Cinetica di adsorbimento del blu di metilene dalle acque reflue utilizzando il pH

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11900 (2023) Citare questo articolo

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In questo lavoro, gli idrogel di amido/poli(acido acilico) sono stati sintetizzati attraverso una tecnica di polimerizzazione a radicali liberi. I rapporti molari tra acido acrilico e N,N'-metilenebisacrilammide erano 95:5, 94:6 e 93:7. I campioni presentavano una struttura porosa amorfa, indicando che la dimensione dei pori dipendeva dalla quantità di agente reticolante. La quantità di acido acrilico nella struttura è aumentata con un leggero aumento della quantità dell'agente reticolante, che ha migliorato la stabilità termica degli idrogel. Le caratteristiche di rigonfiamento degli idrogel erano influenzate sia dal livello di pH che dalla quantità di agente reticolante. L'idrogel con un rapporto di 94:6 ha mostrato il più alto grado di rigonfiamento (201,90%) ad un pH di 7,4. È stata dimostrata la predominanza dell'effetto Fickiano nella regolazione dell'assorbimento di acqua negli idrogel sintetizzati e la cinetica del rigonfiamento ha mostrato un accordo con il modello di pseudo-secondo ordine di Schott. Si è scoperto che l'assorbimento del blu di metilene da parte degli idrogel sviluppati è influenzato da vari fattori, tra cui la concentrazione del colorante, la quantità dell'agente reticolante, il livello di pH e la durata dell'esposizione. L'idrogel 95:5 ha mostrato la massima efficacia di adsorbimento (66,7%) per la soluzione colorante con una concentrazione di 20 mg/L a pH 10,0. L'esame della cinetica e delle isoterme dell'adsorbimento ha dimostrato che il processo di fisisorbimento avviene su superfici adsorbenti eterogenee e può essere spiegato con una natura esotermica.

I ricercatori si sono interessati agli idrogel a base di amido per l'ampia gamma di proprietà utili tra cui biocompatibilità, biodegradabilità, proprietà fisico-chimiche, alta efficienza e prezzo ragionevole1. Gli idrogel derivati ​​dall'amido vengono utilizzati in un'ampia gamma di settori tra cui l'ambiente, l'agricoltura, la medicina, gli assorbenti e così via2. L'adsorbimento del colorante da parte di questi idrogel nelle acque reflue industriali è uno dei loro numerosi usi potenziali che ha raccolto molta attenzione. I coloranti organici vengono utilizzati in numerosi settori, tra cui quello tessile, della stampa, della plastica e dei cosmetici, ma sono estremamente pericolosi per le riserve idriche e gli ecosistemi3. I coloranti organici aromatici, come il blu di metilene (MB), sono più tossici e stabili rispetto ad altri tipi di coloranti organici; possono anche causare nausea, vomito, necrosi dei tessuti e danni ai nervi negli esseri umani4. La separazione del colorante può essere effettuata attraverso una varietà di processi, tra cui sedimentazione5, scambio ionico6, coagulazione7, filtrazione8 e adsorbimento9, 10. Gli adsorbenti sono superiori ad altri metodi poiché presentano vantaggi quali riciclabilità, basso costo, elevata efficienza di assorbimento, flessibilità nelle prestazioni, efficienza e semplicità di utilizzo11.

Nonostante i diversi vantaggi degli idrogel a base di amido, punti deboli come la bassa resistenza meccanica e l’elevata sensibilità alla degradazione ne hanno impedito un uso diffuso nell’industria12. L'amido può essere modificato tramite tecniche fisiche13, chimiche14, miscelazione15 ed enzimatiche16 per risolvere i problemi sopra menzionati. L'ossidazione17, l'idrolisi18, l'esterificazione19 e l'innesto20 sono tra i metodi per modificare chimicamente l'amido. L'innesto chimico con monomeri vinilici come l'acido acrilico ha guadagnato interesse grazie al controllo preciso del processo di modifica, alla maggiore capacità di adsorbimento e alla creazione di un prodotto più stabile e uniforme21. Inoltre, l'innesto dell'idrogel con acido poliacrilico (PAA) migliora le proprietà, ad esempio la resistenza meccanica, la resistenza termica e la capacità di assorbire acqua, oltre ad ampliarne l'applicazione22, 23. L'introduzione di cariche negative nell'amido è essenziale per l'adsorbimento degli ioni o coloranti caricati positivamente mediante idrogel a base di amido. L'ossidazione dell'amido e la modifica con acido poli(acrilico) sono due metodi utilizzati a questo scopo24. Mentre l'ossidazione dell'amido può alterare la struttura dell'amido e le proprietà di gelificazione, la modifica dell'amido con acido poliacrilico offre vantaggi come un processo semplificato, una maggiore capacità di assorbimento dell'acqua, proprietà regolabili e una migliore stabilità. Questo metodo riduce efficacemente i costi e affronta i potenziali problemi ambientali associati al processo di modifica25, 26. Diversi fattori, come la temperatura, il pH, la concentrazione del colorante e l'agente di reticolazione possono influenzare l'efficienza di adsorbimento degli idrogel27. L'aggiunta di N,N′-metilenebisacrilammide (MBA) come reticolante all'idrogel di amido apporta numerosi vantaggi, tra cui la facilitazione della formazione di una struttura stabile, una migliore integrità strutturale, una maggiore capacità di assorbimento dell'acqua e la capacità di personalizzare la porosità, il comportamento di rigonfiamento, e proprietà meccaniche28. Questa versatilità rende l’idrogel una scelta eccezionale per diverse applicazioni in agricoltura, biomedicina e oltre29.