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Jun 16, 2023

Doping con zolfo regolabile su nanostrutture CuFe2O4 per l'eliminazione selettiva di coloranti organici dall'acqua

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 6306 (2023) Cita questo articolo 1206 Accessi 8 Citazioni 3 Dettagli metriche altmetriche In questo lavoro, fotocatalizzatori di ferriti di rame drogate con zolfo (S-CuFe2O4)

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6306 (2023) Citare questo articolo

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In questo lavoro, i fotocatalizzatori di ferriti di rame drogate con zolfo (S-CuFe2O4) sono stati sintetizzati con successo per la prima volta utilizzando il metodo idrotermale facile. I fotocatalizzatori così sintetizzati sono stati caratterizzati mediante tecniche XRD, Raman, TGA, FT-IR, UV-Vis-DRS, SEM, EDX e PL. I risultati hanno rivelato che il drogaggio con zolfo si è rivelato un'alternativa adeguata che provoca tensione nei reticoli poiché gli anioni sostituiscono l'ossigeno dalle nanostrutture CuFe2O4. Grazie ai droganti allo zolfo, i fotocatalizzatori sono in grado di intrappolare e trasferire in modo efficiente le cariche fotoindotte, sopprimendo prontamente la ricombinazione di carica. È stato utilizzato uno spettrofotometro UV-Vis per monitorare la degradazione di coloranti organici tossici selettivi (RhB, CR, MO e CV) in mezzi acquosi. I risultati della degradazione del colorante forniscono la prova delle prestazioni sorprendentemente superiori di S-CuFe2O4 rispetto a CuFe2O4 puro. Sulla base della sua efficienza, questo lavoro può essere assegnato come un eccellente candidato per la scienza della fotocatalisi.

L’inquinamento dell’acqua è uno dei problemi ambientali più gravi del mondo. L’industrializzazione produce acque reflue che contengono una varietà di inquinanti nocivi1. Gli inquinanti più diffusi sono i coloranti organici sintetici, ampiamente utilizzati in numerosi settori e che rappresentano una grave minaccia per l'ambiente acquatico2. È stato dimostrato che i coloranti azoici ampiamente utilizzati nelle industrie tessili sono cancerogeni e letali per le cellule del fegato3. Allo stesso modo, il metilarancio (MO) e il cristalvioletto (CV) sono coloranti azoici anionici tossici e idrosolubili con strutture chimiche complesse che causano irritazioni gastrointestinali, respiratorie e cutanee. Il rosso Congo (CR) è un colorante azoico cancerogeno, mutageno e causa problemi riproduttivi4. La rodamina B (RhB) è un colorante fluoresceina che provoca irritazione alla pelle e agli occhi ed è tossico se ingerito. Questi coloranti a base di fluoresceina sono estremamente citotossici per i tessuti dei mammiferi e causano cambiamenti morfologici e genetici5,6. Pertanto, l’acqua inquinata sta diventando una sfida, soprattutto per le comunità urbane che si trovano vicino alle zone industriali. Pertanto, è fondamentale rimuovere questi coloranti dalle acque reflue utilizzando un approccio economico7,8.

Sono state sviluppate varie strategie per la degradazione dei coloranti nell'acqua contaminata. Adsorbimento, deposizione elettrochimica, reazioni redox e trattamento biologico sono esempi di questi metodi9,10. Tuttavia, a causa della tossicità intrinseca, della produzione di inquinanti secondari e dell'elevato costo di questi approcci, questi metodi si sono rivelati inefficaci11. Sono necessarie ulteriori ricerche per sviluppare materiali economicamente vantaggiosi, stabili e privi di rischi per affrontare questi problemi. La degradazione fotocatalitica dei coloranti è un processo a basso costo, versatile ed efficiente dal punto di vista energetico che scompone i coloranti organici in acqua utilizzando la luce e un catalizzatore12,13. A questo scopo sono stati utilizzati diversi ossidi metallici, solfuri, punti quantici, nanoparticelle di metalli nobili, polimeri, materiali ibridi drogati metallici e non metallici, materiali a base di grafene, nanocluster di oro e ferriti di metalli di transizione14,15,16,17,18 ,19,20,21,22,23,24. Tra questi, i nanomateriali delle ferriti di metalli di transizione hanno basso costo, elevata stabilità chimica, ampia area superficiale, riutilizzabilità e proprietà catalitiche25.

Per le applicazioni di degradazione dei coloranti, è stato segnalato che un certo numero di ferriti, comprese le ferriti di spinello, vengono utilizzate come catalizzatori26. Pertanto, le ferriti di spinello appartengono alla classe di composti di tipo M2+M23+O4 che hanno attirato grande attenzione per gli studi sulla degradazione dei coloranti27,28. La formula tipica delle ferriti spinello è MFe2O4, dove M = Zn, Mn, Ni, Cu, ecc. La composizione e la struttura delle ferriti influenza la loro capacità di adsorbire sostanze, che dipende dalla loro morfologia e dalla struttura cristallina intrinseca29. CuFe2O4 è un materiale di tipo spinello con uno stretto intervallo di banda, stabilità fotochimica e attività della luce visibile28. Inoltre, la sua bassa tossicità, il rapporto costo-efficacia, la versatilità e la riciclabilità lo rendono un catalizzatore interessante per le applicazioni di purificazione dell’acqua30,31. Sono stati segnalati vari metodi per sintetizzare microstrutture di ferriti di spinello come sol-gel, foto, nonché elettrodeposizione, reazione allo stato solido, metodo idrotermale e coprecipitazione32. Il metodo idrotermale è preferito per la sua versatilità, uniformità, purezza e facilità di sintesi33.