Colágeno híbrido

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13365 (2023) Citar este artigo

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A poluição da água causada por corantes sintéticos e derramamentos de óleo tem um impacto significativo no meio ambiente e nas espécies vivas. Aqui, desenvolvemos um nanocompósito de bioesponja magnética híbrida de baixo custo, ecologicamente correto e facilmente biodegradável a partir de recursos renováveis, como colágeno e celulose (fibra Kenaf celulose-colágeno, KFCC). Nós o carregamos com NPs bimetálicos magnéticos Fe3O4@TiO2 (BFT) para produzir um material fotocatalisador (KFCC-BFT) para o tratamento de águas residuais coloridas, bem como um sorvente para separação óleo-água. A caracterização dos NPs bimetálicos de BFT por DRX, HRTEM e VSM mostrou a deposição de partículas de TiO2 na superfície de Fe3O4 com espaçamento intercamadas de 0,24 e 0,33 nm para Fe3O4 e TiO2, respectivamente com propriedade ferromagnética. O resultado dos espectros de refletância difusa UV-vis indicou que a energia do band gap das bioesponjas diminui com o aumento da porção bimetálica. A eficiência fotocatalítica da bioesponja híbrida magnética preparada na degradação do corante cristal violeta foi de até 91,2% sob condições de luz visível e 86,6% sob exposição direta à luz solar. Além disso, a bioesponja híbrida magnética foi utilizada para separar óleo de motor da água (> 99%) e apresentou alta capacidade de sorção de óleo de 46,1 g/g. A investigação do desempenho da reciclabilidade e reutilização durante 9 ciclos revelou que a bioesponja tinha uma elevada capacidade de sorção até 5 ciclos. Nossos resultados sugerem que o nanocompósito híbrido BFT suportado por biopolímero é um fotocatalisador econômico e facilmente biodegradável e tem grande potencial para aplicações de remediação ambiental em campo real.

A poluição ambiental, predominantemente a poluição da água, é atualmente uma grande ameaça global que impõe graves riscos à saúde humana e aos ecossistemas. A poluição da água é uma grave preocupação para todas as partes interessadas, incluindo a sociedade, as autoridades públicas e as indústrias1. O rápido desenvolvimento de indústrias como a têxtil, o couro, as tintas, o papel, a impressão e o plástico, bem como o petróleo e o gás offshore, leva ao aumento da descarga de vários poluentes na água2. Um dos poluentes mais comuns são os poluentes orgânicos, como corantes orgânicos, agroquímicos, fenóis, cosméticos, resíduos farmacêuticos e petroquímicos, que são muito perigosos para os organismos aquáticos e danificam ecossistemas inteiros devido à redução da quantidade de oxigênio dissolvido na água em seu processo de decomposição oxidativa3,4. Entre vários poluentes orgânicos, os corantes solúveis e os óleos insolúveis estão causando graves danos ao ecossistema. Os corantes sintéticos são os mais utilizados nas indústrias e são compostos por moléculas poliaromáticas contendo uma ou mais ligações azo N=N–) que conferem cor permanente aos materiais. A aplicação de corantes sintéticos é diversificada, desde indústrias têxteis e de tintas até indústrias de couro5,6,7. Os corantes sintéticos não utilizados presentes na água são tóxicos, cancerígenos e mutagênicos e podem afetar o ambiente aquático e os seres humanos, mesmo em baixas concentrações5,6. É um desafio remover completamente os poluentes coloridos da água usando técnicas tradicionais de tratamento de águas residuais, como absorção e oxidação8,9.

Em geral, os efluentes contendo contaminantes solúveis, sólidos, colóides, matéria orgânica e minerais são removidos através de diversas técnicas físicas, químicas e/ou biológicas10. Para a remoção de contaminantes orgânicos de efluentes contaminados, são populares técnicas convencionais de tratamento de água, como flotação de ar, precipitação, coagulação, oxidação, adsorção, troca iônica, filtração por membrana, etc. Cada método de tratamento tem suas próprias vantagens e limitações, como custos operacionais, eficiência, funcionalidade, confiabilidade, impressão ecológica, requisitos de pós-tratamento e também a criação de lodo e subprodutos tóxicos. Para intensa degradação fotocatalítica tem sido considerada uma abordagem eficaz e avançada para remover os corantes das águas residuais devido às suas vantagens como baixo custo, degradação não seletiva e operação com tecnologia de separação convencional sem poluição secundária adicional . Entre os diferentes fotocatalisadores semicondutores desenvolvidos para a remoção de contaminantes orgânicos em águas residuais, as nanopartículas de TiO2 (NPs) têm sido amplamente utilizadas devido à não toxicidade, baixo custo e disponibilidade, excelente estabilidade química e térmica, alta atividade catalítica e excelentes propriedades de transporte . ,16. No entanto, os NPs de TiO têm algumas desvantagens que restringem seu uso real em campo como fotocatalisadores para tratamento de águas residuais, incluindo aglomeração, a alta taxa de recombinação de pares elétron-buraco fotogerados e recuperação difícil devido a tamanhos menores de partículas . Além disso, a grande energia intrínseca do bandgap (3,23 eV) limita o uso de NPs de TiO para aplicações de irradiação solar . NPs bimetálicos de Fe3O4@TiO2 (BFT) foram extensivamente investigados para superar o problema de separação ou recuperação do TiO221. Os fotocatalisadores magnéticos baseados em NPs de Fe3O4 fornecem um método praticável em campo real para recuperar partículas magnéticas do meio de reação, bem como possível reutilização do catalisador. Além disso, NPs magnéticos de Fe3O4 possuem magnetismo superior, excelente compatibilidade, baixa citotoxicidade apesar de alta carga e podem acelerar a transferência de elétrons fotoinduzidos entre (Fe3+, Fe2+) para aumentar a atividade fotocatalítica do TiO222,23.