Adsorção aprimorada

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 17054 (2022) Citar este artigo

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A descarga inadequada de resíduos de baterias secas e de efluentes carregados de antibióticos não tratados para o meio ambiente representa uma séria ameaça à sustentação do ecossistema. Neste estudo, a síntese do nanocompósito reduzido de óxido de grafeno-ZnO (rGO-ZnO) foi alcançada através de um processo de biorredução usando resíduos de bateria de célula seca como precursor do 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 quase esférico e polidisperso em uma superfície grosseira de óxido de grafeno reduzido. Os padrões de XRD mostraram fases hexagonais de wurtzita cristalinas nítidas e proeminentes de ZnO e rGO. A área superficial 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 com pH, temperatura e concentração de CAP mais elevados. O processo de adsorção fotocatalítica ajustou-se com maior precisão ao modelo de Freundlich (R2 = 0,99) indicando um mecanismo de adsorção multicamadas. Após o tratamento com o nanocompósito, foi obtida uma redução de 92,74% no nível de demanda química de oxigênio (DQO) do efluente veterinário, afirmando assim sua eficácia em amostras reais de águas residuais.

Desde as suas descobertas iniciais, há várias décadas, os antibióticos encontraram aplicações úteis no cuidado humano e animal para fins de prevenção de doenças, tratamento e melhoria do crescimento1. Vários antibióticos que têm sido utilizados para estes fins incluem azitromicina, cloranfenicol, tetraciclina, estreptomicina, etc. No entanto, nos últimos anos, os antibióticos e os seus resíduos têm entrado no ambiente através de unidades de produção, estações de tratamento de águas residuais, hospitais, aterros sanitários, etc. onde emergiram agora como um importante grupo de poluentes ambientais2. Diferentes níveis de resíduos de antibióticos foram relatados em efluentes farmacêuticos e agrícolas, com os 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., ganharam enorme atenção nas últimas décadas para o tratamento de efluentes farmacêuticos e agrícolas devido às suas inúmeras vantagens, incluindo relação custo-benefício, tempo e capacidade de degradar poluentes orgânicos e inorgânicos em substâncias menos tóxicas3,4,5,6,7. Semicondutores como nanopartículas de sulfeto de cádmio (CdS), sulfeto de zinco (ZnS), óxido férrico (Fe2O3), óxido de titânio (TiO2) e óxido de zinco (ZnO) podem funcionar como sensibilizadores para reações redox com redução de luz por meio da geração de espécies oxidativas reativas 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 comprimento de onda de 387 nm e pode ser excitado na região ultravioleta (UV) do espectro eletromagnético . As nanopartículas de óxido de zinco têm sido amplamente utilizadas em agentes antimicrobianos, aplicações de detecção de gases e, mais importante, no tratamento fotocatalítico de águas residuais devido ao seu custo de produção relativamente barato, condições de reação suaves , etc.

Por outro lado, alguns problemas frequentemente encontrados com fotocatalisadores semicondutores incluem faixa de absorção estreita, fotocorrosão, recombinação do par elétron-buraco, fotoinstabilidade em meio aquoso, amplo intervalo de bandas necessitando de enorme energia de ativação, etc. 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 gerais .