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Dec 03, 2023

Produção de nanobiocompósito magnético Ni0.5Co0.5Fe2O4/carvão ativado@quitosana como um novo adsorvente de azul de metileno em soluções aquosas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6137 (2023) Citar este artigo 992 Acessos 1 Altmetric Metrics detalhes O azul de metileno é um corante catiônico, não se degrada naturalmente devido aos seus anéis aromáticos.

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6137 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O azul de metileno é um corante catiônico, não degradado naturalmente devido aos seus anéis aromáticos. Conseqüentemente, métodos biológicos, químicos e físicos de tratamento de água foram propostos para sua remoção. A adsorção é um método econômico e eficaz nesse sentido. Neste estudo, o nanobiocompósito magnético de ferrita de níquel-cobalto / carvão ativado @quitosana foi sintetizado como adsorvente. O nanoadsorvente foi avaliado com FESEM, que estimou o tamanho de partícula em ~ 16,64 nm. Segundo a análise EDAX, a pureza das partículas foi de 99%. A caracterização por DRX mostrou a cobertura bem-sucedida da quitosana, a correta colocação da ferrita de níquel-cobalto e a não estrutura dos cristalitos. A área superficial específica foi de 316 m2/g pela teoria BET e 285 m2/g pela teoria de Langmuir, e o volume de porosidade foi de 0,18 cm3/g. De acordo com a análise do VSM, a relutância magnética e a força coercitiva foram de 1,1 emu/g e 499 Oe, respectivamente. A análise FTIR mostrou que a reação foi bem-sucedida e que o azul de metileno estava presente na superfície adsorvente. O teste de adsorção do azul de metileno indicou que 388 mg/g do corante foram adsorvidos (97% de remoção do corante), e a concentração final atingiu 6 mg/L após 8 h. O ponto de carga zero (pHpzc) foi 6,8.

O descarte inadequado de poluentes como íons de metais pesados, corantes, efluentes farmacêuticos, pesticidas e compostos orgânicos em ambientes aquáticos é um desafio global1. Os corantes são poluentes que podem causar mutagênese e carcinogênese. Eles são usados ​​como produtos químicos básicos em diversas indústrias, como couro, papel, têxtil, borracha, plástico, medicamentos e cosméticos1. A eliminação de efluentes contendo corantes em fontes de água aumenta a poluição da água, bloqueia a luz solar e perturba o equilíbrio ecológico2. Além disso, anéis aromáticos na estrutura de alguns corantes aniônicos e catiônicos os tornam tóxicos e resultam em tontura, icterícia, cianose, queimação, alergia, vômito e diarreia se degradados no organismo2. Como resultado, a remoção destes poluentes da água é necessária. À medida que a tecnologia se desenvolve, novos métodos foram introduzidos para tratamento de água. Os métodos de tratamento de água são divididos em três grupos: químicos, incluindo oxidação3, troca iônica4 e precipitação5; física, incluindo filtração6, adsorção7, flotação de ar8 e coagulação9; e biológicos, incluindo aeróbios e anaeróbios2. Em geral, devido ao baixo custo e alta eficiência da adsorção, é o método de tratamento de água mais adequado e eficaz. Vários compostos têm sido utilizados como adsorventes, por exemplo, nanotubos de carbono10, carvão ativado11, zeólita12, óxidos metálicos13, quitosana14, nanomateriais core-shell15, nanocompósitos magnéticos16, silicone17 e hidróxidos de bicamada18. Dentre os compósitos magnéticos, ferrita de cobalto/montmorilonita19 e óxido de grafeno/quitosana20 foram avaliados para remoção do azul de metileno. No entanto, a maioria destes compostos carece de estrutura porosa, alta estabilidade química, estrutura biológica e propriedades de fácil isolamento ao mesmo tempo. Por exemplo, a quitosana não pode ser isolada facilmente. Este estudo tem como objetivo sintetizar Ni0.5Co0.5Fe2O4/Carvão Ativado@Quitosana como um nanobiocomposto com todas as características favoráveis ​​de um nano-absorvente. O carvão ativado tem estrutura porosa e é um composto biologicamente correto e quimicamente estável que foi utilizado neste nanoabsorvente. Além disso, a quitosana é um adsorvente polimérico natural capaz de adsorver corantes devido aos grupos hidroxila e amina em suas cadeias poliméricas21. A quitosana foi utilizada por suas propriedades biológicas, evitando a dispersão do nanobiocompósito em água, reação adequada com corantes e melhorando o processo de adsorção. Finalmente, a ferrita de níquel-cobalto foi utilizada para fornecer a separação magnética do nanocompósito de soluções aquosas. Foram realizadas análises BET para avaliação da porosidade, FESEM para confirmação da morfologia pretendida, DRX para confirmação das propriedades de cristalização e avaliação do tamanho dos cristalitos, FTIR para confirmação do sucesso da reação e presença de azul de metileno após adsorção do corante pelo nanocompósito, VSM para avaliando as propriedades magnéticas das nanopartículas e EDAX para avaliar a pureza do composto. O teste de adsorção do azul de metileno foi realizado para otimizar parâmetros efetivos no processo de adsorção, como dose de adsorção, concentração inicial do azul de metileno, pH e temperatura. O PHpzc também foi obtido para avaliar o efeito do pH no processo de adsorção em termos de carga superficial.