Migliorare le prestazioni di assorbimento di l

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10860 (2023) Citare questo articolo

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In questa ricerca, la lolla di riso (RH) è stata utilizzata per preparare un adsorbente magnetico per l'adsorbimento dell'acido ascorbico (AA). L'agente magnetico è il cloruro di ferro (III) (FeCl3). Sono stati studiati l’impatto della concentrazione di acido nell’intervallo di 400–800 ppm, il dosaggio dell’adsorbente nell’intervallo di 0,5–1 g e il tempo di contatto nell’intervallo di 10–130 minuti. Il modello di Langmuir aveva il R2 più alto di 0,9982, 0,9996 e 0,9985 alla temperatura di 15, 25 e 35 °C, rispettivamente, e i valori qmax a queste temperature sono stati calcolati a 19,157, 31,34 e 38,75 mg/g, rispettivamente. Il modello cinetico di pseudo-secondo ordine ha avuto il miglior accordo con i risultati sperimentali. In questo modello cinetico, i valori di q sono stati misurati a 36,496, 45,248 e 49,019 mg/g alla concentrazione di acido di 418, 600 e 718 ppm, rispettivamente. I valori di ΔHo e ΔSo sono stati misurati rispettivamente 31,972 kJ/mol e 120,253 kJ/mol K, il che dimostra la natura endotermica e irregolare dell'adsorbimento di AA. Inoltre, le condizioni ottimali del software Design-Expert sono state ottenute con 486,929 ppm di concentrazione di acido, 0,875 g di dosaggio di adsorbente e 105,397 minuti di tempo di contatto, e l'efficienza di adsorbimento in queste condizioni è stata determinata al 92,94%. L'area superficiale dell'UR e dell'UR modificata è stata determinata rispettivamente pari a 98,17 e 120,23 m2/g, il che conferma l'elevata area superficiale di questi due adsorbenti.

Le vitamine sono state ampiamente utilizzate nell'industria farmaceutica, cosmetica e alimentare1. I tipi di vitamine sono divisi in due classi in base alla loro solubilità nei grassi e nell'acqua. Le vitamine solubili nell'acqua sono tiamina (B1), riboflavina (B2), niacina (B3), piridossina (B6), acido pantotenico (B5), biotina (B7), acido folico (B9), cianocobalamina (B12) e vitamina C. La vitamina C o acido l-ascorbico (AA) è una delle vitamine essenziali che possiede notevoli proprietà antiossidanti che possono prevenire reazioni radicali nel corpo che danneggiano cellule e tessuti. Pertanto, questa vitamina può rafforzare il sistema immunitario2. La sua carenza può causare il rischio di malattie incurabili come cancro, malattie cardiache e cataratta3,4,5. La vitamina C è in grado di prevenire l’attività microbica negli alimenti a causa del basso valore pH6. Tuttavia, a causa della mancanza dell’enzima l-gluconolattone, il meccanismo corporeo dell’uomo non è in grado di produrre vitamina C e non può trattenere questo agente vitale nell’organismo. Pertanto, un contenuto adeguato di questa vitamina deve entrare nell'organismo attraverso il consumo di alcuni alimenti come agrumi, frutti di bosco, patate, pomodori, peperoni, broccoli e spinaci7. I composti bioattivi come le biomolecole utilizzate in vari settori sono spesso sintetici e vengono prodotti durante diverse fasi del processo biotecnologico e chimico. Pertanto, la separazione e la purificazione di questa vitamina da una soluzione acquosa è inevitabile.

