Um artigo recente em Relatórios científicos Apresenta um estudo sobre filmes de álcool polivinílico (PVA) incorporados com nanocompósitos de dióxido de titânio modificados por biochared (TiO₂), desenvolvidos para melhorar o desempenho do tratamento da água. Os materiais foram projetados para enfrentar os desafios de remoção e desinfecção do corante no gerenciamento de águas residuais.
Com preocupações crescentes sobre a poluição da água, os pesquisadores se concentraram no TiO₂ por suas propriedades fotocatalíticas e biochares para sua capacidade de adsorção, com o objetivo de criar uma solução econômica e eficiente para a remoção de poluentes.
Crédito da imagem: kateryna kon/shutterstock.com
Fundo
O dióxido de titânio é amplamente estudado no tratamento de água devido à sua capacidade de degradar poluentes orgânicos sob luz UV e contaminantes adsorvidos, como metais e corantes pesados. No entanto, o uso de TiO₂ em pó apresenta desafios. Isso inclui aglomeração de partículas, área de superfície ativa limitada e a necessidade de separação pós-tratamento.
Para superar essas limitações, os pesquisadores incorporaram biochar, um materials poroso rico em carbono produzido through pirólise de biomassa. O biochar é conhecido por sua alta área superficial, grupos funcionais e acessibilidade. A integração do biochar com o TiO₂ aprimora as propriedades de adsorção e aborda as desvantagens do uso de TiO₂ sozinho. A incorporação desses materiais em uma matriz PVA fornece um composto estável e fácil de manipular com potencial funcionalidade dupla: remoção de poluentes e desinfecção microbiana.
Métodos: Síntese de nanocompósitos e fabricação de filmes
A equipe sintetizou dióxido de titânio nanofios (TNWS) usando um processo hidrotérmico com hidróxido de sódio como solvente. A mistura foi processada a 240 ° C por 72 horas em uma autoclave. Separadamente, os nanorods de biochar foram preparados a partir da casca de arroz através da pirólise a 400 ° C sob uma atmosfera de nitrogênio.
Dois métodos de preparação composta foram explorados: in situ e ex-situ. No método ex-Situ, os TNWs foram dispersos pela primeira vez em água e, em seguida, foi adicionado biochar. A mistura foi sonicada e agitada para garantir uma boa interação antes de ser centrifugada, lavada e seca.
Para produzir os filmes finais de nanocompósito, várias concentrações de TNWs e TNWs modificadas por biochar foram dispersas em água e misturadas com PVA e glicerol (como plastificante). A mistura foi aquecida até ficar totalmente dissolvida, depois lançada em filmes e seca.
A caracterização do materials foi realizada usando:
- TEM e SEM para examinar a estrutura e a morfologia da superfície
- FTIR para identificar grupos funcionais
- XRD para avaliar a cristalinidade
- Análise de sorção de gás n₂ para avaliar a porosidade e a área de superfície
Resultados e discussão: desempenho na remoção e desinfecção do corante
TEM e SEM confirmaram que os TNWs tinham uma forma de nanofio uniforme, com um diâmetro médio de aproximadamente 45 nm. Os nanorods do biochar tinham um diâmetro de cerca de 19 nm, confirmado pela análise TEM e SEM. A modificação bem -sucedida dos TNWs com biochar contribuiu para interações de superfície aprimoradas, como evidenciado pelos espectros de FTIR, demonstrando ligação significativa de hidrogênio e coordenação entre os grupos funcionais dos materiais modificados.
A análise da área de superfície revelou que as características dos poros de amostras modificadas, particularmente o nanocompósitosforam significativamente melhorados, indicando aumento do potencial de adsorção. Os resultados mostraram que a área de superfície específica dos nanofios de titanato aumentou consideravelmente após a modificação, apoiando as hipóteses de que esses aprimoramentos levariam a um melhor desempenho nas aplicações de tratamento de água.
Quando testados quanto à remoção de azul de metileno, os nanocompósitos modificados demonstraram eficiência de remoção quase whole (até 100 %) em 20 minutos, em forma de pó ou como filmes. Essa adsorção rápida foi validada por meio de estudos cinéticos que estão em conformidade com o modelo de Langmuir, sugerindo a adsorção de monocamada em uma superfície com um número finito de locais idênticos e após uma cinética de adsorção pseudo-segundos, em vez de uma simples adsorção física.
Além disso, os compósitos modificados por biocinar exibiram atividade antibacteriana notável contra microorganismos patogênicos, sugerindo sua dupla funcionalidade como adsorventes eficazes e agentes biocidas.
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Conclusão
Este estudo demonstra o desenvolvimento bem-sucedido de filmes baseados em PVA contendo nanocompósitos de dióxido de titânio modificados por biochar Purificação da água. Os materiais mostraram alta capacidade de adsorção, remoção rápida de corante e propriedades antibacterianas, tornando -as práticas para o tratamento de águas residuais.
A integração do biochar não apenas aprimorou as características estruturais e superficiais, mas também contribuiu para a multifuncionalidade dos materiais. A incorporação dos compósitos em uma matriz de polímero oferece vantagens de manuseio e processamento, suporte de escalabilidade e aplicativo do mundo actual.
Esses achados destacam uma direção promissora no desenvolvimento de sistemas sustentáveis de tratamento de água de alto desempenho. Pesquisas futuras podem explorar a produção em larga escala, o desempenho a longo prazo e a remoção mais ampla de poluentes, ajudando a enfrentar os desafios globais no acesso à água limpa e na remediação ambiental.
Referência do diário
Ghanem af, et al. (2025). Filme de álcool polivinílico compreendendo nanocompósitos de dióxido de titânio modificados de biocharing como agentes descoloridos e desinfetantes. Relatórios científicos 15, 11423. Doi: 10.1038/s41598-025-87432-7, https://www.nature.com/articles/s41598-025-87432-7