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Jun 02, 2024

Adsorbimento migliorato

Scientific Reports volume 12, Numero articolo: 17054 (2022) Cita questo articolo 1722 Accessi 9 Citazioni 1 Altmetric Dettagli metriche Scarico improprio di batterie a secco esauste e non trattate

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 17054 (2022) Citare questo articolo

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Lo scarico improprio nell’ambiente delle batterie a secco usate e degli effluenti carichi di antibiotici non trattati rappresenta una seria minaccia per il sostentamento dell’ecosistema. In questo studio, la sintesi del nanocomposito ridotto di ossido di grafene-ZnO (rGO-ZnO) è stata ottenuta tramite un processo di bioriduzione utilizzando una batteria a secco di scarto come precursore dell'ossido di grafene (GO). Il nanocomposito è stato applicato nella degradazione fotocatalitica ultravioletta del cloramfenicolo (CAP) a 290 nm in presenza di perossido di idrogeno. Il nanocomposito RGO-ZnO è stato caratterizzato da SEM, TEM, XRD, BET e FTIR. L'immagine TEM del nanocomposito ha rivelato un ossido di zinco quasi sferico polidisperso su una superficie di ossido di grafene ridotta e grossolana. I modelli XRD hanno mostrato fasi esagonali di wurtzite cristallina nitide e prominenti di ZnO e rGO. L'area superficiale BET del nanocomposito era di 722 m2/g con una dimensione dei pori di 2 nm e un volume dei pori di 0,4 cc/g. La percentuale di efficienza della fotorimozione aumentava con l'aumentare del tempo di irradiazione ma diminuiva a pH, temperatura e concentrazione di CAP più elevati. Il processo di adsorbimento fotocatalitico si adatta in modo più accurato al modello di Freundlich (R2 = 0,99) indicando un meccanismo di adsorbimento multistrato. Dopo il trattamento con il nanocomposito è stata ottenuta una riduzione del 92,74% del livello di domanda chimica di ossigeno (COD) degli effluenti veterinari, affermando così la sua efficacia in campioni reali di acque reflue.

Fin dalla loro scoperta iniziale, avvenuta diversi decenni fa, gli antibiotici hanno trovato utili applicazioni nella cura umana e animale per scopi di prevenzione, trattamento e miglioramento della crescita1. Diversi antibiotici utilizzati per questi scopi includono azitromicina, cloramfenicolo, tetraciclina, streptomicina, ecc. Tuttavia, negli ultimi anni, gli antibiotici e i loro residui sono entrati nell'ambiente attraverso impianti di produzione, impianti di trattamento delle acque reflue, ospedali, discariche, ecc. dove ora sono emersi come un importante gruppo di inquinanti ambientali2. Sono stati riscontrati livelli diversi di residui di antibiotici negli effluenti farmaceutici e agricoli con i conseguenti effetti tossici sugli organismi acquatici e terrestri2.

Processi di ossidazione avanzati come la fotocatalisi omogenea/eterogenea basata su semiconduttori, la sonocatalisi, il fenton, l'ossidazione elettrochimica, l'ozonizzazione, ecc. hanno guadagnato enorme attenzione negli ultimi decenni per il trattamento degli effluenti farmaceutici e agricoli grazie ai loro numerosi vantaggi tra cui l'economicità, tempo e capacità di degradare gli inquinanti organici e inorganici in sostanze meno tossiche3,4,5,6,7. Semiconduttori come solfuro di cadmio (CdS), solfuro di zinco (ZnS), ossido ferrico (Fe2O3), ossido di titanio (TiO2) e nanoparticelle di ossido di zinco (ZnO) possono funzionare come sensibilizzatori per reazioni redox a luce ridotta attraverso la generazione di specie ossidative reattive compresi radicali idrossilici, perossido di idrogeno e anioni superossido8.

L'ossido di zinco è un semiconduttore composto II-VI. Possiede una banda proibita di 3,4 eV e una lunghezza d'onda di 387 nm e può essere eccitato nella regione ultravioletta (UV) dello spettro elettromagnetico9. Le nanoparticelle di ossido di zinco sono state ampiamente utilizzate negli agenti antimicrobici, nelle applicazioni di rilevamento dei gas e, soprattutto, nel trattamento fotocatalitico delle acque reflue a causa del costo di produzione relativamente economico, delle condizioni di reazione blande10,11, ecc.

Al contrario, alcuni problemi spesso riscontrati con i fotocatalizzatori a semiconduttore includono un intervallo di assorbimento ristretto, fotocorrosione, ricombinazione della coppia elettrone-lacuna, fotoinstabilità in mezzo acquoso, ampio gap di banda che richiede un'enorme energia di attivazione, ecc.11,12. L'integrazione di materiali grafitici (ossido di grafene ridotto) si è rivelata efficace nel prevenire la ricombinazione delle coppie elettrone-lacuna, nel miglioramento del trasporto dei portatori di carica nei semiconduttori, nel miglioramento della capacità di adsorbimento, della conduttività e delle attività fotocatalitiche complessive13,14.