Um estudo sistemático de adsorção e remoção de arsênio de ambientes aquosos usando novo UiO funcionalizado com óxido de grafeno

Aug 03, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15802 (2022) Citar este artigo

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Este estudo investiga a remoção de As (V) de meio aquoso usando UiO-66-NDC/GO estável em água preparado através do procedimento solvotérmico. O material sintetizado foi analisado por espectroscopia Raman, UV-visível, difração de raios X em pó (XRD), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (ATR-FTIR), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e Brunauer-Emmett. –Teller (BET) apoia sua aplicabilidade como um superadsorvente para a adsorção de íons As (V) de soluções aquosas. O efeito de vários parâmetros, incluindo concentração inicial de íons, temperatura, dose adsorvente e pH na adsorção de As(V) foi estudado para reconhecer as condições ideais de adsorção. O qmax obtido para este estudo usando isotermas de Langmuir foi encontrado em 147,06 mg/g à temperatura ambiente. Os parâmetros termodinâmicos ΔH°, ΔG° e ΔS° também foram calculados e valores negativos de ΔG° representam que o processo de adsorção de As(V) ocorreu de forma exotérmica e espontânea. Enquanto isso, os resultados teóricos da simulação funcional da densidade são acomodados para apoiar esses resultados experimentais. Observa-se que a natureza dinâmica do óxido de grafeno e do sistema nanocompósito UiO-66 NDC torna-se superior para estudos de adsorção devido aos estados superficiais deslocalizados. UiO-66-NDC/GO também mostrou alta reutilização para até quatro desempenhos de regeneração usando 0,01 M HCl como regenerante.

A poluição das águas subterrâneas é atualmente um grande problema ambiental em todo o mundo e é frequentemente causada pela presença de diferentes contaminantes de águas residuais1,2. O arsénico (As) é um dos 20 produtos químicos mais perigosos do mundo e pode ser encontrado numa variedade de formas inorgânicas e orgânicas. A combustão de combustíveis fósseis, a mineração e os inseticidas são exemplos de fontes antropogênicas e naturais de poluição por As3. A Organização Mundial da Saúde (OMS) e a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) recomendaram um limite de 10 ppb para água potável4. O arsénico em formas inorgânicas (arseniato e arsenito) é mais tóxico que o arsénico em formas orgânicas e é encontrado naturalmente nas águas subterrâneas e no solo5. O arsénico em formas inorgânicas afecta mais de 200 milhões de pessoas em todo o mundo, e a sua exposição a longo prazo provoca doenças graves, disfunções do sistema nervoso, cancro da pele, cancro do pulmão, insuficiência renal, doenças hepáticas, cancro da bexiga urinária, doenças cardiovasculares e periféricas6. O envenenamento em grande escala das águas subterrâneas por As no Bangladesh na década de 1990 foi a maior ocorrência de envenenamento do mundo7. A saúde de quase 100 milhões de indianos está ameaçada pela contaminação das águas subterrâneas por As8. Como resultado, a contaminação por arsénico é um problema grave que requer o desenvolvimento de tecnologias de limpeza eficazes.

Várias técnicas de tratamento foram documentadas para remoção de arsênico da água, incluindo adsorção, biorremediação, coagulação-floculação, troca iônica, eletroquímica, sedimentação, precipitação, filtração por membrana, osmose reversa, filtração normal e amolecimento de cal9. Dos métodos acima mencionados, o processo de adsorção tem sido mais relatado em relação à erradicação do arsênico devido à sua flexibilidade no design do processo, custo-benefício e simplicidade operacional. Até o momento, diferentes adsorventes foram desenvolvidos por pesquisadores, incluindo carvão ativado, óxido de titânio, alumina ativada, óxido de zircônio, óxido de ferro, resinas carregadas de Fe (III), óxido de ferro, óxidos metálicos, biomassas agrícolas, goethita, ferro zerovalente, alumina mesoporosa , diferentes nanocompósitos à base de metais para remoção de As de corpos aquáticos contaminados10,11,12. Todos esses materiais são eficientes e sua aplicação em larga escala é restrita devido ao alto custo operacional, baixo potencial de adsorção e longo tempo de consumo. Portanto, há uma demanda contínua para sintetizar adsorventes novos e eficientes com capacidade de adsorção aprimorada para descontaminação de arsênico da água.