Síntese fácil de nanocompósitos magnéticos funcionalizados por superfície para adsorção efetivamente seletiva de corantes catiônicos

Resumo

Um novo nano-adsorvente magnético, Fe ₃ modificado com polycatecol O ₄ nanopartículas magnéticas (Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs) foram preparados por um método fácil de coprecipitação química usando sais de ferro e solução de catecol como precursores. Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs possuíam superfície carregada negativamente com grupos contendo oxigênio e mostraram uma forte capacidade de adsorção e taxas de adsorção rápidas para a remoção de corantes catiônicos em água. A capacidade de adsorção de azul de metileno (MB), azul turquesa catiônico GB (GB), verde malaquita (MG), violeta cristal (CV) e rosa catiônico FG (FG) foi de 60,06 mg g ^{- 1} , 70,97 mg g ^{- 1} , 66,84 mg g ^{- 1} , 66,01 mg g ^{- 1} e 50,27 mg g ^{- 1} , respectivamente. O mecanismo de adsorção foi proposto pela análise das isotermas de adsorção e cinética de adsorção de corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Além disso, os corantes catiônicos adsorvidos nos MNPs em função do tempo de contato, valor de pH, temperatura, íons catiônicos coexistentes e força iônica também foram investigados. Esses resultados sugerem que o Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs é promissor para ser usado como um adsorvente magnético para adsorção seletiva de corantes catiônicos no tratamento de águas residuais.

Histórico

Os resíduos inorgânicos e orgânicos produzidos pelas atividades humanas resultaram em grandes volumes de águas contaminadas que ameaçam a saúde dos seres humanos e de outros organismos vivos [1]. A poluição das águas é um dos mais graves problemas ambientais da atualidade, o que dificulta o desenvolvimento da sociedade humana [2, 3]. Em particular, os corantes poluentes têm atraído grandes preocupações do público por causa da alta visibilidade e do impacto tóxico sobre os organismos biológicos e a ecologia [4]. Os corantes orgânicos têm sido amplamente utilizados em vários ramos, tais como têxteis, papel, impressão, fotografia a cores, indústria farmacêutica, couro, cosméticos, plásticos e outras indústrias, que têm sido as principais fontes de águas residuais industriais [5]. A quantidade de efluente de tintura é extremamente grande, geralmente, o volume de efluente descartado de cada etapa de uma operação têxtil é aproximadamente a uma taxa elevada de entre 40 L / kg e 65 L / kg do produto [6]. Além disso, os corantes são substâncias não biodegradáveis que permanecem estáveis em diferentes condições devido à sua origem sintética e estruturas aromáticas complexas [7]. Portanto, é necessário selecionar um método apropriado para remover corantes de águas residuais antes de descartá-los no meio ambiente.

Nos últimos anos, uma variedade de técnicas foi usada para tratar efluentes de tintura, incluindo degradação fotocatalítica [8], coagulação [9], processos eletroquímicos [10], oxidação química [11], filtração por membrana [12], tratamento biológico [13] e adsorção [14]. Dentre essas técnicas de tratamento de efluentes de tingimento, a adsorção tem sido amplamente utilizada devido aos seus méritos de simplicidade, alta eficiência e economia [15, 16]. Muitos adsorventes, como carvão ativado, caulim, argila montmorilonita, lama vermelha residual, terra cheia e argila queimada, foram relatados para descolorir águas residuais [17, 18]. Especialmente, nanopartículas magnéticas (MNPs) têm atraído considerável atenção como materiais adsorventes para corantes orgânicos e metais pesados, devido às suas propriedades magnéticas únicas, baixo custo, biocompatíveis, facilmente sintetizáveis, prontamente recicláveis, particularmente econômicos e ecologicamente corretos [19]. Vários métodos foram desenvolvidos para sintetizar Fe ₃ magnético O ₄ nanopartículas, incluindo i) coprecipitação de solução aquosa ferrosa e férrica na presença de uma base [20]; ii) decomposição térmica de um complexo de ferro [21]; iii) abordagem sonoquímica [22].

