Adsorbimento di blu di metilene da acque reflue industriali tessili utilizzando carbone attivo sviluppato dalla pianta Rumex abyssinicus

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5427 (2023) Citare questo articolo

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Il blu di metilene (MB) si trova in abbondanza negli effluenti industriali tessili e può causare gravi problemi sanitari per l’ecologia pubblica e ambientale. Pertanto, questo studio mirava a rimuovere il MB dalle acque reflue tessili utilizzando il carbone attivo sviluppato dal Rumex abyssinicus. L'adsorbente è stato attivato utilizzando metodi chimici e termici, quindi è stato caratterizzato mediante SEM, FTIR, BET, XRD e carica del punto zero del pH (pHpzc). Sono state studiate anche l'isoterma e la cinetica di adsorbimento. Il disegno sperimentale era composto da quattro fattori a tre livelli (pH (3, 6 e 9), concentrazione iniziale di MB (100, 150 e 200 mg/L), dosaggio dell'adsorbente (20, 40 e 60 mg/100 ml ) e il tempo di contatto (20, 40 e 60 minuti)). L'interazione di adsorbimento è stata valutata utilizzando la metodologia della superficie di risposta. Dalla caratterizzazione di un carbone attivo di Rumex abyssinicus è emerso che possiede gruppi funzionali multipli (FTIR), una struttura amorfa (XRD), fessura con morfologia ups and down (SEM), pHpzc di 5,03 e un'elevata superficie specifica BET di 2522 m2 /G. L'ottimizzazione della rimozione del colorante MB è stata effettuata utilizzando la metodologia Response Surface abbinata all'approccio Box Behnken. L'efficienza di rimozione massima del 99,9% è stata registrata in condizioni ottimali di pH 9, concentrazione di MB di 100 mg/L, dosaggio di adsorbente di 60 mg/100 mL e tempo di contatto di 60 minuti. Tra i tre modelli di isoterma di adsorbimento, il modello di isoterma di Freundlich era quello più adatto con un valore sperimentale a R2 0,99 che mostrava che il processo di adsorbimento era eterogeneo e multistrato mentre lo studio cinetico ha rivelato quello pseudo-secondo ordine a R2 0,88. Infine, questo processo di adsorbimento è molto promettente per essere utilizzato a livello industriale.

Molte industrie tessili scaricano enormi volumi di acque reflue nell’ambiente circostante senza un adeguato trattamento1. Nell’industria tessile, molti processi come la tintura, il finissaggio e il lavaggio richiedevano molta acqua, il che rende l’industria una fabbrica ad alta intensità idrica2. È noto che l'industria tessile consuma 1.000 dei 100.000 tipi di coloranti presenti sul mercato commerciale. Si stima che il tasso di produzione annuale di coloranti sia di circa 700.000 tonnellate3. È stato inoltre riferito che ogni anno in tutto il mondo vengono prodotte circa 700.000-800.000 tonnellate di colorante con 100.000 composti distinti4. Tuttavia, circa il 15% dei coloranti utilizzati nell’industria vengono infine rilasciati nell’ambiente dopo essere stati prodotti e lavorati5. L'arancio metilico, la rodamina B, il blu di metilene (MB), il rosso Congo e il nero reattivo-5 sono classificati in coloranti anionici, neutri e cationici che sono tra i coloranti più utilizzati nel settore tessile6,7. I coloranti sono composti coloranti e preziosi per prodotti industriali, in particolare nelle industrie tessili per tingere tessuti, filati, plastica e altri substrati. Tuttavia, non sono degradabili a causa della complessità chimica e della molteplicità delle macchie che distraggono il sistema ambientale8. Nello specifico, MB è un composto chimico sintetico, eterociclico aromatico, C16H18N3SCl 319,85 g/mol, (3,7-bis(dimetilammino) fenotiazina cloruro tetra metiltionina cloruro) e cationico9. Una grande quantità di MB viene utilizzata come colorante per l'industria della lana, della seta, della carta, dei cosmetici, dei coloranti temporanei per capelli, del cotone, del tessile, dell'alimentare e dell'industria farmaceutica10. Il MB è noto per le sue proprietà antiossidanti, cardioprotettive, antimalariche e antidepressive. Precisamente, il MB è un popolare colorante cationico e una sostanza chimica persistente per l'ambiente, tossica, cancerogena e mutagena10. L'introduzione di acque reflue colorate nell'ecosistema è una causa notevole di eutrofizzazione, inquinamento estetico e interruzioni della vita acquatica11. Le acque reflue generate dalle industrie tessili contengono numerosi coloranti e possono causare gravi problemi sanitari e ambientali12. Stabilità termica e fotografica del colorante nell'ambiente che si traduce nell'assorbimento e nella riflessione della luce solare. Ciò riduce il processo di fotosintesi e le interferenze con il flusso naturale della catena alimentare. L'esposizione a lungo termine al MB può causare impatti significativi sulla salute come anemia, cancro, vomito, irritazione agli occhi, nausea, vomito, metaemoglobinemia e confusione mentale13,14,15,16,17,18,19. Pertanto, l’inevitabile impatto di questi inquinanti richiede un trattamento prima dello scarico nella rete principale e causa il degrado ambientale20.