Casca de ovo de resíduos de engenharia altamente eficiente

Apr 30, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9676 (2022) Citar este artigo

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A gestão sustentável de resíduos e água são componentes-chave da mais nova política da UE em relação à economia circular. Métodos de tratamento de água simples, eficazes e baratos baseados na reutilização de resíduos são pré-requisitos para a saúde humana, desenvolvimento sustentável e remediação ambiental. O design de absorventes eficazes e econômicos representa uma questão atual no tratamento de águas residuais. Este estudo teve como objetivo investigar o desenvolvimento de um adsorvente recém-projetado funcionalizando dois tipos diferentes de resíduos (industriais e alimentícios) com nanopartículas magnéticas como material ecologicamente correto, altamente eficiente e barato para remoção de cádmio de soluções aquosas. Este adsorvente de nanoengenharia (EFM) derivado de resíduos de casca de ovo e cinzas volantes foi usado para remover o cádmio da solução aquosa. A análise SEM demonstrou que as nanopartículas de magnetita foram carregadas com sucesso com cada resíduo. Além disso, obteve-se uma dupla funcionalização das partículas de casca de ovo com partículas de cinzas e magnetita. Como resultado disso, a área de superfície EFM aumentou substancialmente, conforme confirmado pela BET. Uma caracterização abrangente (BET, FT-IR, SEM, XRD e TGA) foi realizada para estudar as propriedades desse adsorvente recém-projetado. Experimentos em batelada foram conduzidos para investigar a influência de diferentes parâmetros de reação: temperatura, pH, tempo de contato, dosagem de adsorvente, concentração inicial. Os resultados mostraram que a adsorção de cádmio atingiu o equilíbrio em 120 min., em pH 6,5, para 0,25 g de adsorvente. A eficiência máxima foi de 99,9%. A pesquisa das isotermas de adsorção mostrou que a adsorção de Cd2+ ajustada ao modelo de Freundlich indicava um processo de adsorção em camadas multimoleculares. Além disso, o estudo termodinâmico (ΔG < 0, ΔH > 0; ΔS > 0) mostra que a adsorção de cádmio é um processo espontâneo e endotérmico. O estudo da cinética do adsorvente foi descrito com o modelo de pseudo-segunda ordem indicando um mecanismo de quimissorção. Os resultados da dessorção mostraram que o adsorvente nanoprojetado (EFM) pode ser reutilizado. Esses dados confirmaram a possibilidade de enriquecer o conhecimento teórico relevante no campo da recuperação de resíduos para a obtenção de adsorventes recém-projetados, com alto desempenho e baixo custo para a remediação de águas residuais.

A poluição da água corroborada com o problema da escassez de água tornou-se uma grande preocupação não só na Europa, mas também em todo o mundo. É sabido que os maiores consumidores de água são registrados na indústria e na agricultura. Nos próximos anos prevê-se o crescimento exponencial do consumo de água nestes sectores económicos o que irá prejudicar a qualidade e as reservas de água doce. A este respeito, a economia emergente global impõe imperativamente uma nova estratégia para a transformação completa da atual quo economia linear para um conceito completamente novo baseado na preservação e regeneração do capital natural. A mais recente política da UE relativa à economia circular impôs uma abordagem estratégica completamente diferente, permitindo o desenvolvimento de métodos e tecnologias inovadoras e altamente eficientes, concebidas para garantir a consecução dos principais objetivos europeus: (1) segurança económica e energética; (2) maior competitividade; (3) recursos sustentáveis ​​e gestão de resíduos1,2,3.

A gestão sustentável da água será um desafio permanente em particular, devido a vários fatores, incluindo uma tendência crescente da população global, poluição, esgotamento dos recursos hídricos e, por último, mas não menos importante, o aumento da demanda mundial por alimentos, bioenergia e água potável1,2.

Consequentemente, são necessárias medidas rápidas e eficazes para remover os poluentes e descontaminar a fonte poluente1,2,3.

Existem várias categorias de contaminantes em águas residuais industriais: metais pesados, compostos orgânicos (corantes, fármacos, surfactantes, fenóis, pesticidas, hidrocarbonetos, compostos halogenados, etc.), sólidos em suspensão, outros. Os metais pesados ​​(Cd, Cu, Hg, Pb, Ni, Zn, As) representam um dos tipos mais frequentes e perigosos de poluentes da água devido à sua alta toxicidade para a saúde humana e ao impacto negativo nos biossistemas. Embora as águas residuais industriais contaminadas com metais pesados ​​sejam um problema relativamente comum atualmente, é imperativo tratá-las para evitar problemas ecológicos extremamente sérios a longo prazo4,5,6,7,8.