Por causa de suas altas energias de superfície e interações magnéticas intrínsecas, fácil agregação de Fe ₃ O ₄ Os MNPs reduziriam sua relação superfície / volume e estabilidade de dispersão em solução aquosa [23]. Os estabilizantes como surfactantes, suportes, óxidos ou compostos poliméricos têm sido usados para modificar Fe ₃ O ₄ MNPs para aumentar sua estabilidade e melhorar sua dispersão. Zhang et al. Fe magnético sintetizado ₃ O ₄ / C core shell nanopartículas e usadas como absorventes com boa capacidade de adsorção para remoção de corantes [24]. Wang et al. preparado Fe ₃ O ₄ nanopartículas com brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) assistente para remoção por adsorção de vermelho do congo (CR) e azul de metileno (MB) [25]. Além disso, a capacidade de adsorção de Fe puro ₃ O ₄ MNPs não é forte o suficiente.

A fim de melhorar a propriedade de adsorção, funcionalização da superfície de Fe ₃ O ₄ MNPs foi estudado. Zhang et al. Fe modificado ₃ O ₄ MNPs com 3-glicidoxipropiltrimetoxissilano (GPTMS) e glicina (Gly), os nanocompósitos magnéticos podem remover corantes aniônicos e catiônicos em ambiente severo (altamente ácido ou alcalino forte) [26]. Além disso, a adsorção seletiva pode ser muito melhorada para o enriquecimento de poluentes devido à introdução de um grande número de sítios ativos. Pourjavadi et al. relataram um novo nanocompósito magnético funcionalizado de poli (metilacrilato) para a remoção eficiente de corantes aniônicos de meios aquosos [27]. O polcatecol, resultante da polimerização do catecol catalisado por Fe (III) [28,29,30], tem sido explorado em modificações de superfície como adesivos e revestimentos em uma ampla gama de materiais orgânicos e inorgânicos devido às suas propriedades estruturais e térmicas únicas. , e a capacidade de formar complexos estáveis com óxidos de metal [31, 32]. Isso significa que Fe ₃ O ₄ MNPs modificados com polycatechol aumentarão significativamente a capacidade de adsorção de Fe ₃ O ₄ MNPs. No entanto, não há nenhum relatório sobre o Fe ₃ modificado com polycatechol O ₄ MNPs como um absorvente para a remoção de corantes, de longe.

Neste trabalho, o polycatechol modificou Fe ₃ O ₄ MNPs (Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs) foram preparados por um método de coprecipitação fácil e usados como adsorventes para remoção de corante. O absorvente foi caracterizado por loops de histerese magnética, análise termogravimétrica e técnica de análise de potencial zeta. Cinco tipos de corantes catiônicos, incluindo azul de metileno (MB), azul turquesa catiônico GB (GB), verde malaquita (MG), violeta cristal (CV) e rosa catiônico FG (FG), foram escolhidos como os compostos modelo para expor a adsorção comportamento de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. A cinética de adsorção, as análises de isoterma e o efeito de diferentes condições experimentais na remoção de corantes catiônicos também foram investigados.

Métodos

Materiais

Cloreto férrico (FeCl ₃ · 6H ₂ O), sulfato ferroso (FeSO ₄ · 7H ₂ O), hidróxido de amônio (NH ₃ · H ₂ O, 25%), MB, GB, MG, CV, FG, Orange ΙΙ, Fuchsin, metil laranja (MO) e catecol foram obtidos de Chuandong Chemical Inc., Chengdu, Sichuan, China. Todos os produtos químicos eram de grau analítico e usados sem purificação adicional e todas as soluções e suspensões foram preparadas com água desionizada. As estruturas de cinco corantes catiônicos, incluindo MB, GB, MG, CV e FG, são mostradas na Fig. 1.

