Miglioramento dell'efficienza di adsorbimento del cristalvioletto e del clorpirifos sull'idrogel di pectina@Fe3O4

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10764 (2023) Citare questo articolo

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Il nanoadsorbente magnetico mesoporoso a base di idrogel è stato preparato aggiungendo le nanoparticelle magnetiche Fe3O4 (MNP) preparate ex situ e l'argilla bentonitica nel substrato di idrogel di pectina reticolato tridimensionale (3D) per l'adsorbimento del pesticida e del cristallo organofosforico clorpirifos (CPF) colorante organico viola (CV). Sono stati utilizzati diversi metodi analitici per confermare le caratteristiche strutturali. Sulla base dei dati ottenuti, il potenziale zeta del nanoadsorbente in acqua deionizzata con un pH di 7 era -34,1 mV e l'area superficiale è stata misurata pari a 68,90 m2/g. La novità del nanoadsorbente idrogel preparato deve possedere un gruppo funzionale reattivo contenente un eteroatomo, una struttura porosa e reticolata che aiuta la diffusione conveniente delle molecole contaminanti e le interazioni tra il nanoadsorbente e i contaminanti, vale a dire CPF e CV. Le principali forze trainanti nell'adsorbimento da parte dell'adsorbente idrogel di pectina @ Fe3O4-bentonite sono le interazioni elettrostatiche e di legame idrogeno, che hanno portato ad una grande capacità di adsorbimento. Per determinare le condizioni ottimali di adsorbimento, sono stati studiati sperimentalmente i fattori efficaci sulla capacità di adsorbimento di CV e CPF, tra cui il pH della soluzione, il dosaggio dell'adsorbente, il tempo di contatto e la concentrazione iniziale di inquinanti. Pertanto, in condizioni ottimali, ovvero tempo di contatto (20 e 15 minuti), pH 7 e 8, dosaggio dell'adsorbente (0,005 g), concentrazione iniziale (50 mg/L), T (298 K) per CPF e CV, rispettivamente, la capacità di adsorbimento di CPF e CV era 833,333 mg/g e 909,091 mg/g. Il nanoadsorbente magnetico di pectina idrogel@Fe3O4-bentonite preparato presentava elevata porosità, area superficiale migliorata e numerosi siti reattivi ed è stato preparato utilizzando materiali economici e disponibili. Inoltre, l'isoterma di Freundlich ha descritto la procedura di adsorbimento e il modello di pseudo-secondo ordine ha spiegato la cinetica di adsorbimento. Il nuovo nanoadsorbente preparato è stato isolato magneticamente e riutilizzato per tre cicli successivi di adsorbimento-desorbimento senza una riduzione specifica dell'efficienza di adsorbimento. Pertanto, il nanoadsorbente magnetico idrogel@Fe3O4-bentonite è un promettente sistema di adsorbimento per eliminare pesticidi organofosforici e coloranti organici grazie alla sua notevole capacità di adsorbimento.

Insieme al rapido aumento della popolazione nel mondo, l’approvvigionamento alimentare è una questione importante che deve essere considerata profondamente. A questo proposito sembra inevitabile non utilizzare i parassiti delle piante in agricoltura per l’approvvigionamento alimentare. Tuttavia, questa procedura rilascia pesticidi in natura e il loro utilizzo eccessivo1,2. I pesticidi organofosforici sono classificati come pesticidi sintetici tra i vari tipi di pesticidi, che sono stati impiegati nell'agricoltura industriale e utilizzati come insetticidi e agenti nervini in molti paesi a causa delle diffuse restrizioni sull'uso dei pesticidi organoclorurati a partire dagli anni '70. Quasi il 36% del mercato mondiale totale dei pesticidi è costituito da pesticidi organofosforici3. Il clorpirifos (CPF) è un insetticida organofosfato clorurato ad elevata cristallinità, prodotto e utilizzato in tutto il mondo dal 1965 in varie forme, ovvero liquido, gel, pellet, polveri bagnabili, ecc.4,5. Il desiderio del pubblico di utilizzare il pesticida CPF è legato a due ragioni principali, una è la sua economicità e l'altra è la sua facile accessibilità6. La durabilità nel tempo del CPF è attribuita alle sue caratteristiche fisico-chimiche e strutturali. Il CPF è un materiale non polare e poco solubile in acqua con una maggiore ripartizione dai solventi acquatici ai solventi organici. A causa della soppressione dell'enzima acetilcolinesterasi, simile ad altre forme organofosfate, si verificano effetti tossici CPF, che potrebbero causare vari effetti neurocomportamentali7,8. Grazie a una nuova affermazione, i ricercatori hanno considerato diversi effetti del CPF sulle cellule bersaglio.

1, the CPF and CV’s adsorption at high concentrations on the adsorption surface is favorable17. For the Temkin isotherm (Eq. (6)), R represents the universal gas constant, T (K) stands for the temperature, bT is ascribed to the adsorption heat, and KT (L.mg−1) is the constant of the Temkin model. In Eqs. (7), (8) for Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherm model, qs (mg P/g) is adsorption capacity-related Dubinin-Radushkevich (D-R)’s constant, KDR (mol2/kJ2) stands for adsorption’s average free energy, R (J/mol K) stands for the gas constant, and T (K) is the temperature. According to the charts of the Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms in Fig. 10a–d, respectively, and based on the data presented in informative Table 3, obtained from Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms, Freundlich isotherm well matches the experimental information compared to Langmuir, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms for CPF and CV. The adsorption kinetics linear plots and the computed CPF and CV contaminants’ parameters were exhibited in Fig. 10e–g. Regarding the R2 term, which is corresponded to the correlation coefficient and various amounts of Qe,experimental, and Qe,calculated for CPF and CV pollutants, pseudo-second-order models described the adsorption kinetics. Besides, the R2 term was reported to be 0.9972 and 0.9987 for CPF and CV, respectively, indicating a close value to the unit that matched the pseudo-second-order kinetics model compared to the R2 term calculated from the pseudo-second-order (CPF: 0.9867, CV: 0.9103) and Elovich (CPF: 0.9155, CV: 0.9031) model. Moreover, Table 4 compares CPF and CV’s adsorption capacity on the prepared pectin hydrogel@Fe3O4-bentonite nanoadsorbent with other adsorbents reported in prior studies. Among all of the described adsorbents investigated previously, the prepared pectin hydrogel@Fe3O4-bentonite nanoadsorbent demonstrated a desirable Qmax. Various physicochemical characteristics of the prepared nanoadsorbent, such as facile contaminant diffusion into the 3D cross-linked network and mesoporous structure of the magnetic hydrogel-based nanoadsorbent, a large surface area mainly owed to the bentonite addition, numerous adsorption reactive sites, such as hydroxyl and carboxylate groups, and nanosized Fe3O4 NPs are some of the reasons that cause a great Qmax amount. Therefore, the prepared pectin hydrogel@Fe3O4-bentonite nanoadsorbent is recommended for adsorbing the organophosphorus pesticide and toxic dye pollutants from wastewater./p>