos, interferindo na fisiologia da hipófise, fígado, brânquias, rins, intestinos, gônadas e células vegetativas das gônadas9. Em humanos, a inalação de MG pode causar inflamação do trato respiratório, enquanto sua ingestão pode causar inflamação do trato digestivo10. MG é perigoso para os seres humanos e mutagênico; adicionalmente, sua presença afeta os sistemas imunológico e reprodutivo11. O verde malaquita pode ser convertido em verde leucomalaquita e carbinol, que é tóxico para os seres humanos. Nos músculos, gordura e órgãos internos dos peixes, o MG tem uma 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 sedimento13. Muitas tecnologias têm sido usadas para tratar efluentes têxteis, incluindo métodos de tratamento físico, químico e avançado, 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 dessas tecnologias tem várias desvantagens, incluindo baixa eficiência, grande investimento de capital, alto consumo de energia, alto custo, não seletividade, inadequação para aplicações em larga escala e formação de lodo secundário prejudicial16. Dentre as estratégias de tratamento, a adsorção é um dos métodos mais atrativos e eficientes para a remoção de corantes de amostras de águas poluídas. Esta técnica oferece várias vantagens, incluindo um design simples, adsorventes recicláveis, operação simples, não toxicidade, baixo custo e um investimento inicial modesto17. Esses adsorventes recicláveis ​​incluem carvão ativado (AC)18, casca de limão19 e pedra-pomes20. No entanto, existem várias desvantagens nos diferentes adsorventes usados ​​para purificar a água. Por exemplo, a reutilização de CA requer regeneração, o que é caro e limita 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 concentrou-se na imobilização da peroxidase de raiz-forte em suportes como fibras eletrofiadas de poliamida-6, que foram usadas para a descoloração de corantes têxteis reativos preto 5 e verde malaquita de soluções que imitam águas do mar poluídas e atingiram mais de 70%. A referência 23 apresentou a aplicação da imobilização de lacase de Trichoderma versicolor em vários suportes, como TiO2–ZrO2–SiO2, para remover o corante azo reativo preto 5 (RB5), o corante antraquinona reativo azul 4 (RB4), eficiências de degradação atingindo 100% , 91% e 77%, respectivamente, eles ganharam mais de 70% da atividade catalítica da lacase imobilizada em TiO2–ZrO2–SiO2, mesmo após cinco ciclos de execução. Recentemente, os cientistas desenvolveram um material adsorvente eficiente e econômico, compostos de nano-argila polimérica, para superar as deficiências dos métodos tradicionais de purificação de águas residuais da indústria têxtil e reduzir 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 de fácil obtenção, atóxica e com potencial de troca iônica para remoção de corantes de efluentes24. Entre os materiais argilosos estudados, a bentonita tem recebido atenção considerável 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 tem baixa capacidade de adsorção para 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 catiônicos27. A bentonita modificada tratada quimicamente tem sido usada para remover azul de metileno básico catiônico28, íons metálicos29 e cristal violeta30. Assim, este estudo visa avaliar a eficácia da modelagem da metodologia de superfície de resposta, que foi analisada durante os experimentos para otimizar e avaliar os efeitos interativos de nanobentonita, argila impregnada com MgO e Mucor sp. na remoção de MG. Além disso, isotermas, modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem e parâmetros termodinâmicos foram determinados.