Descontaminação da água co | Nanning Peacock Pride Co.,Ltd

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15832 (2022) Citar este artigo

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A co-contaminação por solventes orgânicos (por exemplo, tolueno e tetrahidrofurano) e íons metálicos (por exemplo, Cu2+) é comum em águas residuais industriais e em locais industriais. Este manuscrito descreve a separação de THF da água na ausência de íons de cobre, bem como o tratamento de água copoluída com THF e cobre ou tolueno e cobre. Tetraidrofurano (THF) e água são livremente miscíveis na ausência de ácido láurico. O ácido láurico separa os dois solventes, conforme demonstrado por ressonância magnética nuclear de prótons (1H NMR) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier com reflexão total atenuada (ATR-FTIR). A pureza da fase aquosa separada de misturas THF:água 3:7 (v/v) usando ácido láurico 1 M é de ≈87% v/v. O Síncrotron de espalhamento de raios X de baixo ângulo (SAXS) indica que o ácido láurico forma micelas reversas em THF, que incham na presença de água (para hospedar água em seu interior) e, finalmente, levam a duas fases livres: 1) rica em THF e 2 ) rico em água. O ácido láurico desprotonado (íons laurato) também induz a migração de íons Cu2+ tanto em THF (após a separação da água) quanto em tolueno (imiscível em água), permitindo sua remoção da água. Os íons laurato e os íons de cobre provavelmente interagem por meio de interações físicas (por exemplo, interações eletrostáticas) em vez de ligações químicas, conforme mostrado pelo ATR-FTIR. Plasma indutivamente acoplado—espectrometria de emissão óptica (ICP-OES) demonstra até 60% de remoção de íons Cu2+ da água copoluída por CuSO4 ou CuCl2 e tolueno. Enquanto o ácido láurico emulsifica a água e o tolueno na ausência de íons de cobre, os sais de cobre desestabilizam as emulsões. Isso é benéfico para evitar que os íons de cobre sejam reencaminhados na fase aquosa junto com o tolueno, seguindo sua migração na fase de tolueno. O efeito dos íons de cobre na estabilidade da emulsão é explicado com base na diminuição da atividade interfacial e na rigidez compressiva dos filmes interfaciais, sondados usando uma calha de Langmuir. No tratamento de águas residuais, o ácido láurico (um pó) pode ser misturado diretamente na água poluída. No contexto da remediação de águas subterrâneas, o ácido láurico pode ser solubilizado em óleo de canola para possibilitar sua injeção no tratamento de aqüíferos copoluídos por solventes orgânicos e Cu2+. Nesta aplicação, filtros injetáveis obtidos pela injeção de hidroxietilcelulose catiônica (HEC+) impediriam o fluxo de tolueno e íons de cobre particionados nele, protegendo os receptores a jusante. Os co-contaminantes podem ser posteriormente extraídos a montante dos filtros (através de poços de bombagem), para permitir a sua remoção simultânea dos aquíferos.

As atividades industriais liberam metais pesados tóxicos solúveis em água nas águas subterrâneas, incluindo chumbo, cromo, arsênico, zinco, cádmio, mercúrio e cobre1,2. O cobre é usado em fertilizantes e sprays de pesticidas, materiais de construção e resíduos agrícolas e municipais, causando altas concentrações de cobre nas águas subterrâneas1. Os hidrocarbonetos também são amplamente utilizados em processos industriais e estão entre os poluentes mais comuns das águas subterrâneas3. O THF é um contaminante de águas subterrâneas e águas residuais industriais, porque costumava produzir intermediários farmacêuticos e pesticidas4,5. Metais pesados, hidrocarbonetos e solventes orgânicos miscíveis em água (por exemplo, dioxano ou THF) estão frequentemente presentes como co-contaminantes em instalações industriais6,7,8,9,10,11.

O tratamento de metais pesados inclui remediação eletrocinética12,13,14,15,16, remoção usando nanopartículas17 e lavagem do solo com aditivos que facilitam a solubilização e extração de metais pesados por meio de bombeamento e tratamento1. Bombeamento e tratamento extrai poluentes usando poços de bombeamento, trata as águas subterrâneas ex situ e, finalmente, reinjeta-as após o tratamento18. Como exemplo, o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) tem sido usado para remediar o cobre em conjunto com bombeamento e tratamento19. Nosso estudo anterior utilizou lauroil lactilato de sódio (SLL) para o mesmo propósito20. Essas abordagens não permitem a remoção simultânea de metais pesados e co-contaminantes, como solventes miscíveis, dos quais o THF é um exemplo.

9 all of lauric acid in aqueous solution is in the form of laurate ions91. While lauric acid is insoluble in water, laurate ions have greater affinity for the water phase92. Interfacial tension measurements show that laurate ions are more interfacially active and more effective than lauric acid at stabilizing toluene-water emulsions./p> 0.2 M93. These films stabilize droplets because of their negative electrostatic charge at alkaline pH93. Another study reports that mixed films of lauric acid and laurate enhance the stability of water-cyclohexane and water-n-hexadecane emulsions at basic pH94. Moreover, the oil:water ratio affects emulsion characteristics. As an example, a previous study reports that at high water concentrations, micelles incorporate oil in the aqueous surfactant solution, whereas at high oil:water ratios micelles incorporate water in oil93. Here, the toluene:water ratio used (7:3 toluene:water, v/v) enables the formation of both oil in water and water in oil emulsions at basic pH, as evident from the turbidity of both the toluene and the water layers./p>

90% THF (v/v, relative to water), lauric acid self-assembles into reverse micelles. These reverse micelles are ≈25 Å in size and host water in their interior, as shown by SAXS. They swell with increasing water content, ultimately leading to free phase separation. With 1 M lauric acid and 7:3 THF:water mixtures, the purity of the water phase is 87% at either acidic, semi-neutral or basic pH (as shown by 1H NMR). Separation efficiency decreases at lower lauric acid concentrations, and is 76% with 0.125 M lauric acid. Therefore, our facile treatment approach finds potential applications for the treatment of either wastewater or groundwater./p>