Avaliação abrangente do nanocompósito zeólita/alga marinha na remoção de corante residual de águas residuais industriais

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8082 (2023) Citar este artigo

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Um estudo sistemático integrando testes de campo laboratoriais, analíticos e de estudo de caso foi conduzido para descobrir o adsorvente eficaz que poderia ser usado para a remoção do corante Vermelho Congo (CR) de efluentes de águas residuais industriais. A capacidade da zeólita (Z) de adsorver o corante CR de soluções aquosas foi avaliada após ter sido modificada pela alga Cystoseira compressa (CC) (alga marinha egípcia). Zeólita e algas CC foram combinadas para formar o novo compósito zeólita/alga (ZCC) usando a técnica de impregnação úmida e depois caracterizadas com o auxílio de diferentes técnicas. Foi observado um notável aumento na capacidade de adsorção do ZCC recém-sintetizado se comparado ao Z e ao CC, particularmente em baixas concentrações de CR. O experimento em lote foi selecionado para descobrir o impacto de várias condições experimentais no comportamento de adsorção de diferentes adsorventes. Além disso, foram estimadas isotermas e cinéticas. De acordo com os resultados experimentais, o compósito ZCC recém-sintetizado pode ser aplicado de forma otimista como um adsorvente para eliminar moléculas de corante aniônico de águas residuais industriais em baixa concentração de corante. A adsorção do corante em Z e ZCC seguiu a isoterma de Langmuir, enquanto a de CC seguiu a isoterma de Freundlich. A cinética de adsorção de corante em ZCC, CC e Z foi concordada com Elovich, modelos cinéticos intrapartículas e de pseudo-segunda ordem, respectivamente. Os mecanismos de adsorção também foram avaliados utilizando o modelo de difusão intrapartícula de Weber. Finalmente, testes de campo mostraram que o sorvente recém-sintetizado tem 98,5% de eficiência na eliminação de corantes de águas residuais industriais, autorizando a fundação de um adsorvente ecológico recente que facilita a reutilização de águas residuais industriais.

Ninguém pode negar que a água é uma fonte vital de vida na Terra. Embora a industrialização e a inovação tenham melhorado o modo de vida da humanidade, são também a principal causa da poluição dos recursos de água potável1. Moléculas de metais pesados, corantes, produtos farmacêuticos e surfactantes, itens de higiene pessoal, pesticidas e algumas outras substâncias não são apenas fontes diárias que poluem diariamente os recursos hídricos puros e restritos, mas também têm um efeito perigoso em todos os seres vivos2,3,4,5 ,6. Os corantes sintéticos utilizados numa variedade de indústrias, incluindo papel, borracha, têxteis, corantes, folhas de impressão, plásticos e cosméticos, são a fonte de um grande número de contaminantes na água2,7. Esta enorme expansão no uso de corantes levou à poluição da água e a problemas ambientais. Esses corantes são em grande parte não degradáveis, estáveis e tóxicos2,8. Os corantes causam mutações, toxicidade respiratória, frações cromossômicas e câncer9. Por exemplo, as pessoas expostas ao corante Vermelho Congo (CR) sofrerão de extrema irritação nos olhos e na pele, que são aliviadas em minutos. Além disso, o consumo de CR pode causar irritação estomacal, náuseas, vômitos e diarreia10. Esses poluentes foram removidos usando uma variedade de técnicas físicas, químicas e biológicas. Isso foi conseguido pelo uso de técnicas de osmose reversa, coagulação, eletroquímica, processo de separação por membrana, diluição, flotação, filtração e amolecimento11,12,13.

Em comparação com os métodos acima, a adsorção é um dos métodos mais convenientes usados devido ao baixo custo, modesto e baixa manutenção, e é simples de manusear, com menores quantidades de sedimentos do que outros métodos14,15,16,17, 18,19,20. Nas últimas décadas, minerais argilosos, resíduos de biomassa, resíduos agrícolas, algas, cinzas volantes e carvão ativado têm sido utilizados como adsorventes eficazes e baratos para eliminar corantes de águas residuais21,22,23,24,25,26,27,28,29, 30. Porque existem grupos de função ativa (por exemplo, carboxílico, hidroxila, amino, carbonila, fosfatos, sulfônicos), poluentes fixados na parede dos biomateriais. Além disso, o zeólito (Z) tem sido tradicionalmente utilizado para amaciamento de água; Também é utilizado no tratamento de águas residuais, processos catalíticos, produção alternativa Z, fins de desinfecção, construção, papel e celulose, revestimentos, separação por membranas, refratários, cerâmica e indústrias de plásticos31,32,33.

CC > Z shows the CR removal % in the previous order. The amount of CR adsorbed increases as the starting CR concentration rises. This could be elucidated to the concentration gradient grows as the initial CR concentration rises, as shown in Fig. 3d–f. Hence, the driving force grows, which is the main reason for overcoming the barrier for mass transfer between Z, CC, and ZCC adsorbents and CR adsorbates3,59. For CR with starting concentrations of 25, 20, 15, 10, and 5 mg/L, the highest adsorption capacities of ZCC were reported to be 14.06, 14.36, 12.58, 9.50, and 4.90 mg/g, respectively. At pH 7 and 25 °C for CR with starting concentrations of 25, 20, 15, 10, and 5 mg/L, maximal adsorption capacities were 13.60, 12.90, 10.16, 7.80, and 4.40 mg/g for CC and 3.10, 5.90, 7.25, 7.60, and 8.10 mg/g for Z. The results indicated that the addition of CC to Z is a practicable method to improve the CR uptake routine of Z./p>