Esistono diverse procedure di separazione. Ognuna di queste procedure presenta una serie di inconvenienti e può causare problemi durante il processo di separazione. Ad esempio, la procedura di precipitazione non è in grado di trattare la bassa concentrazione di ioni metallici, e anche questo metodo può produrre ampiamente materiali inutili; la tecnologia elettrochimica microbica (MET) ha una resa di eliminazione notevole, tuttavia questo metodo richiede un lungo periodo di tempo per eliminare gli ioni metallici; inoltre il prezzo delle resine a scambio ionico è esorbitante8. Tra le tecniche di separazione, l'adsorbimento è uno dei metodi più noti grazie alla semplicità delle prestazioni, all'eccezionale resa, al facile recupero e al prezzo adeguato. Pertanto, per questo studio è stato scelto il metodo di adsorbimento batch. Diversi tipi di reagenti sono stati sfruttati come adsorbenti per la rimozione di ioni metallici dall'acqua contaminata come carbone attivo9, scarti di frutta10, sostanze minerali11,12,13,14, microbi15, materiali di scarto16 e polimeri17. In questo studio, come adsorbente naturale è stato utilizzato un tipo di rifiuto agricolo. La produzione annuale di rifiuti alimentari e agricoli è in forte aumento, pertanto è fondamentale gestire gli sprechi alimentari18. Per evitare questa sfida, i rifiuti alimentari possono essere convertiti in materiali benefici. Il riutilizzo dei rifiuti agricoli viene proposto come un approccio conveniente ed economico. A causa delle prestazioni desiderate e del basso prezzo dei rifiuti agricoli come buccia di banana, buccia d'arancia, lolla di riso (RH), polpa di tè, guscio di noce19, argilla montmorillonite20, becco di pollo21, zeolite22 e così via, questi materiali hanno ricevuto molta attenzione . Inoltre, è possibile innestare vari reagenti sulla struttura degli adsorbenti per migliorarne le prestazioni, come polimeri, idrossido metallico, acidi, ferro e altri materiali chimici come lo xantato23,24. Di seguito sono indicati alcuni lavori di pregio che dimostrano la superiorità dell'adsorbente modificato rispetto a quello grezzo. Foroutan et al. hanno utilizzato gusci di noce (WSA) e WSA/amido/Fe3O4 per la rimozione degli ioni rame dall'acqua. La capacità di assorbimento degli ioni rame è stata raggiunta rispettivamente a 29 e 45,4 mg/g per WSA e WSA/Amido/Fe3O419. Ahmadi et al. hanno utilizzato argilla montmorillonite (MC) e MC/amido/CoFe2O4 per la rimozione del blu di metilene (MB) e del viola di metile (MV) dalle acque reflue. La capacità di assorbimento di MV utilizzando MC e nanocomposito MC/amido/CoFe2O4 era rispettivamente di 29,76 e 43,95 mg/g e la capacità di assorbimento di MB utilizzando questi assorbenti era rispettivamente di 31,96 e 47,51 mg/g20. Foroutan et al. hanno studiato le prestazioni di un becco di pollo contenente idrossiapatite (HApB) e ne hanno modificato uno con il framework zeolitico imidazolato-8 (ZIF-8) per la rimozione degli ioni nichel dall'acqua. La capacità di assorbimento degli ioni nichel è stata ottenuta a 24,27 e 63,49 mg/g utilizzando rispettivamente HApB e HApB/ZIF-821. Savari et al. hanno studiato la rimozione del fluoro dall'acqua utilizzando zeolite-zirconio sotto sonicazione pulsata e continua. La capacità di assorbimento del fluoro è stata calcolata a 32,98 e 31,73 mg/g rispettivamente nelle situazioni pulsata e continua22. Si è concluso che la modifica con le particelle magnetiche ha il maggiore impatto sulla capacità di assorbimento rispetto agli altri modificatori. I materiali magnetici, in particolare i biochar magnetici, rientrano nella categoria del carbonio che può rimuovere gli inquinanti mediante attrazione elettrostatica tra gli inquinanti e i gruppi funzionali contenenti ossigeno. Inoltre, la generazione di biochar magnetico con un apporto minimo di ossigeno aumenta l'architettura cristallina di questo adsorbente grazie ai suoi domini grafitici che sono molto più piccoli rispetto ai materiali di nanocarbonio. I materiali magnetici presentano alcuni vantaggi, tra cui: (1) Possono essere sintetizzati in un solo passaggio causando una diminuzione della perdita di energia, (2) Hanno una proprietà flessibile ed esclusiva grazie alla loro area superficiale, all'elevata capacità di adsorbimento e all'elevato grado di reattività superficiale, (3) Sono conosciuti principalmente come adsorbenti economici ed economici e (4) Possono ridurre drasticamente la concentrazione di gas tossici, ioni metallici e altri inquinanti25.