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

Aug 13, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6137 (2023) Citar este artigo

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O azul de metileno é um corante catiônico, não degradado naturalmente devido aos seus anéis aromáticos. Assim, métodos biológicos, químicos e físicos de tratamento de água têm sido 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 um adsorvente. O nanoadsorvente foi avaliado com FESEM, que estimou o tamanho de partícula em ~ 16,64 nm. De acordo com a análise EDAX, a pureza das partículas foi de 99%. A caracterização XRD mostrou a cobertura bem-sucedida de quitosana, a colocação correta de ferrita de níquel-cobalto e a não estrutura de cristalitos. A área superficial específica foi de 316 m2/g usando a teoria BET e 285 m2/g usando a teoria Langmuir, e o volume de porosidade foi de 0,18 cm3/g. De acordo com a análise VSM, a relutância magnética e a força coercitiva foram de 1,1 emu/g e 499 Oe, respectivamente. A análise de FTIR mostrou que a reação foi bem-sucedida e o azul de metileno estava presente na superfície do adsorvente. O teste de adsorção de azul de metileno indicou que 388 mg/g do corante foi adsorvido (97% de remoção do corante), e a concentração final atingiu 6 mg/L após 8 h. O ponto de carga zero (pHpzc) foi de 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 de base em várias indústrias, como couro, papel, têxtil, borracha, plástico, medicamentos e cosméticos1. O descarte 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 desses poluentes da água é necessária. Com o desenvolvimento da tecnologia, novos métodos foram introduzidos para o 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 a ar8 e coagulação9; e biológicos, incluindo aeróbicos e anaeróbicos2. 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 usados ​​como adsorventes, por exemplo, nanotubos de carbono10, carvão ativado11, zeólita12, óxidos metálicos13, quitosana14, nanomateriais core-shell15, nanocompósitos magnéticos16, silicone17 e hidróxidos bicamada18. Dentre os compósitos magnéticos, ferrita de cobalto/montmorilonita19 e óxido de grafeno/quitosana20 foram avaliados quanto à remoção do azul de metileno. No entanto, a maioria desses 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 visa sintetizar Ni0.5Co0.5Fe2O4/Activated carbon@Chitosan como um nanobiocomposito com todas as características favoráveis ​​de um nanoabsorvente. O carvão ativado tem uma estrutura porosa e é um composto biocompatível e quimicamente estável que foi usado 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 dispersão do nanobiocompósito em água, reação adequada com corantes e melhorando o processo de adsorção. Finalmente, a ferrita de níquel-cobalto foi usada para fornecer a separação magnética de nanocompósitos de soluções aquosas. A análise BET foi realizada para avaliar a porosidade, FESEM para confirmar a morfologia pretendida, XRD para confirmar as propriedades de cristalização e avaliar o tamanho dos cristalitos, FTIR para confirmar o sucesso da reação e a presença de azul de metileno após adsorção do corante pelo nanocompósito, VSM para avaliar as propriedades magnéticas das nanopartículas e EDAX para avaliar a pureza do composto. O teste de adsorção de azul de metileno foi realizado para otimizar parâmetros efetivos no processo de adsorção, como dose de adsorção, concentração inicial de 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.