Protocolo de avaliação e remediação de pesticidas organoclorados selecionados e metais pesados ​​em águas residuais industriais usando nanopartículas (NPs) na Nigéria

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2170 (2023) Citar este artigo

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O conhecimento limitado do nível de contaminantes nas águas residuais industriais nos estados nigerianos, juntamente com o desafio global do abastecimento de água, obrigaram nossa investigação sobre as análises e remoção de pesticidas organoclorados (OCPs) e teores de metais pesados ​​nas águas residuais industriais. Amostras de águas residuais foram coletadas de 13 indústrias em cinco estados da Nigéria. O conteúdo de OCPs das amostras foi extraído, limpo e analisado por cromatografia gasosa-espectrometria de massa. Os resultados indicam que as concentrações médias dos OCPs nas amostras de efluentes variaram de 1,76 ng L-1 (Dieldrin) a 0,89 ng L-1 (endrin). Cádmio (Cd), cromo (Cr) e chumbo (Pb) foram avaliados em todas as amostras de água efluente. Os resultados mostram que as concentrações médias dos íons de metais pesados ​​nas amostras de efluentes variaram de 0,008 ± 0,003 mg L−1 (Cd) a 2,215 ± 0,841 mg L−1 (Pb). Para a remoção dos contaminantes identificados, nanopartículas de biomagnetita (BioMag), nanopartículas de magnetita (MagNPs), nanocompósito de biomagnetita-CMC (BioMag-CMC) e nanocompósito de magnetita-CMC (MagNPs-CMC) foram sintetizados e caracterizados usando Braunauer–Emmett–Teller ( BET), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (XRD) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR-TEM). Este estudo demonstra o sucesso da aplicação de nanopartículas (NPs) e nanocompósitos na remoção de OCPs e íons de metais pesados ​​em efluentes industriais. A avaliação rotineira e a remoção contínua tornam-se importantes para atingir um estado de ecossistema aquático limpo e saudável devido aos rápidos avanços industriais e tecnológicos.

A poluição causada por OCPs e metais pesados ​​descarregados nos corpos d'água provenientes de alimentos, curtumes, produtos de higiene pessoal, malte, têxteis, pesticidas, cervejarias, mineração, tintas, cimento, fertilizantes e indústrias farmacêuticas está aumentando e representa perigo para o bem-estar ser do homem e do meio ambiente1,2. Os pesticidas organoclorados (OCPs) são conhecidos por sustentar sua toxicidade por longo período no ambiente3. Enquanto isso, foi relatado que a exposição a longo prazo aos OCPs e seus metabólitos causa implicações devastadoras para a saúde, como disfunção do sistema reprodutivo, comprometimento neurológico, sistema imunológico disfuncional, defeitos congênitos e câncer4,5,6. Por outro lado, os metais pesados ​​demonstraram a capacidade de induzir doenças como distúrbios do sistema nervoso, câncer, danos a órgãos e, em casos extremos, a morte7,8. Portanto, é essencial eliminar essas classes de contaminantes da água das águas residuais antes do descarte. Para conseguir isso, técnicas de tratamento de água, como extração de solvente e processos de troca iônica9, precipitação química10, oxidação ou redução química11, tecnologia de membrana12, filtração13, tratamento eletroquímico14, adsorção15,16,17,18, separação de espuma19 e fotocatálise20,21 foram usado para a remediação de água contaminada. Dentre as técnicas citadas, a adsorção é econômica, de fácil utilização e eficaz para o sequestro de contaminantes. Adsorventes como peneira molecular22, casca de arroz23, granito24 pinho silvestre25, sílica gel26, argila de caulinita27 e Al/SrTiO328 entre outros têm sido utilizados para a remoção desses contaminantes.

Nanomateriais, nanopartículas e nanocompósitos tornaram-se uma área de pesquisa científica em rápido crescimento e expansão devido às suas diversas aplicações em muitas áreas de empreendimento científico e técnico. As preocupações ambientais também levaram a um crescente interesse na síntese verde ou biológica de nanopartículas metálicas, uma vez que o processo reduz o uso de matérias-primas químicas, levando a um menor descarte e incidência de produtos químicos no meio ambiente. As nanopartículas são substâncias naturais ou artificiais que possuem componentes estruturais cujos tamanhos são inferiores a 100 nm em três dimensões29,30,31. As nanopartículas são usadas em diversos campos que incluem medicamentos e entrega de drogas, remediação ambiental, eletrônica e metalurgia32,33. Vários trabalhos relataram biossíntese bem-sucedida de nanopartículas com extratos de plantas34,35,36,37. Enquanto isso, a aplicação de nanometais no processo de tratamento de águas residuais tem sido extensivamente avaliada38,39,40,41,42. Um nanocompósito é um material compósito feito pela combinação de duas ou mais fases que contêm diferentes composições ou estruturas com pelo menos uma das fases na escala nanométrica43,44. Os nanocompósitos aumentam as propriedades macroscópicas dos produtos resultantes, mas as propriedades dos nanocompósitos são uma função das propriedades dos componentes individuais. Os nanocompósitos de base biológica são feitos com materiais biodegradáveis ​​ou renováveis, como a celulose45. Dalium guineense é uma planta lenhosa da zona de floresta tropical da África Ocidental que pode crescer até 10 a 20 m. Seus nomes comuns incluem Black Velvet Tarimand em inglês, Icheku em Igbo, Awin em Yoruba e Tamarinier noir em francês. A árvore madura tem uma casca de cor cinza, folhas verdes densas e flores esbranquiçadas que carregam os frutos de cor preta aveludada que são sazonais e populares na África Ocidental e são uma rica fonte de vitaminas46. A celulose é o polímero natural mais abundante e vários tipos de nanomateriais de celulose modificados foram feitos usando diferentes métodos47,48,49.