Estruturas moleculares de ( a ) MB ( b ) GB ( c ) MG ( d ) CV ( e ) FG. Conforme mostrado na Fig. 1, a estrutura de cinco tipos de corantes catiônicos é descrita

Preparação e caracterização de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs

Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs foram preparados por um método fácil de coprecipitação química usando sais de ferro e catecol como precursores [23]. Todo o processo de síntese foi realizado em atmosfera ambiente. Em resumo, FeCl ₃ · 6H ₂ O (10 mmol) e FeSO ₄ · 7H ₂ O (5 mmol) foram dissolvidos em 75 mL de água desionizada, em seguida, misturados com 75 mL de catecol (20 mM) suficientemente. Quando o catecol foi misturado à solução de ferro (pH 2,87), a polimerização do catecol catalisada por Fe ³⁺ aconteceu, formando polcatecol, que foi precipitado preto grosso [30]. Simultaneamente, Fe ³⁺ Os íons foram adsorvidos quimicamente no polcatecol por meio de complexação e serviram como precursores de nucleação. A mistura permaneceu em repouso por 30 min e então foi adicionada a 100 mL de hidróxido de amônio (3,3 M) rapidamente, envelhecendo por 120 min sob agitação vigorosa. As nanopartículas magnéticas in situ cresceram para formar agregações na superfície das cadeias de polcatecol. Casais de Fe ₃ O ₄ / Cadeias PCC combinadas entre si para formar Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Todos os processos de síntese foram realizados em atmosfera ambiente, sem qualquer atmosfera protetora. As nanopartículas magnéticas pretas foram separadas por um ímã externo e lavadas com água deionizada até pH neutro e secas em estufa a vácuo a 50 ° C por 24 h. Fe ₃ O ₄ Os MNPs foram sintetizados com os mesmos procedimentos mencionados acima, sem adição de catecol. Todos os produtos foram armazenados em dessecador à temperatura ambiente para realização dos experimentos.

As propriedades magnéticas foram medidas à temperatura ambiente em um sistema de medição de propriedades magnéticas (MPMS XL-7, Quantum Design, America). A análise termogravimétrica (TGA) foi realizada para amostras de pó usando um analisador termogravimétrico TGA / DSC 1 (TGA) (Mettler-Toledo, Suíça) sob N ₂ ambiente a uma taxa de aquecimento de 5 ° C min ^{- 1} . Os potenciais zeta de suspensões de catalisador em diferentes pH foram determinados por um Malvern 3000 Zetasizer.

Experimentos de adsorção em lote

Experimentos de isoterma de sorção foram realizados agitando 25 mg Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs em 25 mL de solução com adsorbatos variados, com concentração inicial de adsorbato variando de 0,02 mM a 0,4 mM. A mistura foi agitada continuamente em um agitador a 180 rpm sob temperatura controlada de 30 ° C até atingir o equilíbrio. O pH da solução foi ajustado usando 1,0 M H ₂ SO ₄ ou soluções de NaOH 1,0 M. Após a adsorção, o adsorvente foi separado da solução sob magnetismo e, em seguida, o líquido sobrenadante foi medido na absorbância máxima de cada corante por espectrofotômetro UV-vis.

Além disso, a cinética de adsorção dos processos foi estudada. 100 mg Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs foram suspensos em 100 mL de soluções 0,1 mM de adsorbatos e, em seguida, agitados a 180 rpm sob pH 6,0 e 30 ° C. Em diferentes intervalos de tempo, 0,5 mL da amostra da suspensão foi retirado e imediatamente separado por um magnetismo externo e o líquido sobrenadante foi coletado para análise.

As influências do valor do pH e da temperatura na adsorção de corantes catiônicos também foram estudadas. O experimento de adsorção em lote típico foi realizado da seguinte forma:50,0 mg de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs foi disperso em 50,0 mL de solução de corantes catiônicos e, em seguida, foi agitado em um agitador com uma velocidade de 180 rpm.

