Microondas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11306 (2023) Citar este artigo

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O comportamento de adsorção de cromo a partir de solução aquosa pelos pontos quânticos de carbono anfotéricos Janus dopados com nitrogênio (AJ – N – CQDs) foi investigado. Os modelos de cinética de adsorção de pseudo-primeira ordem e segunda ordem foram empregados para analisar os dados experimentais; o modelo de cinética de adsorção de segunda ordem apresentou melhor correlação com os dados experimentais, sugerindo um processo de quimissorção. Os valores obtidos na pseudo-primeira ordem ainda são adequados para descrever a cinética de sorção de Cr(VI). Esses valores elucidam os processos superficiais envolvendo quimissorção e fisissorção na adsorção de Cr (VI) por AJ – N – CQDs. O R2 do modelo Boyd deu um melhor ajuste aos dados de adsorção de AJ –N – CQDs (ou seja, difusão externa), o que significa os processos de superfície envolvendo adsorção externa de Cr (VI) por AJ – N – CQDs. O maior valor de α pode ser devido à maior área superficial dos AJ –N – CQDs para a adsorção imediata de Cr (VI) da solução aquosa. AJ – N – CQDs possuem espectros de fluorescência antes e depois da adsorção de Cr (VI), indicando que são promissores para aplicações em sensores químicos.

A acumulação de resíduos agrícolas é prejudicial ao ambiente. Como resultado, a reciclagem está em demanda. O principal componente do bagaço de cana-de-açúcar é a celulose, que compreende ligações β-1,4-glicosídicas da unidade D-glicose1,2,3,4. A utilização de resíduos agrícolas passou recentemente por um esforço mais significativo. Uma delas era empregar o bagaço como matéria-prima para produzir materiais à base de carbono. É a fonte mais confiável para a produção de produtos valiosos por meio de técnicas ecologicamente corretas para remover íons metálicos de águas residuais1,5.

Os pontos quânticos de carbono (CQDs) e o grafeno (G) são dois produtos valiosos que podem ser produzidos a partir de resíduos agrícolas. CQDs têm diâmetros de 10 nm com nanomateriais de esferas de área superficial colossais, enquanto pontos quânticos de grafeno (GQDs) são uma mistura de G com CQDs. Os grupos funcionais mais marcados são O – H, –C = O e C – O – C. Vários métodos, como aquecimento hidrotérmico e solvotérmico de moléculas orgânicas, ablação de grafite a laser e carbonização pirolítica, têm sido usados ​​para criar GQDs. No entanto, estudos revelaram que o aquecimento por microondas é adequado para o desenvolvimento de procedimentos de síntese de CQD mais rápidos e com preços razoáveis5.

CQDs anfotéricos Janus dopados com nitrogênio (AJ –N – CQDs) contendo grupos funcionais –O– e –N– são materiais Janus anfotéricos (AJMs) devido à presença de núcleos de carbono hidrofóbicos protegidos pela camada hidrofílica –O– e –N –2,6,7. Compostos poliméricos com porções hidrofóbicas e hidrofílicas são chamados de AJMs7.

Além disso, os N – CQDs são nanomateriais fluorescentes e ecológicos utilizados com sucesso no tratamento de águas residuais . Apesar de seu caráter tóxico, o Cr(VI) é amplamente utilizado em diversas indústrias, e sua recuperação dos efluentes líquidos correspondentes é um alvo principal antes de seu lançamento em águas naturais. Portanto, monitorar o conteúdo ambiental de Cr(VI) é essencial para a saúde pública. Vários materiais têm encontrado aplicações para remover e/ou recuperar Cr(VI) de resíduos, como carvão ativado, zeólitas naturais, nanotubos de carbono, etc.8. Entre eles, a adsorção em AJ –N – CQDs pode ser competitiva devido à sua alta eficiência de adsorção devido à presença de grupos funcionais N e O e suas propriedades de fluorescência, que os tornam um detector adequado para Cr (VI) . Várias abordagens convencionais, incluindo tecnologia eletroquímica, cromatografia, etc., têm sido utilizadas para detectar Cr(VI). A preparação da amostra é árdua, complicada e demorada na maioria dessas abordagens. O método de detecção de fluorescência é considerado mais poderoso que outras técnicas convencionais devido à sua alta sensibilidade e baixo custo.

Consequentemente, o presente trabalho utilizou energia de microondas para preparar diferentes nanomateriais de carbono (GQDs e AJ – N – CQDs) a partir do bagaço. Os N – GQDs produzidos não possuem propriedades de fluorescência devido à grande quantidade de G. AJ – N – CQDs possuem propriedades de fluorescência, tornando-os adsorventes e sensores promissores para íons metálicos como Cr (VI). A cinética do processo de adsorção em diferentes momentos e a fluorescência de AJ – N – CQDs com/sem Cr (VI) foram estudadas. Os resultados são promissores para aplicações em sensores químicos.