Impregnação de carvão ativado com nanopartículas de cobre por um método de síntese verde utilizando extrato de folhas de moringa oleifera para remoção de nitrato da água

Abstract

O carvão ativado, assim como as nanopartículas metálicas de cobre, possuem ótimas propriedades adsorventes, podendo ser utilizados como alternativas viáveis no tratamento de água. O presente trabalho teve por objetivo combinar as propriedades destes dois materiais, desenvolvendo um processo de síntese "verde" para impregnação de nanopartículas de cobre (NPsCu) em carvão ativado utilizando extratos de folhas de Moringa oleifera como agente redutor. Os adsorventes desenvolvidos foram utilizados para remover nitrato da água, que atualmente, é considerado um dos contaminantes de águas subterrâneas mais estudado no mundo, devido aos graves problemas que este pode causar a saúde humana. Soluções de sulfato de cobre aquoso em diferentes concentrações foram adicionadas ao carvão ativado juntamente com o extrato de folhas de Moringa oleifera. Os materiais produzidos foram caracterizados mediante a determinação do ponto de carga zero (pHpcz) e de suas propriedades texturais (área superficial específica BET, volume e diâmetro de poros), morfológicas (Microscopia eletrônica de varredura – MEV, Microscopia eletrônica de transmissão - MET), estruturais e composicionais (Difratograma de raios-X – DRX, Espectroscopia de raios-X por energia dispersiva - EDS). O tamanho das partículas foi calculado pela equação de Scherrer e as concentrações elementares de cobre estimadas por Fluorescência de raios-X por reflexão total (TXRF). Experimentos de adsorção, bem como estudos de pH, cinética e isotermas de adsorção foram realizados para avaliar a eficiência de remoção de nitrato da água, sendo as concentrações determinadas por espectrofotometria UV. A estabilidade da impregnação das NPsCu no carvão ativado após o processo de adsorção foi mensurada a partir das análises de TXRF nos carvões impregnados e nas soluções aquosas. Os resultados das caracterizações confirmaram a formação, impregnação e estabilidade das nanopartículas de cobre sobre o carvão ativado, as quais apresentaram tamanho médio entre 6 a 61 nm. O método proposto para síntese e impregnação de nanopartículas mostrou-se ser simples e eco-friendly. Os carvões impregnados obtiveram remoção significativa de nitrato (cerca de 60%) indicando sua potencial aplicação no tratamento de água

Activated charcoal as well as the metal nanoparticles of copper, have excellent adsorbent properties and can be used as viable alternatives in water treatment. This study aimed to combine the properties of these two materials developing a "green" synthesis process for impregnation of copper nanoparticles (NPsCu) on activated carbon using extracts of Moringa Oleifera leaves as a reducing agent. These new adsorbents were evaluated to remove nitrate from water, which today is is considered one of groundwater contaminants most studied in the world, due to the serious problems that this can cause human health. Aqueous copper sulfate solutions at different concentrations were added to the activated coal together with Moringa oleifera leaves extract. The produced materials were characterized by determining the point of zero charge (pHpcz) and their textural property (BET specific surface area, volume and pore diameter), morphology (Scanning electron microscopy-SEM, Transmission electron microscopy-TEM), structural and compositional (X-ray diffraction-XRD, Energy dispersive X-ray spectroscopy-EDS). The particle size was estimated by Scherrer equation and elemental copper concentrations were estimated by Total reflection X-ray fluorescence (TXRF). Experiments of adsorption and pH studies, kinetics and adsorption isotherms were performed to evaluate the efficiency of removing nitrate from water, and the concentrations were determined by UV spectrophotometry. The stability of NPsCu impregnation on the carbon after adsorption was measured by TXRF analyzes in the impregnated carbons and aqueous solutions. The characterization results confirmed the formation, impregnation and stability of copper nanoparticles on activated carbon, which reached an average size in the range 6-61 nm. The developed method for synthesis and nanoparticles impregnation proved to be simple and eco-friendly. The impregnated carbons removed significantly the nitrate, indicating their potential application in water treatment