Todos os experimentos de adsorção foram realizados em duplicata. A capacidade de adsorção de cada corante no sistema de adsorção, q _e , foi calculado de acordo com a Eq. (1):
$$ {q} _e =\ left ({C} _i- {C} _e \ right) \ V / {M} _s $$ (1)
Onde q _e (mg g ^{- 1} ) é a capacidade de adsorção, C _e (mM) é a concentração de equilíbrio na fase aquosa, Ci (mM) é a concentração inicial da fase aquosa, V (L) é o volume da solução e M _s (g) é a massa do adsorvente sólido.

Resultados e discussão

Caracterização de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs

A Figura 2a mostra os loops de histerese magnética determinados à temperatura ambiente para Fe ₃ O ₄ e Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Os valores de magnetização de saturação de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs eram 53,5 emu g ^{- 1} , maior do que Fe ₃ O ₄ (49.6 emu g ^{- 1} ), sugerindo que eles poderiam ser facilmente separados por um campo magnético externo [33]. O tamanho da partícula, fenômeno de spin canting, efeito do tamanho, entre outros, estão relacionados à magnetização de saturação das nanopartículas de ferrita [34]. A modificação do polycatechol torna o Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs muito maiores em cristalização e menores em tamanho de partícula do que Fe ₃ O ₄ MNPs, que podem resultar em maior magnetização de saturação de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs do que Fe ₃ O ₄ MNPs. Além disso, maior magnetização de saturação do Fe ₃ preparado O ₄ / PCC MNPs também podem ser atribuídos ao efeito de superfície, às vezes chamado de “superfície morta”. A superfície morta está associada ao distúrbio de rotação da superfície [35].

a Comportamento de magnetização de Fe ₃ O ₄ MNPs e Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs à temperatura ambiente. b Curvas de termogravimetria (TGA) de Fe ₃ O ₄ MNPs e Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. c potenciais zeta de Fe ₃ O ₄ / Nanopartículas magnéticas de PCC. Na Fig. 2, as linhas em branco representam a natureza do Fe ₃ O ₄ MNPs e as linhas vermelhas são em nome da propriedade de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs

Os comportamentos térmicos do Fe ₃ O ₄ e Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs foram investigados adicionalmente por análise termogravimétrica (TGA) (Fig. 2b). Para a curva TGA de Fe ₃ O ₄ MNPs, a perda de peso (6,5%) abaixo de 150 ° C foi devido à perda de água fisicamente adsorvida. Para a curva de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs, a perda de peso (5,2%) abaixo de 150 ° C foi devido à perda de água fisicamente adsorvida, a perda de peso (9,4%) de 150 ° C a 400 ° C foi atribuída à perda de funcional contendo oxigênio grupos, a perda de peso (6,8%) de 400 ° C a 800 ° C foi atribuída principalmente à queima de carbono, e um ligeiro ganho de peso (2,3%) acima de 800 ° C foi devido à oxidação de Fe ₃ O ₄ para γ-Fe ₂ O ₃ [36]. The Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs exibiram uma estabilidade térmica inferior em vez de Fe ₃ O ₄ , devido à modificação do polcatecol [37].

A Figura 2c mostra os potenciais zeta do Fe ₃ O ₄ e Fe ₃ O ₄ / Suspensões de PCC em vários valores de pH. Conforme mostrado na Fig. 2c, o ponto isoelétrico de Fe ₃ O ₄ era 4,2, enquanto a superfície de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs possuíam cargas negativas na faixa de pH de 3,0–10,0, o que poderia ser devido à eletronegatividade do grupo hidroxila fenólico no polcatecol. Além disso, a densidade de carga superficial de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs aumentaram com o aumento do pH de 3,0 para 10,0. As cargas negativas de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs também impediu a aglomeração de nanopartículas.

Adsorção seletiva de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs

As propriedades de adsorção do Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs para corantes catiônicos, corantes aniônicos e fenol de solução aquosa foram investigados em detalhes. A Figura 3 mostra as eficiências de remoção de MB como um tipo de corante catiônico, MO como um tipo de corante aniônico e fenol adsorvido em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Observou-se que a eficiência de remoção do MB foi de 75,7%. No entanto, a eficiência de remoção de MO foi de apenas 10,9% e a eficiência de remoção de fenol foi de apenas 1,5%. Os resultados indicaram que o Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs adsorvidos seletivamente corante catiônico, devido à interação eletrostática (Fig. 2c).

