Efeito de ácidos húmicos dissolvidos e ácidos húmicos revestidos na adsorção de tetraciclina por K2CO3

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 18966 (2022) Citar este artigo

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Os ácidos húmicos (AHs) existem amplamente no ambiente aquático e têm um impacto importante na adsorção de poluentes. Aqui, HAs (dissolvidos e revestidos) foram empregados para avaliar o efeito na remoção do contaminante orgânico tetraciclina (TC) por biocarvão magnético modificado com K2CO3 (KMBC). Os resultados mostraram que a baixa concentração de HAs dissolvidos promoveu a remoção de TC, provavelmente devido a um efeito de ponte, enquanto uma concentração mais elevada de HAs dissolvidos inibiu a adsorção de TC devido à competição de locais de adsorção no KMBC. Pela análise de caracterização, os HAs revestidos alteraram as características da superfície e dos poros do KMBC, o que suprimiu a remoção do TC. Em um experimento de adsorção sequencial envolvendo HAs e TC dissolvidos, a adição de HAs ao final do experimento levou à formação de ligantes HAs-TC com TC livre, o que melhorou a capacidade de adsorção do TC. A adsorção de TC por KMBC na presença de HAs dissolvidos e HAs revestidos mostrou uma tendência decrescente com o aumento do pH de 5,0 para 10,0. O processo de adsorção do TC foi favorável e endotérmico, podendo ser melhor simulado pela cinética de pseudo-segunda ordem e pelo modelo isotérmico de Freundlich. As ligações de hidrogênio e as interações π-π foram consideradas como os mecanismos de influência subjacentes.

Biochar (BC) é um material de carbono poroso preparado por pirólise de biomassa, como resíduos vegetais e animais1,2. É considerado um adsorvente alternativo promissor para tratamento de águas residuais devido à alta porosidade, termoestabilidade, baixo custo e potencial de reciclagem3. Biochar demonstrou alta eficiência na adsorção de uma ampla gama de contaminantes, abrangendo metais pesados ​​e poluentes orgânicos4,5. Apesar dessas vantagens, a utilização efetiva do biocarvão puro na remediação ambiental ainda pode ser melhorada, especialmente na separação sólido-líquido e na capacidade de adsorção, devido à escassez de seus grupos funcionais de superfície6.

A introdução de nanopartículas magnéticas na superfície do biochar pode produzir melhores propriedades de separação sólido-líquido, o que, no entanto, ocorre ao custo da redução da capacidade de adsorção devido à ocupação dos locais de adsorção por nanopartículas magnéticas7. Para contornar este problema, foi proposta a modificação química superficial do biochar, que ativa o biochar para funções específicas de adsorção8. Até o momento, vários tipos de reagentes químicos foram aplicados à ativação superficial do biochar, como ZnCl2, MgCl2, KMnO4, H2SO4, H3PO4, KOH e K2CO39,10,11. Dentre esses reagentes, o K2CO3 não é deletério à saúde humana e tem sido utilizado como aditivo alimentar. Além disso, foi demonstrado que a modificação do biochar com ativação de K2CO3 melhora significativamente a área de superfície, o volume de poros e a aromatidade12. Portanto, K2CO3 é um agente de ativação de biochar altamente aplicável.

Os nanocompósitos à base de biocarvão têm sido utilizados para a remoção de poluentes orgânicos, por exemplo, antibióticos13, corantes14 e pesticidas15. Como uma classe típica de contaminantes orgânicos, os antibióticos são frequentemente detectados em águas superficiais, subterrâneas e água potável16. O uso excessivo de antibióticos aumenta o risco de resistência bacteriana aos medicamentos, fazendo com que os antibióticos mais comuns não sejam mais capazes de controlar eficazmente as doenças infecciosas. Também foram levantadas preocupações sobre antibióticos e genes de resistência a antibióticos (ARGs), que podem impactar a estrutura e a atividade das populações microbianas ambientais17. Além disso, uma vez integrados com sucesso nos elementos de transmissão genética, os ARGs podem persistir e transmitir mesmo na ausência de pressão de seleção . Assim, a remoção de contaminantes antibióticos é de significativa importância prática, e o biochar e seus derivados foram validados para esse fim4,9,19,20,21.

No entanto, os poluentes nos ambientes aquáticos do mundo real não estão isolados e outras substâncias afectam frequentemente a remoção de poluentes. Os ácidos húmicos (AHs), como matéria orgânica dissolvida (DOM) onipresente, consistem em numerosos grupos funcionais, incluindo grupos carboxílicos, fenólicos e aromáticos, que podem modular as interações entre biocarvão e poluentes. Por exemplo, os HAs podem alterar as propriedades físico-químicas do biochar, alterar sua reatividade superficial e afetar seu comportamento de adsorção a diversos contaminantes . Na maioria dos casos, a adsorção de contaminantes orgânicos na água pelo biochar é fortemente inibida pelos HAs coexistentes através de obstrução de poros e locais de adsorção competitivos . Em contraste, houve alguns relatos demonstrando que a adsorção de antibióticos em biochar não modificado poderia ser melhorada na presença de HAs24. No entanto, faltam pesquisas mecanísticas relacionadas ao efeito dos AH na adsorção de antibióticos pelo biocarvão modificado. Além disso, existem poucos estudos sobre o efeito dos AH na agregação ou autooxidação de nanopartículas magnéticas, e o mecanismo relacionado não é claro.