Sviluppo della carbossimetilcellulosa

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14265 (2023) Citare questo articolo

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Utilizzando l'idrogel di glutaraldeide reticolata con carbossimetilcellulosa di sodio (CMC-GA) e il suo composito di ossido di nanografene (CMC-GA-GOx), è stato sviluppato un efficace adsorbente per compositi a base biologica di carbossimetilcellulosa e ossido di grafene per la rimozione ad adsorbimento del colorante cationico blu di metilene (MB) contaminato dalle acque reflue industriali. I compositi CMC-GA-GOx sviluppati sono stati caratterizzati utilizzando strumenti di analisi FTIR, RAMAN, TGA, SEM ed EDX. Attraverso esperimenti batch, sono state studiate in diverse condizioni diverse variabili che influenzano la rimozione del colorante MB, tra cui la composizione dei biocompositi GO: CMC, il tempo di adsorbimento, il pH e la temperatura, la concentrazione iniziale di MB, il dosaggio dell'adsorbente e la concentrazione di NaCl. Le percentuali massime di rimozione del colorante erano comprese tra il 93 e il 98%. Sono stati ottenuti utilizzando biocompositi CMC-GA-GO102 con 20% di percentuale in peso di GO, tempo di adsorbimento 25 minuti, temperatura di adsorbimento 25 °C, concentrazioni di MB 10-30 ppm, pH di adsorbimento 7,0 e dose di adsorbente di 0,2 g. I dati sperimentali del processo di adsorbimento si adattano più da vicino all'isoterma di Langmuir con una capacità di adsorbimento massima del monostrato di 76,92 mg/g. Il processo di adsorbimento ha seguito il modello cinetico di pseudo-secondo ordine. La rimozione del MB è stata esotermica e spontanea dal punto di vista termodinamico. Inoltre, i risultati termodinamici hanno dimostrato che l'adsorbimento funziona in modo più efficace a basse temperature. Infine, la riutilizzabilità del CMC-GA-GO102 sviluppato è stata dimostrata attraverso 10 cicli successivi in ​​cui è andato perso solo il 14% della percentuale di rimozione del colorante MB. Questi risultati suggeriscono che il composito CMC-GA-GO102 sviluppato può essere un adsorbente economico e riutilizzabile per rimuovere i coloranti cationici organici dalle acque reflue industriali.

L’acqua è uno degli elementi essenziali per tutta la vita sulla terra ed è stata un vantaggio per la civiltà umana fin dai tempi antichi. Tuttavia, l’acqua è una delle questioni ambientali più impegnative e fornire acqua potabile e pulita, sicura e a prezzi accessibili, è una sfida globale. Il rapido deterioramento della contaminazione ambientale delle risorse naturali è un problema contemporaneo che deve essere affrontato immediatamente se si vuole che la terra e i suoi abitanti durino per le generazioni future1,2. Negli ultimi anni grandi quantità di acqua sono state contaminate a causa del rapido sviluppo di vari campi tecnologici, con conseguente aumento dei disturbi ambientali e gravi problemi di inquinamento3. In generale, l’inquinamento dell’acqua può avvenire in vari modi; tuttavia, una quantità significativa di inquinamento dell'acqua è causata dalla contaminazione con coloranti derivante da numerosi effluenti industriali provenienti dalle industrie della carta, dei cosmetici, del cuoio, dei pigmenti, del petrolio, dei tessili, della plastica, delle raffinerie, della stampa, dell'industria farmaceutica e della trasformazione alimentare4,5, 6.

In base al loro comportamento di dissociazione in soluzioni acquose, i coloranti possono essere suddivisi in tre categorie: (a) anionici (coloranti acidi, diretti e reattivi) con una carica negativa dovuta principalmente al gruppo (SO3), (b) cationici (coloranti basici ) con un gruppo amminico protonato e (c) non ionici (coloranti dispersi)7. I coloranti azoici cationici o anionici contengono uno o più legami azoici (N=N). Oltre alla sua resistenza alla luce, al calore e alla digestione aerobica, può causare malattie acute come mutazioni genetiche, reazioni allergiche, vomito e cianosi8, con conseguente inquinamento ambientale e conseguenti problemi di salute per tutti gli organismi viventi, inclusi esseri umani, animali, e piante9,10,11. Questi coloranti influiscono negativamente sulla salute umana a causa della loro stabilità chimica e non biodegradabilità. Precedenti ricerche hanno dimostrato che i coloranti cationici sono altamente tossici e più dannosi dei coloranti anionici perché interagiscono facilmente con il citoplasma12,13,14,15.

Il blu di metilene (C16H18N3ClS) è sia un colorante tiazinico che cationico. L'MB è utilizzato prevalentemente come colorante nell'industria tessile, in particolare nella tintura di lana, seta e cotone. È ampiamente utilizzato nei processi industriali, compresi i pigmenti biomedici per la colorazione cellulare, la stampa di carta e pasta di legno, gomma, plastica, cuoio, cosmetici e colorazione tessile. A causa della sua tossicità, cancerogenicità, mutagenicità e non biodegradabilità, è considerato l'inquinante organico più dannoso per l'ambiente acquatico. Può causare nausea, confusione mentale, vomito, bruciore agli occhi, confusione mentale, cianosi, pressione alta, tachicardia, dolore addominale, irritazione cutanea, metaemoglobinemia, rottura dei globuli rossi, dispnea, sudorazione profusa, irritazione gastrointestinale, reazione allergica, diarrea in umani. Inoltre, la sua inalazione provoca mancanza di respiro dopo una breve esposizione13,16,17,18.