4

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7831 (2023) Citare questo articolo

626 accessi

Dettagli sulle metriche

L’inquinamento da 4-clorofenoli rappresenta un grave problema ambientale. In questo studio, viene sintetizzato carbone attivo in polvere modificato con gruppi amminici e ne viene studiata l'efficienza nella rimozione dei 4-clorofenoli dagli ambienti acquosi. La metodologia della superficie di risposta (RSM) e il design composito centrale (CCD) sono stati utilizzati per studiare l'effetto di diversi parametri, tra cui pH, tempo di contatto, dosaggio dell'adsorbente e concentrazione iniziale di 4-clorofenolo, sull'efficienza di rimozione di 4-clorofenolo. L'approccio RSM-CCD è stato implementato nel software R per progettare e analizzare gli esperimenti. L'analisi statistica della varianza (ANOVA) è stata utilizzata per descrivere il ruolo dei parametri che influenzano la risposta. Sono stati condotti studi isotermici e cinetici con tre modelli isotermi di Langmuir, Freundlich e Temkin e quattro modelli cinetici di pseudo-primo ordine, pseudo-secondo ordine, Elovich e intraparticellari in forme sia lineari che non lineari. L'adsorbente sintetizzato è stato caratterizzato mediante diffrazione di raggi X (XRD), spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) e analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM). I risultati hanno mostrato che il carbone attivo modificato sintetizzato aveva una capacità di adsorbimento massima di 316,1 mg/g e mostrava un'elevata efficienza nella rimozione dei 4-clorofenoli. Le condizioni ottimali per la massima efficienza di rimozione erano un dosaggio adsorbente di 0,55 g/L, un tempo di contatto di 35 minuti, una concentrazione iniziale di 4-clorofenolo di 110 mg/L e un pH di 3. Lo studio termodinamico ha indicato che il processo di adsorbimento era esotermico e spontaneo. L'adsorbente sintetizzato ha inoltre mostrato un'eccellente riutilizzabilità anche dopo cinque cicli successivi. Questi risultati dimostrano il potenziale del carbone attivo modificato come metodo efficace per rimuovere i 4-clorofenoli dagli ambienti acquosi e contribuire allo sviluppo di tecnologie di trattamento delle acque sostenibili ed efficienti.

Il fenolo e i suoi derivati, compresi i clorofenoli contenenti composti organici sintetici, si trovano ovunque negli effluenti di industrie come quella petrolchimica, della produzione di carbone, della gomma, della plastica, dell'acciaio e dell'alluminio. Questi composti sono importanti in termini di effetti sull'ambiente e sulla salute a causa della loro relativa stabilità nell'ambiente, resistenza alla decomposizione biologica, capacità di dissolversi in acqua e natura cancerogena1. I composti del clorofenolo possono accumularsi nei sedimenti e nella catena alimentare. Questi composti entrano nelle risorse idriche e rimangono a lungo nell'ambiente. Il 4-clorofenolo (C6H5ClO) è un tipo di clorofenolo ampiamente utilizzato nell'industria petrolchimica, insetticida, erbicida, coloranti industriali e farmaceutica2.

Il 4-clorofenolo provoca irritazione alla pelle e agli occhi attraverso il contatto con la pelle e l'inalazione a breve termine; l'esposizione a lungo termine al 4-clorofenolo provoca gravi danni al fegato, ai reni e al sistema nervoso centrale3. L'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (ICRA) ha classificato i clorofenoli nel gruppo B24 e l'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti ha fissato una soglia di fenoli inferiore a 1 parte per miliardo (ppb) nelle acque superficiali come livello di trattamento5. Il 4-clorofenolo, a causa della sua stabilità alla mineralizzazione, è difficile da trattare rispetto ad altri clorofenoli6.

Negli ultimi anni sono state utilizzate diverse tecnologie per rimuovere i 4-clorofenoli dall’acqua potabile e dalle acque reflue, tra cui l’ossidazione chimica7, la purificazione biologica5 e l’ossidazione a umido8. I metodi di ossidazione spesso producono prodotti collaterali pericolosi e quantità significative di rifiuti solidi; necessitano di elevati costi di smaltimento e rigenerazione9. L'efficienza dei processi di trattamento biologico delle acque reflue fenoliche è solitamente insoddisfacente a causa degli effetti tossici dei clorofenoli sui microrganismi, dell'incapacità dei sistemi biologici di resistere a carichi d'urto e di lunghi tempi di ritenzione9. Anche i metodi chimici richiedono investimenti elevati e aumentano il carico di sostanze chimiche solubili nelle acque reflue10,11. I metodi termici rilasciano nell'aria prodotti collaterali nocivi derivanti dalla combustione incompleta, come diossine e fumi12. Uno dei metodi più comuni sviluppati di recente per rimuovere questi composti è il carbone attivo, che è efficiente nel metodo di adsorbimento superficiale degli inquinanti13.