Nanocompósito híbrido de sulfeto de cobre e óxido de zinco para descontaminação de águas residuais de produtos farmacêuticos e pesticidas

May 03, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 18153 (2022) Citar este artigo

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Neste trabalho, nanocompósitos híbridos de fotocatalisadores CuS QDs @ ZnO são fabricados através de um método hidrotérmico assistido por micro-ondas (MW) como um processo de preparação verde. Os fotocatalisadores (PCs) preparados são empregados sob luz solar simulada (SL) para a degradação de ciprofloxacina, ceftriaxona, fármacos ibuprofeno, corante azul de metileno e pesticida ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4-D). Os fotocatalisadores preparados são caracterizados em detalhes usando várias técnicas composicionais, ópticas e morfológicas. A influência do CuS (QDs) wt. % na eficiência da degradação morfológica, estrutural e fotocatalítica foram investigados. O pequeno deslocamento entre o plano (107) do CuS e o plano (102) do ZnO pode confirmar a existência de interação da rede, implicando na formação de heterojunções pn. Os resultados de TEM e XRD demonstraram que os CuS QDs são estabelecidos e uniformemente decorados na superfície dos ZnO NRs, confirmando a formação de nanoestruturas de heterojunção CuS QDs @ ZnO eficientes. Os nanocompósitos híbridos CuS QDs @ ZnO mostraram aumento na cristalinidade, absorção de luz, área superficial, separação do par e-h e inibição em sua recombinação em uma heterojunção interfacial. Além disso, descobriu-se que 3% em peso de CuS QDs @ ZnO tem a maior influência. Os resultados mostraram melhora da atividade fotocatalítica do nanocompósito híbrido CuS QDs @ ZnO a 3% em comparação com os nanobastões de ZnO nus. O impressionante desempenho fotocatalítico de nanobastões de heteroestrutura CuS @ ZnO pode ser atribuído à eficiente transferência de carga. Os nanocompósitos híbridos CuS QDs @ ZnO preparados exibiram 100% de remoção para corante MB, após 45 min, e após 60 min para ibuprofeno, ciprofloxacina farmacêutica e 2,4,5 tricloro fenoxi ácido acético pesticida com a quantidade de catalisador de 0,2 g/L. Embora a remoção de 100% do fármaco ceftriaxona tenha sido alcançada após 90 min. Além disso, os nanocompósitos híbridos CuS QDs @ ZnO exibiram remoção completa de COD para ibuprofeno, produtos farmacêuticos ceftriaxona e pesticida de ácido triclorofenoxiacético 2,4,5 após 2 h sem seletividade. Resumidamente, nanocompósitos híbridos de 3% CuS QDs@ZnO podem ser considerados como materiais fotoativos promissores sob luz solar simulada para descontaminação de águas residuais.

As águas residuais industriais contêm vários compostos tóxicos e cancerígenos (por exemplo, corantes orgânicos sintéticos, produtos farmacêuticos, pesticidas e resíduos têxteis) que põem em perigo o delicado equilíbrio do meio ambiente. Esses resíduos causam perigo ao meio ambiente se liberados sem tratamento1,2. Os corantes orgânicos sintéticos são amplamente utilizados em diversas indústrias, como têxteis, papel, plástico, couro, alimentos e outros, devido à sua maior estabilidade e natureza não biodegradável. Essas indústrias resultam na produção de efluentes, que contêm corantes cancerígenos e perigosos, poluindo a água e tornando-a imprópria para consumo humano. Durante o processo de tingimento, esses efluentes são lançados em lagos, rios ou lençóis freáticos, o que acarreta sérios problemas ambientais, devido à sua boa estabilidade em condições ambientais3,4.

O azul de metileno (MB), comumente usado para colorir seda, lã, algodão e papel, é um dos materiais mais caros da indústria de tingimento. A exposição excessiva ao MB pode resultar em dificuldade respiratória, confusão mental, queimaduras nos olhos, metemoglobinemia, sudorese, náusea, vômito e sudorese profusa5. Consequentemente, é crítico para o meio ambiente remover tais corantes sintéticos antes de serem liberados em corpos d'água. Os produtos farmacêuticos são amplamente utilizados para resistir a doenças e melhorar a saúde de humanos, animais e outros ecossistemas. Eles podem ser descartados no meio ambiente por diferentes caminhos, como esterco agrícola, excrementos de animais e efluentes de indústrias farmacêuticas e hospitais. Além disso, mesmo em baixas doses, a liberação e persistência desses fármacos no meio ambiente a partir de diversas fontes oferecem um risco potencial à saúde de organismos, principalmente humanos. Dentre esses fármacos, os antibióticos ganharam importância significativa, sendo empregados no tratamento de infecções causadas por diversas bactérias, na medicina veterinária, na medicina e na agricultura6. A ciprofloxacina e a ceftriaxona são antibióticos comumente usados ​​para tratar infecções causadas por várias bactérias. O uso excessivo de antibióticos tem gerado efeitos adversos à saúde humana devido à poluição dos recursos hídricos, como encontrados em descargas hospitalares e efluentes industriais de origem farmacêutica7,8,9. Os antibióticos no ambiente tornam as bactérias resistentes a eles, tornando-os ineficazes para uma variedade de infecções e representando um risco para a saúde humana10. Portanto, é fundamental remover efetivamente esses antibióticos das águas residuais.