Valutazione completa del nanocomposito zeolite/alga marina nella rimozione del colorante di scarto dalle acque reflue industriali

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8082 (2023) Citare questo articolo

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È stato condotto uno studio sistematico che integra prove sul campo di laboratorio, analisi e casi di studio per individuare l'adsorbente efficace che potrebbe essere utilizzato per la rimozione del colorante rosso Congo (CR) dagli effluenti delle acque reflue industriali. La capacità della zeolite (Z) di adsorbire il colorante CR da soluzioni acquose è stata valutata dopo essere stata modificata dall'alga Cystoseira compressa (CC) (alghe marine egiziane). Zeolite e alghe CC sono state combinate insieme per formare il nuovo composito zeolite/alghe (ZCC) utilizzando la tecnica di impregnazione a umido e quindi caratterizzato con l'ausilio di diverse tecniche. È stato osservato un notevole miglioramento nella capacità di adsorbimento dello ZCC appena sintetizzato rispetto a Z e CC, in particolare a basse concentrazioni di CR. L'esperimento in stile batch è stato selezionato per valutare l'impatto di varie condizioni sperimentali sul comportamento di adsorbimento di diversi adsorbenti. Inoltre, sono state stimate le isoterme e la cinetica. Secondo i risultati sperimentali, il composito ZCC appena sintetizzato potrebbe essere applicato in modo ottimistico come adsorbente per eliminare le molecole di colorante anionico dalle acque reflue industriali a bassa concentrazione di colorante. L'adsorbimento del colorante su Z e ZCC ha seguito l'isoterma di Langmuir, mentre quello di CC ha seguito l'isoterma di Freundlich. La cinetica di adsorbimento del colorante su ZCC, CC e Z è stata concordata rispettivamente con i modelli cinetici di Elovich, intraparticellari e pseudo-secondo ordine. I meccanismi di adsorbimento sono stati valutati anche utilizzando il modello di diffusione intraparticellare di Weber. Infine, i test sul campo hanno dimostrato che l’assorbente appena sintetizzato ha un’efficienza del 98,5% nell’eliminazione dei coloranti dalle acque reflue industriali, creando la base per un recente adsorbente ecologico che facilita il riutilizzo delle acque reflue industriali.

Nessuno può negare che l’acqua sia una fonte vitale per la vita sulla Terra. Sebbene l'industrializzazione e l'innovazione abbiano migliorato lo stile di vita dell'umanità, sono anche la principale causa di inquinamento delle risorse idriche pulite1. Molecole di metalli pesanti, coloranti, prodotti farmaceutici e tensioattivi, articoli per la cura personale, pesticidi e alcune altre sostanze non sono solo fonti quotidiane che inquinano quotidianamente le risorse idriche pure e limitate, ma hanno anche un effetto pericoloso su tutti gli esseri viventi2,3,4,5 ,6. I coloranti sintetici utilizzati in diversi settori, tra cui quello della carta, della gomma, dei tessili, dei coloranti, dei fogli di stampa, della plastica e dei cosmetici, sono la fonte di un gran numero di contaminanti presenti nell'acqua2,7. Questa enorme espansione nell’uso dei coloranti ha portato all’inquinamento dell’acqua e a problemi ambientali. Questi coloranti sono in gran parte non degradabili, stabili e tossici2,8. I coloranti causano mutazioni, tossicità respiratoria, frazioni cromosomiche e cancro9. Ad esempio, le persone esposte al colorante rosso Congo (CR) soffriranno di irritazioni estreme agli occhi e alla pelle che si risolveranno in pochi minuti. Inoltre, il consumo di CR può causare irritazione allo stomaco, nausea, vomito e diarrea10. Questi inquinanti sono stati rimossi utilizzando una varietà di tecniche fisiche, chimiche e biologiche. Ciò è stato ottenuto mediante l'uso di osmosi inversa, coagulazione, processo elettrochimico, separazione a membrana, tecniche di diluizione, flottazione, filtrazione e addolcimento11,12,13.

Rispetto ai metodi di cui sopra, l'adsorbimento è uno dei metodi più convenienti da utilizzare perché è economico, modesto e richiede poca manutenzione ed è semplice da gestire, con quantità minori di sedimenti rispetto ad altri metodi14,15,16,17, 18,19,20. Nei decenni passati, minerali argillosi, rifiuti di biomassa, residui agricoli, alghe, ceneri volanti e carbone attivo sono stati utilizzati come adsorbenti efficaci ed economici per eliminare il colorante dalle acque reflue21,22,23,24,25,26,27,28,29, 30. Perché ci sono gruppi funzionali attivi (ad esempio carbossilico, idrossilico, amminico, carbonilico, fosfati, solfonico), inquinanti attaccati alla parete dei biomateriali. Inoltre, la zeolite (Z) è stata tradizionalmente utilizzata per l'addolcimento dell'acqua; Viene utilizzato anche nel trattamento delle acque reflue, nei processi catalitici, nella produzione alternativa di Z, per scopi di disinfezione, nell'edilizia, nell'industria della pasta e della carta, dei rivestimenti, nella separazione a membrana, dei refrattari, della ceramica e della plastica31,32,33.

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>