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Jul 15, 2023

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Scientific Reports volume 13, numero articolo: 11556 (2023) Cita questo articolo 208 Accessi Dettagli metriche Questo studio fornisce una descrizione della formazione di carbone attivo drogato con azoto (NDAC)

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11556 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio fornisce una descrizione della formazione di carbone attivo drogato con azoto (NDAC) mediante un nuovo modo di impiegare farina di pesce (miscela di Atherina hepseetus e Sardina pilchardus al 60% di proteine) come drogante di azoto, ZnCl2 come agente impregnante, segatura come fonte di carbonio e acqua con un rapporto di massa (2:1:1:12), sottoposta al processo idrotermale. La miscela idrotermale è stata essiccata in forno e carbonizzata sotto un flusso di azoto per un'ora a 600, 700 e 800 °C. La caratterizzazione dell'NDAC è stata eseguita utilizzando varie analisi di tecniche analitiche. L'NDAC sintetizzato ha mostrato caratteristiche uniche come la struttura microporosa (1,84 ~ 2,01 nm), un'elevata area superficiale (437,51 ~ 680,86 m2/g), il volume dei pori totali (0,22 ~ 0,32 cm3/g) e il contenuto di azoto (12,82 ~ 13,73% ). Sono stati eseguiti test di rimozione in batch per studiare l'impatto della concentrazione iniziale degli ioni cromo (100–400 mg/L), della dose NDAC (0,5–2,5 g/L), del pH e del tempo di contatto (5–120 min). Tali caratteristiche utili dell'NDAC, in particolare dell'NDAC600, si sono rivelate adatte all'uso come eccellente adsorbente per gli ioni Cr6+ con una capacità di adsorbimento massima (Qm) (769,23 mg/g) e il più alto assorbimento di ioni cromo (81,18%) è stato ottenuto a Valore pH 1,5 a temperatura ambiente. Entrambi i modelli Halsey e Temkin si adattavano abbastanza ragionevolmente ai dati di adsorbimento. L'assorbimento di ioni cromo tossici è rappresentato al meglio con dati cinetici di velocità di pseudo-secondo ordine.

L’acqua è vita, una risorsa naturale essenziale per la sopravvivenza e la crescita degli organismi viventi. L’acqua è fortemente necessaria per soddisfare le esigenze fondamentali della popolazione, le ambizioni sociali ed economiche, l’agricoltura, l’urbanizzazione, l’industrializzazione e molti altri usi1. L’inquinamento dell’acqua, dell’aria e del suolo da parte degli ioni metallici tossici nelle aree urbane sovraffollate, dovuto alla rapida espansione delle attività industriali e all’aumento della popolazione, è diventato un problema globale2. Recentemente, nel corso del ventesimo secolo, la necessità di acqua pura sta diventando una sfida e si è sviluppata la consapevolezza di proteggere il nostro ambiente dall’inquinamento. In particolare, la crescita della contaminazione da microinquinanti inorganici come i metalli pesanti ha suscitato la preoccupazione di molti ricercatori perché sono persistenti, molto tossici e talvolta hanno un effetto mortale3.

I metalli pesanti sono, in molti casi, tossici e causano il degrado delle piante e della vita acquatica, nonché danni all’essere umano4. Negli ultimi decenni, l’esposizione a un ambiente contaminato da metalli pesanti è diventata un grave rischio ambientale in tutto il mondo4. Il cromo è un elemento naturale che si trova durante le eruzioni vulcaniche nella polvere, nelle rocce e nel suolo. L'EPA (Agenzia statunitense per la protezione dell'ambiente) ha classificato il cromo come uno degli inquinanti ambientali tossici più comuni presenti in natura5. Il cromo e i suoi composti derivano principalmente da diverse attività industriali come l'industria della pelle6,7. Ad esempio, in India, la lavorazione delle industrie conciarie ha causato un elevato impatto ambientale (2000 ~ 32.000 tonnellate/anno di Cr6+)8,9. Inoltre, il cromo è ampiamente utilizzato nella galvanica, nell'acido cromico, nei fanghi di perforazione, nei reagenti catalitici e nell'acciaio refrattario10.

Molte attività antropiche come la piantagione di metalli, il trattamento dell'acqua nelle torri di raffreddamento in varie industrie, la conservazione del legno, la produzione di pigmenti e strumenti elettrici ed elettronici hanno portato alla diffusa contaminazione di cromo esavalente (Cr6+) nella biosfera, quindi la biodisponibilità e la biomobilità del Cr6+ aumenterà11. Il cromo esiste principalmente in due stati di ossidazione, trivalente ed esavalente; gli effetti tossici del cromo sugli ecosistemi e sui loro abitanti dipendono dal suo stato di valenza12. Gli ioni Cr6+ altamente velenosi, mutageni, mobili e solubili si trovano tipicamente in associazione con l'ossigeno come cromato (CrO42–) a livelli di pH superiori a 6,5 ​​o dicromato (Cr2O72–) a bassi livelli di pH12. Mentre Cr3+ è meno tossico, è un bioelemento e solitamente si presenta come Cr(OH)2+, CrOH2+, Cr(OH)3 e Cr(OH)4–, Cr2(OH)2 e Cr3(OH)4. Tuttavia, queste attività industriali generavano grandi quantità di rifiuti solidi e liquidi ricchi di cromo, nonché emissioni atmosferiche13,14. L’esposizione grave e frequente agli ioni di cromo esavalente può causare molte malattie, come cancro ai polmoni e alla pelle15, riduzione dell’efficienza del sistema immunitario, insufficienza epatica e renale, emorragie interne e danni al DNA, ulcere nel rivestimento nasale, irritazione, anemia , ulcere allo stomaco e all'intestino tenue e altri problemi all'apparato respiratorio16. Pertanto, numerose strategie scientifiche per l’eliminazione degli ioni metallici sono state prese di mira come possibili soluzioni.