Ricerca sul boro

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9497 (2023) Citare questo articolo

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La natura non biodegradabile dei rifiuti emessi dal settore agricolo e industriale contamina le riserve di acqua dolce. La fabbricazione di fotocatalizzatori eterogenei altamente efficaci e a basso costo è fondamentale per il trattamento sostenibile delle acque reflue. Il presente studio di ricerca mira a costruire un nuovo fotocatalizzatore utilizzando un facile metodo idrotermale assistito da ultrasuoni. I solfuri metallici e i materiali di supporto al carbonio drogato funzionano bene per fabbricare sistemi ibridi attivi alla luce solare che sfruttano in modo efficiente l’energia verde e sono ecologici. Il nanocomposito di solfuro di rame supportato da ossido di grafene drogato con boro è stato sintetizzato idrotermicamente ed è stato valutato per la degradazione fotocatalitica assistita dalla luce solare del colorante blu di metilene. BGO/CuS è stato caratterizzato attraverso varie tecniche come la spettroscopia SEM-EDS, XRD, XPS, FTIR, BET, PL e DRS UV-Vis. Il bandgap di BGO-CuS è risultato essere 2,51 eV valutato attraverso il metodo del grafico tauc. La degradazione migliorata del colorante è stata ottenuta in condizioni ottimali di pH = 8, concentrazione del catalizzatore (20 mg/100 mL per BGO-CuS), dose di ossidante (10 mM per BGO-CuS) e tempo ottimale di irradiazione era di 60 minuti. Il nuovo nanocomposito drogato con boro ha degradato efficacemente il blu di metilene fino al 95% sotto la luce solare. I buchi e i radicali idrossilici erano le specie reattive chiave. La metodologia della superficie di risposta è stata utilizzata per analizzare l'interazione tra diversi parametri interagenti per rimuovere efficacemente il colorante blu di metilene.

L’acqua è sempre stata una delle caratteristiche più importanti e diversificate di tutte le forme viventi e la contaminazione delle risorse idriche è un problema che richiede un’attenta considerazione1. Gli effluenti industriali, compresi vari fattori come pesticidi, erbicidi, coloranti e inquinanti organici, rappresentano una fonte significativa di inquinamento idrico2. Una quantità insignificante di questi inquinanti può avere un impatto significativo sull’ecosistema e può avere un impatto sul cambiamento climatico. Diverse sostanze chimiche vengono utilizzate nei processi di tintura e in varie unità industriali, rilasciando effluenti, tra cui sostanze chimiche e coloranti colorati, non biodegradabili e parzialmente pericolosi3,4. Queste acque reflue contribuiscono in modo determinante alle emissioni di metano (circa il 10%), portando ad un aumento della temperatura e causando il riscaldamento globale. Per questo motivo, anche le acque reflue devono essere pulite prima di essere rilasciate nei fiumi per avere il minor danno ambientale5,6. Tra le principali cause di inquinamento dell’acqua figurano le sostanze chimiche non biodegradabili e i coloranti solubili7.

La sovrappopolazione, l’aumento della domanda alimentare e la crescente industrializzazione sono le ragioni principali dell’inquinamento delle acque reflue8,9. La minaccia della contaminazione dell’acqua cresce di giorno in giorno. La contaminazione dell'acqua è una preoccupazione nelle nazioni sottosviluppate, con la maggior parte dell'acqua del paese nei laghi e nei fiumi contaminati10,11. Molte comunità rurali in tutto il mondo si trovano ad affrontare la duplice sfida della scarsità idrica e dell’inquinamento idrico causato da inquinanti microbiologici e chimici12,13. Gli effluenti industriali vengono generati principalmente nell'industria tessile, dove vengono utilizzati enormi volumi di acqua in ogni fase di numerose operazioni, soprattutto durante la tintura.

Secondo l'Organizzazione delle Nazioni Unite (ONU), metà della popolazione dei paesi in via di sviluppo soffre di problemi di salute causati dall'acqua potabile contaminata microbiologicamente o chimicamente14. La preoccupazione principale è la pulizia microbiologica dell'acqua consumabile in generale. Le malattie trasmesse dall’acqua uccidono 5 milioni di persone ogni anno. Il consumo umano di acqua dolce è stato ridotto allo 0,01%, con la superficie terrestre che dispone solo del 3% di riserve di acqua dolce. La crescita della popolazione ha aumentato il fabbisogno di acqua dolce. Con l’accelerazione della crescita della popolazione, si verificherà una grave carenza di acqua dolce necessaria per una vita sostenibile15.

I processi di ossidazione avanzata (AOP) vengono utilizzati negli impianti di trattamento dell'acqua per eliminare agenti patogeni e contaminanti microorganici che causano malattie. (AOP) sono considerate tecniche all’avanguardia. Il primo suggerimento di utilizzare gli AOP per la filtrazione dell'acqua potabile è stato avanzato nel 1980. Successivamente, gli scienziati hanno iniziato a considerarli come un potenziale trattamento ossidante per diversi tipi di acque reflue16,17. Ma ogni metodo ha i suoi meriti e demeriti. La fotocatalisi di semiconduttori eterogenei è una tecnica ecologica che utilizza la luce solare come potenziale fonte di attivazione dei materiali semiconduttori per la degradazione degli inquinanti18. Gli inquinanti presenti nell'acqua oggetto del trattamento vengono mineralizzati e, in alcune circostanze, rimossi chimicamente in conseguenza delle interazioni tra tutti i radicali e della produzione di ulteriori specie reattive quali superossido e H2O2. Quando gli agenti ossidanti (come i radicali idrossilici) vengono generati localmente. Gli AOP sono usati come metodi terziari, questi generano radicali idrossilici instabili che si degradano rapidamente. La fotocatalisi eterogenea impiega ossidi e solfuri metallici semiconduttori. Questi materiali producono coppie elettrone-lacuna non appena vengono esposti alla luce ultravioletta o all'irradiazione solare. Tuttavia, questi portatori di carica si ricombinano rapidamente e limitano la loro efficienza.19. Per migliorare la fotoefficienza di questi solfuri metallici, vengono accoppiati o immobilizzati con materiali di supporto a base di carbonio. Questo sviluppo di una nuova interfaccia aiuta nello sviluppo di nuovi sistemi basati sul supporto attivo alla luce solare per il trattamento delle acque reflue20,21.