A eficiência de remoção de MB, MO e telefone adsorvidos por Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Conforme mostrado na Fig. 3, a linha em branco representa a eficiência de remoção de MB, a linha vermelha referente à remoção de MO e a linha azul representa a remoção de fone

Cinética de adsorção de corantes catiônicos

Cinética de adsorção de cinco corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs foram estudados usando dois modelos cinéticos, a saber, o modelo de pseudo-primeira ordem e o modelo de pseudo-segunda ordem (Fig. 3). No modelo cinético de pseudo-primeira ordem, a constante de taxa de adsorção de corantes é expressa como [38]:
$$ Ln \ left ({q} _e- {q} _t \ right) =\ mathit {\ ln} \ left ({q} _e \ right) \ hbox {-} {k} _1 \ t $$ ( 2)
onde q _e e q _t são as quantidades de corantes adsorvidas (mg g ^{- 1} ) em equilíbrio e a qualquer momento t (min), respectivamente, e k ₁ é a constante de taxa de adsorção de pseudo-primeira ordem (min ^{- 1} )

O modelo cinético de pseudo-segunda ordem é descrito pela fórmula [39]:
$$ t / {q} _t =1 / {k} _ {ad} \ {q_e} ^ 2 + 1 / {q} _e $$ (3)
Onde q _e e q _t são, respectivamente, a quantidade de corantes adsorvidos no equilíbrio e tempo t (mg g ^{- 1} ); e k _anúncio é a constante de taxa de pseudo-segunda ordem para o processo de adsorção (mg g ^{- 1} min ^{- 1} ) Os valores dos parâmetros para cada modelo foram calculados a partir do método dos mínimos quadrados lineares e os coeficientes de correlação foram apresentados na Tabela 1. Os resultados mostraram que toda a cinética de adsorção desses cinco corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs podem ser bem descritos pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem com alto coeficiente de correlação (R ² > 0,997) e as constantes de taxa ( k _anúncio ) foram calculados para 0,043, 0,047, 0,051, 0,057, 0,052 g mg ^{- 1} mL ^{- 1} , correspondendo a MB, GB, MG, CV e FG, respectivamente (Fig. 4 e Tabela 1). Além disso, a capacidade de adsorção de MB em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs foi significativamente melhorado, em comparação com Fe ₃ O ₄ MNPs (Arquivo adicional 1:Figura S1). O principal motivo foram as atrações eletrostáticas entre a carga positiva dos corantes catiônicos e a carga negativa do Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs.

Adsorção de corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs ( a ) cinética de pseudo-segunda ordem ( b ) cinética de pseudo-primeira ordem. Conforme mostrado na Fig. 4, a linha em branco representa a adsorção de MB, a linha vermelha representa a adsorção de GB, a linha azul representa a adsorção de MG, o magenta representa a adsorção de CV e a azeitona está em nome da adsorção de FG

Isotermas de adsorção de diferentes corantes catiônicos

A isoterma de adsorção desempenhou um papel significativo na avaliação das propriedades de adsorção de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs [40]. Para descrever o processo de adsorção completamente, duas equações isotérmicas bem conhecidas, equações de Langmuir e Freundlich (Eqs. (4) e (5)), foram aplicadas [41].

Equação de Langmuir:
$$ {C} _e / {q} _e ={C} _e / {q} _m + 1 / {K} _L \ {q} _m $$ (4)
onde q _e (mg g ^{- 1} ) é a capacidade de adsorção de equilíbrio do corante no adsorvente; C _e (mg L ^{- 1} ) é a concentração de equilíbrio do corante em solução; q _m (mg g ^{- 1} ), a capacidade máxima do adsorvente; e K _L (L mg ^{- 1} ), a constante de Langmuir.

