Protocollo di valutazione e bonifica di pesticidi organoclorurati e metalli pesanti selezionati nelle acque reflue industriali utilizzando nanoparticelle (NP) in Nigeria

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2170 (2023) Citare questo articolo

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La conoscenza limitata del livello di contaminanti nelle acque reflue industriali negli stati nigeriani, insieme alla sfida globale dell’approvvigionamento idrico, hanno costretto la nostra indagine ad analizzare e rimuovere i pesticidi organoclorurati (OCP) e i contenuti di metalli pesanti nelle acque reflue industriali. Campioni di acque reflue sono stati raccolti da 13 industrie in cinque stati della Nigeria. Il contenuto di OCP dei campioni è stato estratto, ripulito e analizzato mediante gascromatografia-spettrometria di massa. I risultati indicano che le concentrazioni medie degli OCP nei campioni di effluenti variavano da 1,76 ng L−1 (Dieldrin) a 0,89 ng L−1 (endrin). Cadmio (Cd), cromo (Cr) e piombo (Pb) sono stati valutati in tutti i campioni di acque effluenti. I risultati mostrano che le concentrazioni medie degli ioni di metalli pesanti nei campioni di effluenti variavano da 0,008 ± 0,003 mg L−1 (Cd) a 2,215 ± 0,841 mg L−1 (Pb). Per la rimozione dei contaminanti identificati, nanoparticelle di biomagnetite (BioMag), nanoparticelle di magnetite (MagNP), nanocompositi biomagnetite-CMC (BioMag-CMC) e nanocompositi magnetite-CMC (MagNPs-CMC) sono stati sintetizzati e caratterizzati utilizzando Braunauer-Emmett-Teller ( BET), spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), diffrazione di raggi X (XRD) e microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (HR-TEM). Questo studio dimostra il successo dell'applicazione di nanoparticelle (NP) e nanocompositi nella rimozione di OCP e ioni di metalli pesanti negli effluenti industriali. La valutazione di routine e la rimozione continua diventano importanti per raggiungere uno stato di ecosistema acquatico pulito e sano a causa dei rapidi progressi industriali e tecnologici.

L’inquinamento causato da OCP e metalli pesanti scaricati nei corpi idrici dalle industrie alimentare, conciaria, dei prodotti per la cura personale, del malto, tessile, dei pesticidi, della birra, minerario, delle vernici, del cemento, dei fertilizzanti e farmaceutica è in aumento e ha rappresentato un pericolo per i pozzi. dell'uomo e dell'ambiente1,2. È noto che i pesticidi organoclorurati (OCP) mantengono la loro tossicità nell'ambiente per lunghi periodi3. Nel frattempo, è stato segnalato che l’esposizione a lungo termine agli OCP e ai loro metaboliti causa conseguenze devastanti sulla salute, come disfunzioni del sistema riproduttivo, deterioramento neurologico, sistema immunitario disfunzionale, difetti congeniti e cancro4,5,6. D'altro canto, i metalli pesanti hanno dimostrato la capacità di provocare malattie come disturbi del sistema nervoso, cancro, danni agli organi e, in casi estremi, la morte7,8. Pertanto, è essenziale eliminare queste classi di contaminanti dalle acque reflue prima dello scarico. Per raggiungere questo obiettivo, sono state sviluppate tecniche di trattamento dell'acqua quali l'estrazione con solventi e i processi di scambio ionico9, la precipitazione chimica10, l'ossidazione o riduzione chimica11, la tecnologia a membrana12, la filtrazione13, il trattamento elettrochimico14, l'adsorbimento15,16,17,18, la separazione della schiuma19 e la fotocatalisi20,21. utilizzato per la bonifica delle acque contaminate. Tra le tecniche sopra menzionate, l'adsorbimento è economico, facile da usare ed efficace per il sequestro dei contaminanti. Per la rimozione di questi contaminanti sono stati utilizzati adsorbenti come setacci molecolari22, lolla di riso23, granito24 pino silvestre25, gel di silice26, argilla caolinitica27 e Al/SrTiO328, tra gli altri.

Nanomateriali, nanoparticelle e nanocompositi sono diventati un'area di ricerca scientifica in rapida crescita ed espansione grazie alle loro diverse applicazioni in molte aree di attività scientifica e tecnica. Le preoccupazioni ambientali hanno anche portato a un crescente interesse per la sintesi ecologica o biologica di nanoparticelle metalliche poiché il processo riduce l'uso di materie prime chimiche portando a un minore smaltimento e incidenza di sostanze chimiche nell'ambiente. Le nanoparticelle sono sostanze naturali o ingegnerizzate che hanno componenti strutturali le cui dimensioni sono inferiori a 100 nm in tre dimensioni29,30,31. Le nanoparticelle vengono utilizzate in diversi campi che includono la medicina e la somministrazione di farmaci, la bonifica ambientale, l'elettronica e la metallurgia32,33. Diversi lavori hanno riportato il successo della biosintesi delle nanoparticelle con estratti vegetali34,35,36,37. Nel frattempo, l’applicazione dei nanometalli nel processo di trattamento delle acque reflue è stata ampiamente valutata38,39,40,41,42. Un nanocomposito è un materiale composito realizzato combinando due o più fasi che contengono composizioni o strutture diverse con almeno una delle fasi nell'intervallo nanometrico43,44. I nanocompositi migliorano le proprietà macroscopiche dei prodotti risultanti, ma le proprietà dei nanocompositi sono una funzione delle proprietà dei singoli componenti. I nanocompositi di origine biologica sono realizzati con materiali biodegradabili o rinnovabili come la cellulosa45. Il Dalium guineense è una pianta legnosa della zona della foresta pluviale dell'Africa occidentale che può crescere fino a 10-20 m. I suoi nomi comuni includono Black Velvet Tarimand in inglese, Icheku in Igbo, Awin in Yoruba e Tamarinier noir in francese. L'albero maturo ha una corteccia di colore grigio, foglie verdi fitte e fiori biancastri che portano i frutti vellutati di colore nero che sono stagionali e popolari nell'Africa occidentale e sono una ricca fonte di vitamine46. La cellulosa è il polimero naturale più abbondante e sono stati realizzati numerosi tipi di nanomateriali di cellulosa modificati utilizzando metodi diversi47,48,49.