Uno studio sistematico sull'adsorbimento e sulla rimozione dell'arsenico da ambienti acquosi utilizzando il nuovo UiO funzionalizzato con ossido di grafene

Jul 29, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15802 (2022) Citare questo articolo

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Questo studio indaga la rimozione di As(V) da mezzi acquosi utilizzando UiO-66-NDC/GO stabile all'acqua preparato tramite la procedura solvotermica. Il materiale sintetizzato è stato analizzato mediante spettroscopia Raman, UV-visibile, diffrazione di raggi X su polveri (XRD), microscopia elettronica a trasmissione (TEM), spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (ATR-FTIR), microscopia elettronica a scansione (SEM) e Brunauer-Emmett –Teller (BET) ne supporta l’applicabilità come super-adsorbente per l’adsorbimento di ioni As(V) da soluzioni acquose. È stato studiato l'effetto di vari parametri, tra cui la concentrazione iniziale di ioni, la temperatura, la dose di adsorbente e il pH sull'adsorbimento di As(V), per riconoscere le condizioni ottimali di adsorbimento. Il qmax ottenuto per questo studio utilizzando le isoterme di Langmuir è stato trovato pari a 147,06 mg/g a temperatura ambiente. Sono stati calcolati anche i parametri termodinamici ΔH°, ΔG° e ΔS° e valori negativi di ΔG° rappresentano che il processo di adsorbimento di As(V) è avvenuto esotermicamente e spontaneamente. Nel frattempo, i risultati teorici della simulazione del funzionale della densità vengono adattati per supportare questi risultati sperimentali. Si osserva che la natura dinamica dell'ossido di grafene e del sistema nanocomposito NDC UiO-66 diventa superiore per gli studi sull'adsorbimento a causa degli stati superficiali delocalizzati. UiO-66-NDC/GO ha mostrato anche un'elevata riutilizzabilità per un massimo di quattro prestazioni di rigenerazione utilizzando HCl 0,01 M come rigenerante.

L’inquinamento delle acque sotterranee è attualmente un grave problema ambientale in tutto il mondo ed è spesso causato dalla presenza di diversi contaminanti delle acque reflue1,2. L'arsenico (As) è una delle 20 sostanze chimiche più pericolose al mondo e può essere trovato in una varietà di forme inorganiche e organiche. La combustione di combustibili fossili, l’estrazione mineraria e gli insetticidi sono tutti esempi di fonti naturali e di origine antropica di inquinamento da As3. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) e l'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente degli Stati Uniti (EPA) hanno entrambe raccomandato una soglia di 10 ppb per l'acqua potabile4. L'arsenico nelle forme inorganiche (arseniato e arsenito) è più tossico dell'arsenico nelle forme organiche e si trova naturalmente nelle acque sotterranee e nel suolo5. L’arsenico in forme inorganiche colpisce più di 200 milioni di persone in tutto il mondo e la sua esposizione a lungo termine provoca malattie gravi, disfunzioni del sistema nervoso, cancro della pelle, cancro ai polmoni, insufficienza renale, malattie del fegato, cancro della vescica urinaria, malattie cardiovascolari e periferiche6. L'avvelenamento su larga scala delle acque sotterranee da parte di As in Bangladesh negli anni '90 ha rappresentato il più grande evento di avvelenamento a livello mondiale7. La salute di quasi 100 milioni di indiani è minacciata dalla contaminazione delle falde acquifere da As8. Di conseguenza, la contaminazione da arsenico è un problema grave che richiede lo sviluppo di tecnologie di pulizia efficaci.

Sono state documentate varie tecniche di trattamento per la rimozione dell'arsenico dall'acqua, tra cui adsorbimento, biorisanamento, coagulazione-flocculazione, scambio ionico, elettrochimica, sedimentazione, precipitazione, filtrazione su membrana, osmosi inversa, filtrazione normale e addolcimento della calce9. Tra i metodi sopra indicati, il processo di adsorbimento è stato segnalato soprattutto per quanto riguarda l'eradicazione dell'arsenico a causa della sua flessibilità nella progettazione del processo, del rapporto costo-efficacia e della semplicità operativa. Ad oggi, i ricercatori hanno sviluppato diversi adsorbenti, tra cui carbone attivo, ossido di titanio, allumina attivata, ossido di zirconio, ossido di ferro, resine caricate Fe (III), ossido di ferro, ossidi metallici, biomasse agricole, goethite, ferro zerovalente, allumina mesoporosa. , diversi nanocompositi a base metallica per la rimozione di As da corpi acquatici contaminati10,11,12. Tutti questi materiali sono efficienti e la loro applicazione su larga scala è limitata a causa degli elevati costi operativi, del basso potenziale di adsorbimento e dei tempi di consumo prolungati. Pertanto, esiste una continua richiesta di sintetizzare adsorbenti nuovi ed efficienti con una migliore capacità di adsorbimento per la decontaminazione dell'arsenico dall'acqua.