Cinética de adsorção de azul de metileno de águas residuais usando pH

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11900 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste trabalho, hidrogéis de amido/poli(ácido acílico) foram sintetizados através de uma técnica de polimerização por radicais livres. As proporções molares de ácido acrílico para N,N'-metilenobisacrilamida foram 95:5, 94:6 e 93:7. As amostras exibiram uma estrutura porosa amorfa, indicando que o tamanho dos poros dependia da quantidade de agente de reticulação. A quantidade de ácido acrílico na estrutura aumentou com um pequeno aumento na quantidade do agente de reticulação, o que melhorou a estabilidade térmica dos hidrogéis. As características de inchamento dos hidrogéis foram influenciadas tanto pelo nível de pH quanto pela quantidade de agente de reticulação. O hidrogel com proporção de 94:6 apresentou o maior grau de intumescimento (201,90%) em pH 7,4. A dominância do efeito Fickiano na regulação da absorção de água nos hidrogéis sintetizados foi demonstrada, e a cinética de inchaço exibiu concordância com o modelo de pseudo-segunda ordem de Schott. Descobriu-se que a absorção do azul de metileno pelos hidrogéis desenvolvidos é influenciada por vários fatores, incluindo a concentração do corante, a quantidade do agente de reticulação, o nível de pH e a duração da exposição. O hidrogel 95:5 apresentou a maior eficácia de adsorção (66,7%) para a solução corante com concentração de 20 mg/L em pH 10,0. O exame da cinética e isotermas de adsorção forneceu evidências de que o processo de fisissorção ocorre em superfícies adsorventes heterogêneas e pode ser explicado por uma natureza exotérmica.

Os pesquisadores tornaram-se interessados ​​em hidrogéis à base de amido devido à ampla gama de propriedades úteis, incluindo biocompatibilidade, biodegradabilidade, propriedades físico-químicas, alta eficiência e preço razoável1. Os hidrogéis derivados do amido são utilizados em uma ampla gama de indústrias, incluindo meio ambiente, agricultura, medicina, absorventes e assim por diante2. A adsorção de corantes por esses hidrogéis em águas residuais industriais é um dos seus muitos usos potenciais que tem atraído muita atenção. Os corantes orgânicos são utilizados em inúmeras indústrias, incluindo têxteis, estampados, plásticos e cosméticos, mas são extremamente perigosos para o abastecimento de água e os ecossistemas3. Os corantes orgânicos aromáticos, como o azul de metileno (MB), são mais tóxicos e estáveis ​​do que outros tipos de corantes orgânicos; eles também podem causar náuseas, vômitos, necrose tecidual e danos aos nervos em humanos4. A separação do corante pode ser realizada através de uma variedade de processos, incluindo sedimentação5, troca iônica6, coagulação7, filtração8 e adsorção9, 10. Os adsorventes são superiores a outros métodos por terem vantagens como reciclabilidade, baixo custo, alta eficiência de absorção, flexibilidade no desempenho, eficiência e manuseio simples11.

Apesar das diferentes vantagens dos hidrogéis à base de amido, pontos fracos como baixa resistência mecânica e alta sensibilidade à degradação têm impedido seu uso generalizado na indústria12. O amido pode ser modificado por meio de técnicas físicas13, químicas14, mistura15 e enzimáticas16 para resolver os problemas acima mencionados. Oxidação17, hidrólise18, esterificação19 e enxertia20 estão entre os métodos de modificação química do amido. A enxertia química com monômeros vinílicos como o ácido acrílico tem ganhado interesse devido ao controle preciso do processo de modificação, maior capacidade de adsorção e criação de um produto mais estável e uniforme21. Além disso, o enxerto de hidrogel com poli(ácido acrílico) (PAA) melhora propriedades como resistência mecânica, resistência térmica e capacidade de absorção de água, além de ampliar sua aplicação22, 23. A introdução de cargas negativas no amido é essencial para a adsorção de íons ou corantes carregados positivamente por hidrogéis à base de amido. A oxidação do amido e a modificação com poli(ácido acrílico) são dois métodos utilizados para esse fim24. Embora a oxidação do amido possa alterar a estrutura do amido e as propriedades de gelificação, a modificação do amido com poli(ácido acrílico) oferece vantagens como um processo simplificado, maior capacidade de absorção de água, propriedades ajustáveis ​​e melhor estabilidade. Este método reduz efetivamente os custos e aborda potenciais preocupações ambientais associadas ao processo de modificação25, 26. Vários fatores, como temperatura, pH, concentração de corante e agente de reticulação podem influenciar a eficiência de adsorção de hidrogéis27. A adição de N,N'-metilenobisacrilamida (MBA) como reticulador ao hidrogel de amido traz inúmeros benefícios, incluindo a facilitação da formação de uma estrutura estável, melhor integridade estrutural, maior capacidade de absorção de água e capacidade de adaptar a porosidade, o comportamento de inchaço, e propriedades mecânicas28. Essa versatilidade torna o hidrogel uma escolha excepcional para diversas aplicações na agricultura, biomedicina e muito mais29.