Equação de Freundlich:
$$ {q} _e ={K} _F \ {C_e} ^ {1 / n} $$ (5)
Onde q _e e C _e são definidos para serem iguais aos anteriores; K _F (L mg ^{- 1} ) é a constante de Freundlich; e n é o fator de heterogeneidade.

A Figura 5 mostra as isotermas de adsorção de corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Os resultados indicaram que a adsorção dos cinco corantes catiônicos se ajustou melhor com a equação de Langmuir do que com a equação de Freundlich de acordo com os coeficientes de correlação. As capacidades máximas de adsorção ( q _m ) para esses corantes foram calculados pela equação de Langmuir que foram listados na Tabela 2. O q _m para corantes catiônicos:MB, GB, MG, CV e FG foram 60,06, 70,97, 66,84, 66,01 e 50,27 mg g ^{- 1} , respectivamente. O modelo de Langmuir ajustado assumiu que o único poluente se ligou a um único local no adsorvente e que todos os locais da superfície nos adsorventes tinham a mesma afinidade para o poluente e nenhuma interação entre o poluente [42].

a Isotermas de adsorção de corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs ( b ) Langmuir e ( c ) Modelos de isotermas de adsorção de Freundlich para corantes orgânicos por Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Conforme mostrado na Fig. 5, a linha em branco representa a adsorção de MB, a linha vermelha representa a adsorção de GB, a linha azul representa a adsorção de MG, a linha magenta representa a adsorção de CV e a linha verde-oliva está em nome de a adsorção de FG

Efeito da temperatura na adsorção de corantes catiônicos

O efeito da temperatura na adsorção de corantes catiônicos foi mostrado na Fig. 6. Como pode ser visto, a eficiência de remoção de MB aumentou com o aumento da temperatura (30-45 ° C), e atingiu até 84% a 45 ° C , que sugeriu que a adsorção de MB em Fe ₃ O ₄ / PCC era um processo endotérmico. Enquanto a eficiência de remoção de GB e CV diminuiu com o aumento da temperatura, sugerindo uma reação exotérmica para a adsorção de GB e CV, o que indicou que os processos de sorção foram principalmente de adsorção física. Além disso, a temperatura da reação teve pouco efeito na adsorção de WG e FG. O efeito da temperatura de reação na adsorção de cinco corantes catiônicos foi diferente, principalmente por causa da estrutura diferente dos corantes e do orifício dos MNPs. Quando os orifícios dos MNPs são muito pequenos para serem penetrados, as moléculas de adsorvato precisam passar pela barreira alta para entrar no orifício. Como os furos são pequenos e a difusão é bloqueada, o processo de adsorção é mais instável, resultando em maior energia e o processo é endotérmico. Caso contrário, o processo é exotérmico.

Efeito da temperatura na adsorção de corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Conforme mostrado na Fig. 6, a linha em branco representa que a temperatura é de 30 ° C, a linha vermelha correspondente a 40 ° C e a linha azul representa a temperatura de 45 ° C

Efeito do pH na adsorção de corantes catiônicos

O pH da solução aquosa foi um fator importante que afeta o processo de adsorção do corante, pois influencia a carga superficial de um adsorvente e o comportamento de ionização do adsorvente e do corante [43]. O efeito do pH na remoção de corantes catiônicos foi estudado em uma concentração de corante de 0,1 mM a 30 ° C e em valores de pH de 3,0 a 9,0. Conforme mostrado na Fig. 7, a eficiência de remoção de corantes catiônicos aumentou com o aumento do valor de pH. Porque o Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs possuíam carga negativa e sua densidade de carga superficial aumentou com pH mais alto (Fig. 2c), os corantes catiônicos foram adsorvidos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs através das atrações eletrostáticas entre a carga positiva de moléculas de corantes catiônicos e a carga negativa de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Conforme o pH aumenta, a atração eletrostática entre a superfície carregada negativamente do Fe ₃ O ₄ / O compósito de PCC e a molécula de corante catiônico aumentaram, resultando no aumento da capacidade de adsorção de corantes catiônicos. Portanto, o pH elevado ajudou na remoção de corantes catiônicos por Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs.

