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May 23, 2024

Carboni nanoporosi basati su polimeri organici coordinati come efficienti ed ecologici

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 13127 (2023) Cita questo articolo 3292 Accessi 3 Dettagli metriche altmetriche La maggior parte degli inquinanti dell'acqua comprende sostanze organiche come quelle fenoliche

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13127 (2023) Citare questo articolo

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La maggior parte degli inquinanti dell'acqua comprende sostanze organiche come gli inquinanti fenolici, quindi sono tutti pericolosi per l'ambiente. Il presente lavoro è un confronto sulla chimica della superficie e sulle caratteristiche di adsorbimento del polimero organico coordinato (Cop-150) e del carbonio nanoporoso (NPC) preparati utilizzando il metodo solvotermico. Il nuovo NPC è stato sintetizzato con successo per rimuovere il fenolo. Le tecniche FT-IR, XRD, XPS, SEM, TGA e BET sono state utilizzate per caratterizzare e confermare la variazione fisico-chimica durante la preparazione di Cop-150 e NPC. La metodologia della superficie di risposta Box-Behnken (BBRSM) è stata utilizzata per ottimizzare quattro importanti fattori: pH (2–10), tempo di contatto (1–40 min), temperatura (25–60 °C) e concentrazione iniziale di fenolo (5 –50 mg L−1). Per analizzare i dati ottenuti dall'adsorbimento del fenolo da parte degli adsorbenti sintetizzati, sono stati esaminati quattro modelli lineari, 2FI, quadratici e cubici, di cui il modello quadratico è stato riconosciuto come il modello migliore. Per l'NPC la capacità di adsorbimento pari a 500 mg g−1 viene raggiunta alla concentrazione iniziale di fenolo = 49,252 mg L−1, tempo di contatto = 15,738 min, temperatura = 28,3 °C e pH 7,042. D'altra parte, la capacità di adsorbimento per Cop-150 a pH 4,638, il tempo di contatto = 19,695 min, la temperatura = 56,8 °C e la concentrazione iniziale di fenolo = 6,902 mg L−1 era pari a 50 mg g−1 . I dati sperimentali in diverse condizioni sono stati studiati da alcuni famosi modelli cinetici e isotermi, che tra questi corrispondevano al modello cinetico di pseudo-secondo ordine e all'isoterma di Langmuir. Inoltre, in base al risultato della termodinamica sia del Cop-150 che dell'NPC, il processo di adsorbimento è esotermico e spontaneo. Secondo i risultati, il Cop-150 e l’NPC potrebbero essere utilizzati rispettivamente per un massimo di quattro e cinque cicli senza ridurre significativamente le loro prestazioni.

L'inquinamento dell'acqua si verifica con l'ingresso di sostanze chimiche industriali nell'acqua, che è associato a cambiamenti nella qualità dell'acqua. Questi composti sono molto dannosi per l’ambiente e la vita umana e hanno effetti negativi sugli ecosistemi. Il fenolo (vedi Tabella 1) è un composto industriale ampiamente utilizzato nelle industrie di plastica e resina, carta, raffinerie di carbone e petrolchimiche. Questo composto e i suoi derivati ​​sono molto tossici e causano malattie, come l'avvelenamento1. La crescente presenza di fenolo nelle acque reflue è diventata una preoccupazione urgente a causa dei suoi effetti dannosi sia sulla salute umana che sull’ambiente2. Il fenolo ha un effetto negativo sugli organismi anche in quantità molto piccole. Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, l'intervallo di concentrazione dei composti fenolici nell'acqua potabile è di circa 1 µg L−1, pertanto devono essere rimossi dal flusso d'acqua. Per risolvere questo problema, sono state studiate varie strategie per il trattamento delle acque reflue, come la distillazione, lo scambio ionico3, la filtrazione su membrana, la riduzione biochimica, l'ossidazione/riduzione chimica e l'adsorbimento. Tra queste tecniche, il processo di adsorbimento è quello più utilizzato nel trattamento delle acque reflue grazie alla sua elevata efficienza economica, capacità impressionante e prestazioni eccellenti8,9,10,11. Negli ultimi anni, per il trattamento delle acque reflue sono stati studiati tipi di adsorbenti come ossidi metallici12,13, nanoparticelle magnetiche6,14,15,16, polimeri17 e materiali a base di grafene18. Tuttavia, la preparazione di questi materiali è costosa e hanno un'area superficiale molto bassa19, che di conseguenza riduce l'efficienza del processo di adsorbimento20,21. Per combattere questo problema, i ricercatori hanno esplorato vari adsorbenti per rimuovere efficacemente il fenolo dalle acque reflue. Una soluzione promettente risiede nell’uso di NPC basati su polimeri organici coordinati, che hanno mostrato un grande potenziale come nano-assorbenti efficienti ed ecologici22. Gli NPC sono molto promettenti grazie alla loro struttura unica, all’elevata porosità e alla superficie adatta per l’uso in diversi lavori di ricerca, inclusi sistemi di somministrazione di farmaci, supercondensatori, stoccaggio di gas e adsorbimento di inquinanti22.