Adsorção aprimorada

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17054 (2022) Citar este artigo

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A descarga inadequada de resíduos de pilhas secas e efluentes carregados de antibióticos não tratados para o meio ambiente representam uma séria ameaça ao sustento do ecossistema. Neste estudo, a síntese do nanocompósito reduzido de óxido de grafeno-ZnO (rGO-ZnO) foi obtida por meio de um processo de biorredução usando resíduos de haste de bateria seca como precursor de óxido de grafeno (GO). O nanocompósito foi aplicado na degradação fotocatalítica ultravioleta do cloranfenicol (CAP) a 290 nm na presença de peróxido de hidrogênio. O nanocompósito RGO-ZnO foi caracterizado por MEV, TEM, XRD, BET e FTIR. A imagem TEM do nanocompósito revelou um óxido de zinco polidisperso e quase esférico em uma superfície de óxido de grafeno reduzido grosseiro. Os padrões de DRX mostraram fases hexagonais wurtzita cristalinas nítidas e proeminentes de ZnO e rGO. A área de superfície BET do nanocompósito foi de 722 m2/g com tamanho de poro de 2 nm e volume de poro de 0,4 cc/g. A % de eficiência de foto-remoção aumentou com o aumento do tempo de irradiação, mas diminuiu em pH, temperatura e concentração de CAP mais elevados. O processo de adsorção fotocatalítico ajustou-se com mais precisão ao modelo de Freundlich (R2 = 0,99) indicando um mecanismo de adsorção multicamadas. Obteve-se uma redução de 92,74% no nível de demanda química de oxigênio (DQO) do efluente veterinário após o tratamento com o nanocompósito, afirmando assim sua eficácia em amostras reais de águas residuais.

Desde suas descobertas iniciais há várias décadas, os antibióticos encontraram aplicações úteis no cuidado humano e animal para fins de prevenção, tratamento e aumento do crescimento1. Vários antibióticos usados ​​para esses fins incluem azitromicina, cloranfenicol, tetraciclina, estreptomicina, etc. onde já emergiram como importante grupo de poluentes ambientais2. Diferentes níveis de resíduos de antibióticos foram relatados em efluentes farmacêuticos e agrícolas com seus efeitos tóxicos concomitantes em organismos aquáticos e terrestres2.

Processos avançados de oxidação, como fotocatálise homogênea/heterogênea baseada em semicondutores, sonocatálise, fenton, oxidação eletroquímica, ozonização, etc. tempo e capacidade de degradar poluentes orgânicos e inorgânicos em substâncias menos tóxicas3,4,5,6,7. Semicondutores como sulfeto de cádmio (CdS), sulfeto de zinco (ZnS), óxido férrico (Fe2O3), óxido de titânio (TiO2) e nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) podem funcionar como um sensibilizador para reações redox reduzidas à luz através da geração de espécies reativas oxidativas incluindo radicais hidroxila, peróxido de hidrogênio e ânions superóxido8.

O óxido de zinco é um semicondutor composto II-VI. Possui um band-gap de 3,4 eV e um comprimento de onda de 387 nm e pode ser excitado na região do ultravioleta (UV) do espectro eletromagnético9. As nanopartículas de óxido de zinco têm sido amplamente utilizadas em agentes antimicrobianos, aplicações de detecção de gás e, mais importante, no tratamento fotocatalítico de águas residuais devido ao seu custo de produção relativamente barato, condições de reação suaves10,11, etc.

Por outro lado, alguns problemas freqüentemente encontrados com fotocatalisadores semicondutores incluem faixa de absorção estreita, fotocorrosão, recombinação do par elétron-buraco, fotoinstabilidade em meio aquoso, banda larga ampla necessitando de grande energia de ativação, etc11,12. A integração de materiais grafíticos (óxido de grafeno reduzido) provou ser eficaz para prevenir a recombinação de pares elétron-buraco, melhorar o transporte de portadores de carga em semicondutores, melhorar a capacidade de adsorção, condutividade e atividades fotocatalíticas gerais13,14.