Melhorando o desempenho de adsorção de l

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10860 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Nesta pesquisa, a casca de arroz (RH) foi utilizada para preparar um adsorvente magnético para adsorção de ácido ascórbico (AA). O agente magnético é o cloreto de ferro (III) (FeCl3). O impacto da concentração de ácido na faixa de 400 a 800 ppm, dosagem do adsorvente na faixa de 0,5 a 1 g e tempo de contato na faixa de 10 a 130 min foram estudados. O modelo Langmuir apresentou o maior R2 de 0,9982, 0,9996 e 0,9985 nas temperaturas de 15, 25 e 35 °C respectivamente e os valores qmax nessas temperaturas foram calculados em 19,157, 31,34 e 38,75 mg/g, respectivamente. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem teve a melhor concordância com os resultados experimentais. Neste modelo cinético, os valores de q foram medidos em 36,496, 45,248 e 49,019 mg/g na concentração de ácido de 418, 600 e 718 ppm, respectivamente. Os valores de ΔHo e ΔSo foram medidos 31,972 kJ/mol e 120,253 kJ/mol K, respectivamente, o que comprova a natureza endotérmica e irregular da adsorção de AA. Além disso, as condições ótimas do software design-expert foram obtidas 486,929 ppm de concentração de ácido, 0,875 g de dosagem de adsorvente e 105,397 min de tempo de contato, e a eficiência de adsorção nestas condições foi determinada em 92,94%. A área superficial da UR e da UR modificada foi determinada em 98,17 e 120,23 m2/g, respectivamente, o que confirma a elevada área superficial destes dois adsorventes.

As vitaminas têm sido amplamente empregadas nas indústrias farmacêutica, cosmética e alimentícia1. Os tipos de vitaminas são divididos em duas classes devido à sua solubilidade em gordura e água. As vitaminas solúveis na água são tiamina (B1), riboflavina (B2), niacina (B3), piridoxina (B6), ácido pantotênico (B5), biotina (B7), ácido fólico (B9), cianocobalamina (B12) e vitamina C. A vitamina C ou ácido l-ascórbico (AA) é uma das vitaminas essenciais que possui notáveis ​​​​propriedades antioxidantes que podem prevenir reações radicais no corpo que danificam células e tecidos. Assim, esta vitamina pode impulsionar o sistema imunológico2. Sua deficiência pode causar risco de doenças incuráveis ​​como câncer, doenças cardíacas e catarata3,4,5. A vitamina C é capaz de prevenir a atividade microbiana nos alimentos por ter um pH6 de baixo valor. No entanto, o mecanismo corporal das pessoas não consegue produzir vitamina C devido à ausência da enzima l-gluconolactona e não consegue reter este agente vital no organismo. Portanto, o conteúdo adequado desta vitamina deve entrar no corpo através da ingestão de alguns alimentos, como frutas cítricas, frutas vermelhas, batatas, tomates, pimentões, brócolis e espinafre7. Compostos bioativos, como biomoléculas usadas em diversas indústrias, são frequentemente sintéticos e são produzidos durante diversas etapas da biotecnologia e do processo químico. Portanto, a separação e purificação desta vitamina de uma solução aquosa é inevitável.

Existem diversos procedimentos de separação. Cada um destes procedimentos tem uma série de desvantagens e pode causar problemas durante o processo de separação. Por exemplo, o procedimento de precipitação não consegue tratar a baixa concentração de íons metálicos, e este método também pode produzir amplamente materiais inúteis; a tecnologia eletroquímica microbiana (MET) possui notável rendimento de eliminação, porém, este método requer um longo período de tempo para eliminação dos íons metálicos; além disso, o preço das resinas no procedimento de troca iônica é exorbitante8. Dentre as técnicas de separação, a adsorção é um dos métodos mais conhecidos devido à simplicidade de desempenho, tremendo rendimento, fácil recuperação e preço adequado. Portanto, o método de adsorção em lote foi escolhido para este estudo. Vários tipos de reagentes têm sido explorados como adsorventes para remoção de íons metálicos de água contaminada, como carvão ativado9, resíduos de frutas10, substâncias minerais11,12,13,14, micróbios15, resíduos16 e polímeros17. Neste estudo, um tipo de resíduo agrícola foi utilizado como adsorvente natural. A produção anual de alimentos e resíduos agrícolas está a aumentar extensivamente, pelo que é crucial gerir o desperdício alimentar18. Para evitar este desafio, os resíduos alimentares podem ser convertidos em materiais benéficos. A reutilização de resíduos agrícolas é proposta como uma abordagem conveniente e económica. Devido aos desempenhos desejados e ao baixo preço de resíduos agrícolas como casca de banana, casca de laranja, casca de arroz (RH), polpa de chá, casca de noz19, argila montmorilonita20, bico de galinha21, zeólita22, e etc., esses materiais têm recebido muita atenção. . Além disso, vários reagentes podem ser enxertados na estrutura dos adsorventes para melhorar seu desempenho, como polímeros, hidróxido metálico, ácidos, ferro e outros materiais químicos como o xantato23,24. Alguns trabalhos valiosos que demonstram a superioridade do adsorvente modificado sobre os brutos são indicados a seguir. Foroutan et al. utilizou casca de noz (WSA) e WSA/amido/Fe3O4 para a remoção de íons de cobre da água. A capacidade de absorção dos íons cobre foi alcançada em 29 e 45,4 mg/g para WSA e WSA/Amido/Fe3O4, respectivamente19. Ahmadi et al. utilizou argila Montmorilonita (MC) e MC/amido/CoFe2O4 para a remoção de azul de metileno (MB) e violeta de metila (MV) das águas residuais. A capacidade de absorção do VM usando MC e nanocompósito MC/amido/CoFe2O4 foi de 29,76 e 43,95 mg/g, respectivamente, e a capacidade de sorção de absorção do MB usando esses sorventes foi de 31,96 e 47,51 mg/g, respectivamente20. Foroutan et al. estudaram o desempenho de um bico de galinha contendo hidroxiapatita (HApB) e modificado com o zeolítico imidazolato framework-8 (ZIF-8) para a remoção de íons de níquel da água. A capacidade de captação de íons níquel foi obtida em 24,27 e 63,49 mg/g usando HApB e HApB/ZIF-8, respectivamente21. Savari et al. investigaram a remoção de flúor da água usando zeólita-zircônio sob sonicação pulsada e contínua. A capacidade de captação do flúor foi calculada em 32,98 e 31,73 mg/g nas situações pulsada e contínua, respectivamente22. Concluiu-se que a modificação com as partículas magnéticas tem maior impacto na capacidade de absorção em relação aos demais modificadores. Os materiais magnéticos, especialmente os biochars magnéticos, estão na categoria de carbono, que pode remover os poluentes por atração eletrostática entre os poluentes e grupos funcionais contendo oxigênio. Além disso, a geração de biocarvão magnético com fornecimento mínimo de oxigênio aumenta a arquitetura cristalina deste adsorvente devido aos seus domínios grafíticos que são muito menores em comparação com os materiais de nanocarbono. Os materiais magnéticos têm alguns benefícios, incluindo: (1) Eles podem ser sintetizados em uma única etapa, causando apenas diminuição da perda de energia, (2) Eles possuem uma propriedade flexível e exclusiva devido à sua área superficial, alta capacidade de adsorção e alto grau de reatividade superficial, (3) Eles são mais conhecidos como adsorventes econômicos e econômicos, e (4) Eles podem reduzir drasticamente a concentração de gases tóxicos, íons metálicos e outros poluentes25.