Rimozione rapida per assorbimento del cromo dalle acque reflue utilizzando noce

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6859 (2023) Citare questo articolo

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La contaminazione delle risorse idriche da parte degli effluenti industriali contenenti ioni di metalli pesanti e la gestione dei rifiuti solidi delle industrie agricole e alimentari rappresentano un problema serio. Questo studio presenta la valorizzazione dei gusci di noce di scarto come bioassorbente efficace ed ecologico per sequestrare il Cr(VI) dai mezzi acquosi. La polvere nativa di guscio di noce (NWP) è stata modificata chimicamente con alcali (AWP) e acido citrico (CWP) per ottenere biosorbenti modificati con abbondante disponibilità di pori come centri attivi, come confermato dall'analisi BET. Durante gli studi sull'adsorbimento in batch, i parametri di processo per l'adsorbimento del Cr(VI) sono stati ottimizzati a pH 2,0. I dati di adsorbimento sono stati adattati a modelli isotermici e cinetici per calcolare vari parametri di adsorbimento. Il modello di adsorbimento del Cr(VI) è stato ben spiegato dal modello di Langmuir che suggerisce la formazione di un monostrato di adsorbato sulla superficie dei biosorbenti. La capacità di adsorbimento massima, qm, per il Cr(VI) è stata raggiunta per CWP (75,26 mg/g), seguito da AWP (69,56 mg/g) e NWP (64,82 mg/g). Il trattamento con idrossido di sodio e acido citrico ha migliorato l’efficienza di adsorbimento del bioassorbente rispettivamente del 4,5 e dell’8,2%. È stato osservato che l'adsorbimento endotermico e spontaneo segue la cinetica di pseudo-secondo ordine con parametri di processo ottimizzati. Pertanto, la polvere di guscio di noce modificata chimicamente può essere un adsorbente ecologico per il Cr(VI) da soluzioni acquose.

La contaminazione dell'acqua da parte degli effluenti generati da varie industrie di processo contenenti metalli pesanti non degradabili e persistenti è una preoccupazione globale a causa del grave impatto negativo sull'ambiente1. I metalli pesanti, come As, Pb, Cr, Hg e Ni, non sono biodegradabili, sono tossici e persistono nell'ambiente a causa della loro tendenza al bioaccumulo, causando gravi problemi di salute agli organismi viventi che entrano nella catena alimentare2. Il Cr, prevalentemente come Cr(VI), è tra i contaminanti dell'acqua più diffusi generati dalle industrie mineraria, di finitura dei metalli, tessile, galvanica e del cuoio3,4,5. Secondo le normative dell'OMS, la concentrazione sicura e consentita di Cr(VI) nell'acqua potabile e nelle acque reflue industriali è rispettivamente di 0,05 mg/L e 0,5 mg/L5. Il Cr(VI) è altamente solubile in acqua e può entrare nel corpo umano attraverso l'esposizione cutanea e orale. È estremamente tossico e cancerogeno in caso di esposizione a lungo termine e deve essere rimosso dagli effluenti prima dello smaltimento6.

Le tecniche convenzionali riportate per il sequestro del Cr(VI) comprendono l'estrazione con solvente7, la filtrazione8, la riduzione9, la precipitazione10 e lo scambio ionico11. Tuttavia, questi metodi hanno un’applicabilità limitata a causa del fabbisogno di strumenti ad alta intensità energetica e di costi, di reagenti chimici pericolosi e, in alcuni casi, la loro applicazione provoca inquinamento secondario12. L'esigenza di monitoraggio e smaltimento dei solidi e dei fanghi generati richiede manodopera aggiuntiva e il processo potrebbe comportare un trattamento incompleto limitandone l'idoneità per grandi volumi12. Il bioassorbimento è stato considerato una tecnica semplice, facile da usare, economicamente vantaggiosa ed ecologica con materiali biodegradabili ed economici13. Questi materiali includono rifiuti animali (gusci di uova e ossa di scarto)14, biomassa microbica (alghe e batteri)5 e rifiuti agricoli (corteccia, foglie, bucce di frutta, semi, bucce, gusci, cannucce, ecc.)15. L'efficienza dei biosorbenti può essere migliorata mediante trattamento chimico con acidi e basi, con conseguente modifica delle funzionalità presenti sulla superficie del biosorbente e miglioramento dei siti attivi16.

I rifiuti agricoli sono stati riconosciuti come bioassorbenti a basso costo, rinnovabili, biodegradabili ed ecologici con una significativa capacità di adsorbimento di contaminanti come ioni di metalli pesanti, prodotti farmaceutici, coloranti e composti aromatici17. I rifiuti agricoli come bioassorbente forniscono anche una soluzione sostenibile per una gestione efficiente e l’utilizzo di questi rifiuti in continua crescita generati dalle operazioni agricole, dalla preparazione alimentare domestica e dalla lavorazione alimentare industriale18. I rifiuti agricoli sono una ricca fonte di materiale lignocellulosico, vale a dire. lignina, cellulosa, emicellulosa, pectina, proteine, flavonoidi, terpenoidi e altri metaboliti secondari aventi funzionalità poliidrossi, carbossiliche, amminiche e aldeidiche con elevata affinità per gli ioni metallici15. I rifiuti agricoli, tra cui la lolla di riso19, la crusca di frumento20, il guscio di palmisti21, i semi di albicocca16, il guscio di arachidi22, le foglie1, le bucce di frutta e verdura23, gli scarti vegetali24 e la bagassa25 sotto forma di polvere essiccata o cenere, sono stati segnalati come efficaci adsorbenti per composti organici persistenti e ioni di metalli pesanti per la loro maggiore efficacia di adsorbimento nonché per la facilità di separazione e rigenerazione26,27.