Efeito do pH inicial na remoção de corantes catiônicos em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs a temperatura é 30 ° C. Como mostrado na Fig. 7, a linha em branco representa que o pH da solução é 3,0, a linha vermelha correspondente ao pH da solução é 6,0 e a linha azul representa que o pH da solução é 9,0

Efeito da coexistência de cátions na adsorção MB

Os efluentes do corante sempre contiveram uma grande variedade de íons coexistentes, o que pode afetar o processo de adsorção do corante [4]. Neste estudo, três sais comumente coexistentes, NaCl, MgSO ₄ e FeCl ₃ foram selecionados para estudar o efeito de cátions coexistentes e sua força iônica na adsorção de MB em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs com os resultados apresentados na Fig. 8. Como pode ser visto, Na ⁺ , Mg ²⁺ e Fe ³⁺ toda a adsorção de MB suprimida devido à adsorção de competição entre cátions e MB nos sites adsortivos de Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Além disso, a eficiência de remoção de MB diminuiu de 63% para 20% com Fe ³⁺ concentração aumentando de 0,1 mM para 0,5 mM. Essa adsorção competitiva foi amplamente relatada na literatura [44]. Os resultados confirmaram ainda a adsorção eletrostática de MB em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs.

Efeito da coexistência de cátions e força iônica na adsorção de MB em Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs. Como mostrado na Fig. 8, a linha em branco representa a adsorção de MB sem quaisquer íons coexistentes, a linha vermelha representa o efeito na adsorção de MB com NaCl 10 mM, a linha azul representa o efeito na adsorção de MB com NaCl 50 mM, o magenta linha que reflete o efeito na adsorção MB com MgSO 10 mM ₄ , a linha de oliva repercute o efeito na adsorção MB com MgSO 50 mM ₄ , a linha da marinha reflete o efeito na adsorção MB com FeCl 0,1 mM ₃ , a linha violeta reflete o efeito na adsorção de MB com FeCl 0,2 mM ₃ , a linha roxa reflete o efeito na adsorção MB com FeCl 0,1 mM ₃

Reciclagem do adsorvente

Após a adsorção, Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs podem ser regenerados com dessorção de etanol em pH 4,0 por 12 h e lavados com água desionizada para condição neutra. The Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs podem ser regenerados e reutilizados por cinco vezes. A Figura 9 mostra o desempenho de adsorção do Fe regenerado ₃ O ₄ / PCC MNPs para corantes catiônicos. A eficiência de remoção de corantes catiônicos diminuiu gradualmente durante o primeiro ciclo de adsorção-dessorção até o quinto ciclo. No sexto ciclo, a eficiência de remoção de MB, GB, MG, CV e FG diminuiu drasticamente para 27%, 23%, 37%, 43% e 39%, respectivamente. Notavelmente, a presença de nanopartículas magnéticas facilitou a separação e recuperação do adsorvente. Indica que o Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs tem certa viabilidade econômica.

O histograma da eficiência de remoção de corantes catiônicos por Fe ₃ O ₄ / Adsorção de MNPs de PCC ([Fe ₃ O ₄ / PCC] =1,0 g L ^{- 1} , [tinturas] ₀ =0,1 mM, pH 6,0, t =300 min)

Conclusão

Em conclusão, um novo nano-adsorvente magnético (Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs) foi preparada com sucesso com locais de adsorção ativos para a remoção de corantes catiônicos de solução aquosa. A introdução do polycatecol na estrutura do Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs apresentou vantagens surpreendentes, incluindo a prevenção da aglomeração de nanopartículas e melhoria do comportamento de adsorção dos MNPs. A interação eletrostática foi a principal força do comportamento de adsorção dos corantes catiônicos. O processo de adsorção foi bem descrito por modelos de cinética de pseudo-segunda ordem e isoterma de Langmuir, respectivamente. Os resultados demonstraram que Fe ₃ O ₄ / PCC MNPs apresentaram potencial de aplicação para remoção de corantes catiônicos em efluentes industriais.