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Nov 11, 2023

Facile fabbricazione dell'Ue

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 11107 (2023) Cita questo articolo 252 Accessi Dettagli metriche La rimozione della tetraciclina cloridrato (TCH) dalle acque reflue è importante per l'ambiente

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La rimozione della tetraciclina cloridrato (TCH) dalle acque reflue è importante per l’ambiente e la salute umana, ma allo stesso tempo impegnativa. In questo caso, il MOF a base di UE, Eu(BTC) (BTC rappresenta l'acido 1,3,5-trimesico) è stato preparato mediante una strategia efficiente e rispettosa dell'ambiente, e quindi è stato utilizzato per la cattura del TCH per la prima volta. L'Eu(BTC) è stato caratterizzato mediante diversi metodi come la diffrazione di raggi X, la microscopia elettronica a scansione e la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier. L'assorbimento del TCH da parte di Eu(BTC) è stato studiato sistematicamente. Sono state studiate anche le influenze delle condizioni sperimentali come il valore del pH della soluzione, il tempo di adsorbimento e la concentrazione iniziale sulla capacità TCH di Eu(BTC). L'Eu(BTC) ottenuto ha mostrato un notevole assorbimento di TCH (qm fino a 397,65 mg/g), che era molto superiore a quello della maggior parte dei materiali come UiO-66/PDA/BC (184,30 mg/g), PDA-NFsM ( 161,30 mg/g) e molti materiali a base di carbonio finora riportati. Inoltre, il comportamento di adsorbimento del TCH su Eu(BTC) è stato esplorato mediante le equazioni di Freundlich e Langmuir e il meccanismo di adsorbimento è stato ulteriormente analizzato. I risultati sperimentali hanno suggerito che il meccanismo di adsorbimento del TCH di Eu(BTC) includeva l'interazione π–π, l'interazione elettrostatica e i legami coordinati. Le eccellenti prestazioni di adsorbimento del TCH e l'efficiente strategia di fabbricazione rendono il preparato Eu(BTC) promettente nella rimozione del TCH.

Al giorno d’oggi, l’inquinamento dell’ambiente acquatico causato dagli ioni di metalli pesanti1, dagli inquinanti organici2 e dagli antibiotici3 è diventato un problema globale crescente. In particolare, essendo il componente farmaceutico più comunemente utilizzato e altamente efficace, gli antibiotici sono ampiamente utilizzati nel settore agricolo e nella terapia umana4. Vale la pena notare che gran parte degli antibiotici non vengono assorbiti completamente dal corpo umano e dagli animali, ma vengono poi escreti nell'ecosistema sotto forma di metaboliti o addirittura allo stato primitivo5. Gli antibiotici scaricati provengono principalmente dagli effluenti agricoli, ospedalieri, di acquacoltura e industriali6,7,8,9. È stato riportato che la concentrazione di antibiotici può raggiungere fino a 100–500 mg/L nelle acque reflue farmaceutiche e mediche10,11. Un’eccessiva emissione di antibiotici creerebbe inevitabilmente una grave minaccia alla sopravvivenza umana e alla sicurezza ambientale. L'antibiotico più tipico e rappresentativo, la tetraciclina cloridrato (TCH), presenta una solubilità in acqua media (231 mg/L)12, durabilità ed elevata biotossicità e viene solitamente rilevato in ambiente acquatico.

A causa della rimozione profonda dei TCH dalla soluzione acquosa, è difficile per la tradizionale tecnologia di trattamento delle acque reflue e i TCH tendono ad accumularsi nel suolo, nelle acque sotterranee e nelle acque superficiali. Lo sviluppo di una strategia efficace per eliminare gli antibiotici resta una sfida importante13,14,15,16. Recentemente sono stati descritti diversi metodi per la rimozione del TCH come l'elettrolisi17, l'ossidazione18, la degradazione fotochimica19 e l'adsorbimento20. Tra questi metodi, la tecnologia di adsorbimento è considerata la prima scelta per la cattura degli antibiotici grazie ai suoi vantaggi quali elevata efficienza energetica, funzionamento semplice e rispetto dell'ambiente21,22,23. Sebbene la maggior parte degli adsorbenti riferiti finora abbiano mostrato una selettività e una capacità di adsorbimento inferiori, è urgente sviluppare adsorbenti ad alte prestazioni24. Per quanto ne sappiamo, alcuni materiali porosi sono stati sfruttati per rimuovere il TCH dalle acque reflue, tra cui strutture metallo-organiche (MOF), materiali lignocellulosici25, caolino26, carbonio poroso27 e ossidi metallici28.

Tra gli adsorbenti sopra menzionati, i MOF sono composti da ioni o cluster metallici divergenti e ligandi organici29,30,31,32 e dimostrano proprietà uniche come elevata area superficiale, dimensione dei pori regolabile e funzionalità personalizzabili, che non hanno eguali nei materiali convenzionali. Tuttavia, la maggior parte dei MOF hanno spesso una bassa stabilità in soluzione acquosa e le loro applicazioni sono solitamente focalizzate sull'adsorbimento di molecole organiche, vettori di rilascio di farmaci, luminescenza e catalisi33,34,35. Finora sono stati riportati pochi studi sulla rimozione degli antibiotici utilizzando MOF di lantanidi36. In questo lavoro, un MOF ecologico, Eu(BTC) (BTC significa acido 1,3,5-trimesico), è stato preparato mediante una strategia semplice e impiegato per la prima volta per la rimozione del TCH dalla soluzione acquosa. La cinetica di adsorbimento del TCH e le isoterme di adsorbimento di Eu(BTC) sono state esaminate in dettaglio. Inoltre, è stata studiata a fondo anche l'influenza del valore del pH in soluzione, del tempo di adsorbimento e della concentrazione iniziale sulle prestazioni di adsorbimento del TCH di Eu(BTC). I dati di adsorbimento sono stati adattati alle equazioni di Freundlich e Langmuir per studiare il comportamento di TCH su Eu(BTC). I risultati sperimentali hanno indicato che la capacità di adsorbimento del TCH di Eu(BTC) dipendeva principalmente dall'effetto sinergico dell'interazione π-π e del chemisorbimento. La riutilizzabilità e la stabilità di Eu(BTC) in acqua sono state studiate secondo la letteratura riportata37,38,39,40. L'Eu(BTC) preparato potrebbe offrire un'alternativa promettente per la rimozione degli antibiotici dalle acque reflue.