Microonde

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11306 (2023) Citare questo articolo

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È stato studiato il comportamento di adsorbimento del cromo dalla soluzione acquosa da parte dei punti quantici di carbonio anfoteri Janus drogati con azoto (AJ-N-CQD). Per analizzare i dati sperimentali sono stati utilizzati i modelli cinetici di adsorbimento dello pseudo-primo ordine e del secondo ordine; il modello cinetico di adsorbimento del secondo ordine presentava una migliore correlazione con i dati sperimentali, suggerendo un processo di chemisorbimento. I valori ottenuti nello pseudo-primo ordine sono ancora adatti a descrivere la cinetica di assorbimento del Cr(VI). Questi valori chiariscono i processi superficiali che coinvolgono il chemisorbimento e il fisisorbimento nell'adsorbimento di Cr (VI) da parte degli AJ – N – CQD. L'R2 del modello Boyd si adatta meglio ai dati di adsorbimento degli AJ-N-CQD (cioè diffusione esterna), il che significa che i processi superficiali che coinvolgono l'adsorbimento esterno di Cr (VI) da parte degli AJ-N-CQD. Il valore più elevato di α può essere dovuto alla maggiore area superficiale degli AJ–N–CQD per l'immediato adsorbimento di Cr(VI) dalla soluzione acquosa. Gli AJ–N–CQD hanno spettri di fluorescenza prima e dopo l'adsorbimento di Cr(VI), indicando che sono promettenti per applicazioni di sensori chimici.

L’accumulo di rifiuti agricoli è dannoso per l’ambiente. Di conseguenza, il riciclaggio è richiesto. Il componente principale della bagassa di canna da zucchero è la cellulosa, che comprende legami β-1,4-glicosidici dell'unità D-glucosio1,2,3,4. L’utilizzo dei rifiuti agricoli ha recentemente subito uno sforzo più significativo. Uno utilizzava la bagassa come materia prima per produrre materiali a base di carbonio. È la fonte più affidabile per produrre prodotti di valore mediante tecniche ecocompatibili per rimuovere gli ioni metallici dalle acque reflue1,5.

I punti quantici di carbonio (CQD) e il grafene (G) sono due prodotti preziosi che possono essere ottenuti dai rifiuti agricoli. I CQD hanno un diametro di 10 nm con nanomateriali sferici di superficie colossale, mentre i punti quantici di grafene (GQD) sono una miscela di G con CQD. I gruppi funzionali più marcati sono O–H, –C = O e C–O–C. Per creare GQD sono stati utilizzati diversi metodi, come il riscaldamento idrotermale e solvotermico di molecole organiche, l'ablazione laser della grafite e la carbonizzazione pirolitica. Tuttavia, gli studi hanno rivelato che il riscaldamento a microonde è adatto per sviluppare procedure di sintesi CQD più rapide e a prezzi ragionevoli5.

I CQD anfoteri Janus drogati con azoto (AJ–N–CQD) contenenti gruppi funzionali –O– e –N– sono materiali Janus anfoteri (AJM) a causa della presenza di nuclei di carbonio idrofobico schermati dallo strato di –O– e –N idrofili –2,6,7. I composti polimerici con porzioni idrofobe e idrofile sono chiamati AJM7.

Inoltre, gli N–CQD sono nanomateriali fluorescenti ed ecologici utilizzati con successo nel trattamento delle acque reflue1,5. Nonostante il suo carattere tossico, il Cr(VI) è ampiamente utilizzato in vari settori e il suo recupero dai corrispondenti effluenti liquidi è un obiettivo primario prima del suo scarico nelle acque naturali. Pertanto, il monitoraggio del contenuto ambientale di Cr(VI) è essenziale per la salute pubblica. Diversi materiali hanno trovato applicazioni per rimuovere e/o recuperare Cr(VI) dai rifiuti, come carbone attivo, zeoliti naturali, nanotubi di carbonio, ecc.8. Tra questi, l'adsorbimento su AJ–N–CQD potrebbe essere competitivo a causa della loro elevata efficienza di adsorbimento dovuta alla presenza di gruppi funzionali N e O e alle loro proprietà di fluorescenza, che li rendono un rivelatore adatto per Cr(VI)1,5. Per rilevare il Cr(VI) sono stati utilizzati diversi approcci convenzionali, tra cui la tecnologia elettrochimica, la cromatografia, ecc. Nella maggior parte di questi approcci, la preparazione dei campioni è ardua, complicata e richiede molto tempo. Il metodo di rilevamento della fluorescenza è considerato il più potente rispetto ad altre tecniche convenzionali grazie alla sua elevata sensibilità e al basso costo.

Di conseguenza, il presente lavoro ha utilizzato l'energia delle microonde per preparare diversi nanomateriali di carbonio (GQD e AJ–N–CQD) dalla bagassa. Gli N-GQD prodotti non hanno proprietà di fluorescenza a causa della grande quantità di G. Gli AJ-N-CQD hanno proprietà di fluorescenza, rendendoli promettenti adsorbenti e sensori per ioni metallici come Cr (VI). Sono state studiate la cinetica del processo di adsorbimento in tempi diversi e la fluorescenza degli AJ–N–CQD con/senza Cr(VI). I risultati sono promettenti per le applicazioni di sensori chimici.