Materiali di segatura in polvere e perline ossido di ferro (III) modificato

Oct 24, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 531 (2023) Citare questo articolo

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I problemi di contaminazione da piombo e colorante reattivo blu 4 (RB4) nelle acque reflue destano preoccupazione a causa della loro tossicità per la vita acquatica e la qualità dell'acqua, pertanto si consiglia di rimuovere il piombo e il colorante RB4 dalle acque reflue prima dello scarico. La polvere di segatura (SP), la polvere di segatura di ossido-idrossido di ferro (III) drogato (SPF), le perle di segatura (SPB) e le perle di ossido-idrossido di ferro drogato (III) (SPFB) sono state sintetizzate e caratterizzate con varie tecniche e la loro efficienza nella rimozione del piombo o del colorante RB4 è stata studiata mediante esperimenti batch, isoterme di adsorbimento, cinetica ed esperimenti di desorbimento. SPFB ha dimostrato un'area superficiale specifica più elevata (11,020 m2 g−1) e una dimensione dei pori più piccola (3,937 nm) rispetto ad altri materiali. SP e SPF avevano forme irregolari con strutture eterogenee mentre SPB e SPFB avevano forme sferiche con superfici grossolane. Calcio (Ca) e ossigeno (O) sono stati trovati in tutti i materiali mentre il ferro (Fe) è stato trovato solo in SPF e SPFB. O–H, C–H, C=C e C–O sono stati rilevati in tutti i materiali. Le efficienze di rimozione del piombo di tutti i materiali erano superiori all'82% e le efficienze di rimozione del colorante RB4 di SPB e SPFB erano superiori all'87%. Pertanto, l'aggiunta di ossido-idrossido di ferro (III) e la modifica della forma del materiale hanno contribuito a migliorare l'efficienza dei materiali per l'adsorbimento del piombo o del colorante RB4. SP e SPB corrispondevano al modello di Langmuir relativo a un processo di adsorbimento fisico mentre SPF e SPFB corrispondevano al modello di Freundlich correlato a un processo di chemisorbimento. Tutti i materiali corrispondevano a un modello cinetico di pseudo-secondo ordine relativo al processo di adsorbimento chimico. Tutti i materiali possono essere riutilizzati per più di 5 cicli con un'elevata rimozione di piombo del 63% e anche SPB e SPFB possono essere riutilizzati per più di 5 cicli per un'elevata rimozione del colorante RB4 del 72%. Pertanto, l'SPFB era un potenziale materiale da applicare per la rimozione del piombo o del colorante RB4 in applicazioni industriali.

L’inquinamento dell’acqua da metalli pesanti o contaminazioni da coloranti crea molti problemi con la qualità dell’acqua, tossicità per la vita acquatica e l’ambiente, una diminuzione dell’ossigeno nelle fonti d’acqua, un ostacolo alla luce solare per la fotosintesi e persistente accumulo e trasporto attraverso la catena alimentare. Inoltre, creano anche molti effetti sulla salute umana derivanti da disfunzioni in sistemi umani come il cervello, il sangue, la riproduzione, l’apparato digerente e l’apparato respiratorio e causano tumori1. In particolare, il piombo (Pb) è un metallo pesante tossico, il che preoccupa per la sua tossicità con persistente e bioaccumulo. Un colorante reattivo blu 4 (RB4) è comunemente utilizzato nell'industria tessile perché offre un colore di lunga durata nel tessuto. Tuttavia, se rilasciato nell'ambiente senza trattamento, influisce sulla vita acquatica e sull'ambiente, come menzionato sopra. Le fonti di rilascio di piombo o colorante RB4 sono varie industrie di batterie, elettronica, vernici, coloranti, plastica e tessile che li utilizzano nei loro processi produttivi2,3, quindi le loro acque reflue potrebbero essere costituite da piombo o colorante RB4. Di conseguenza, affinché il trattamento sia inferiore agli standard di qualità dell'acqua per motivi di sicurezza, le acque reflue contaminate da piombo o coloranti sono necessarie.

Molti metodi di precipitazione chimica, coagulazione-flocculazione, elettrochimica, scambio ionico e osmosi inversa vengono utilizzati per eliminare metalli pesanti o coloranti nelle acque reflue; tuttavia, presentano limitazioni legate alla rimozione incompleta dei metalli pesanti, operazioni complicate con costi elevati, inclusa la creazione di fanghi tossici con necessità di smaltimento4. Di conseguenza, molti studi hanno tentato di trovare un metodo alternativo efficace ed ecologico al loro posto. Un metodo di adsorbimento è un buon metodo per risolvere i problemi di cui sopra perché questo metodo offre un'elevata rimozione di metalli pesanti e coloranti, costi adeguati, funzionamento semplice e creazione di un basso volume di fanghi5. Inoltre, le varie scelte disponibili di adsorbenti di questo metodo rappresentano una buona opzione per un utente che deve considerare quale adsorbente è adatto per rimuovere un inquinante target utilizzando i criteri di considerazione dell'adsorbente disponibile in quell'area, della qualità dell'acqua dopo il trattamento e del budget. Diversi adsorbenti vengono utilizzati per eliminare specifici metalli bersaglio o ioni coloranti nelle acque reflue come carbone attivo, chitosano, zeolite, bucce di frutta e rifiuti agricoli, alimentari e industriali; tuttavia, questo studio si concentrerà su vari rifiuti come adsorbenti a basso costo utilizzati per migliorare la qualità dell'acqua e ridurre i volumi dei rifiuti in termini di gestione dei rifiuti. L'eliminazione dei metalli pesanti o dei coloranti dalle acque reflue di vari rifiuti è illustrata nella Tabella 1. Tra questi adsorbenti, la segatura è una buona offerta perché ha buone proprietà chimiche di cellulosa, emicellulosa, lignina, pectina, idrossile e gruppi carbossilici per un buon piombo o adsorbimento del colorante RB4 nelle acque reflue. Inoltre, l’utilizzo della segatura può ridurre un’enorme quantità di rifiuti delle segherie e aiutare a gestire il problema dello smaltimento dei rifiuti oltre a migliorare la qualità dell’acqua utilizzando la segatura come materiale adsorbente. Sebbene la segatura abbia buone proprietà chimiche per rimuovere il piombo o il colorante RB4, è necessario studiare il metodo di miglioramento dei materiali per aumentare l'efficienza di rimozione del piombo o del colorante RB4 in caso di concentrazione di piombo o colorante RB4 ad alta resistenza nelle applicazioni industriali.