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Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7831 (2023) Citar este artigo

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A poluição por 4-clorofenol é uma preocupação ambiental significativa. Neste estudo, carvão ativado em pó modificado com grupos amina é sintetizado e investigada sua eficiência na remoção de 4-clorofenóis de ambientes aquosos. A metodologia de superfície de resposta (RSM) e o planejamento composto central (CCD) foram utilizados para investigar o efeito de diferentes parâmetros, incluindo pH, tempo de contato, dosagem de adsorvente e concentração inicial de 4-clorofenol, na eficiência de remoção de 4-clorofenol. A abordagem RSM-CCD foi implementada no software R para projetar e analisar os experimentos. A análise estatística de variância (ANOVA) foi utilizada para descrever os papéis dos parâmetros afetados na resposta. Estudos isotérmicos e cinéticos foram realizados com três modelos de isotermas de Langmuir, Freundlich e Temkin e quatro modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem, Elovich e intrapartículas em formas lineares e não lineares. O adsorvente sintetizado foi caracterizado por difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o carvão ativado modificado sintetizado apresentou capacidade máxima de adsorção de 316,1 mg/g e apresentou alta eficiência na remoção de 4-clorofenóis. As condições ótimas para maior eficiência de remoção foram dosagem de adsorvente de 0,55 g/L, tempo de contato de 35 min, concentração inicial de 4-clorofenol de 110 mg/L e pH de 3. O estudo termodinâmico indicou que o processo de adsorção foi exotérmico e espontâneo. O adsorvente sintetizado também apresentou excelente reutilização mesmo após cinco ciclos sucessivos. Estas descobertas demonstram o potencial do carvão ativado modificado como um método eficaz para remover 4-clorofenóis de ambientes aquosos e contribuir para o desenvolvimento de tecnologias de tratamento de água sustentáveis ​​e eficientes.

O fenol e seus derivados, incluindo clorofenóis contendo compostos orgânicos sintéticos, são onipresentes nos efluentes de indústrias como petroquímica, produção de carvão, borracha, plástico, aço e alumínio. Estes compostos são importantes em termos de efeitos ambientais e de saúde devido à sua relativa estabilidade no ambiente, resistência à decomposição biológica, capacidade de dissolução em água e à sua natureza cancerígena1. Os compostos de clorofenol podem acumular-se nos sedimentos e na cadeia alimentar. Esses compostos entram nos recursos hídricos e permanecem no meio ambiente por muito tempo. O 4-clorofenol (C6H5ClO) é um tipo de clorofenol amplamente utilizado nas indústrias petroquímica, inseticida, herbicida, corantes industriais e farmacêutica2.

4-Clorofenol causa irritação na pele e nos olhos por contato com a pele e inalação de curto prazo; a exposição prolongada ao 4-clorofenol impõe danos graves ao fígado, rins e sistema nervoso central3. A Agência Internacional de Investigação sobre o Cancro (ICRA) classificou os clorofenóis no grupo B24, e a Agência de Protecção Ambiental dos EUA estabeleceu um limiar de fenol inferior a 1 parte por mil milhões (ppb) nas águas superficiais como nível de tratamento5. O 4-clorofenol, devido à sua estabilidade contra a mineralização, é de difícil tratamento em comparação com outros clorofenóis6.

Nos últimos anos, têm sido utilizadas diversas tecnologias para remover os 4-clorofenóis da água potável e das águas residuais, incluindo a oxidação química7, a purificação biológica5 e a oxidação húmida8. Os métodos de oxidação produzem frequentemente produtos secundários perigosos e quantidades significativas de resíduos sólidos; necessitam de elevados custos de eliminação e regeneração9. A eficiência dos processos de tratamento biológico de águas residuais fenólicas é geralmente insatisfatória devido aos efeitos tóxicos dos clorofenóis sobre os microrganismos, à incapacidade dos sistemas biológicos de suportar cargas de choque e aos longos tempos de retenção9. Os métodos químicos também exigem alto investimento e aumentam a carga de produtos químicos solúveis nas águas residuais10,11. Os métodos térmicos libertam no ar produtos secundários nocivos da combustão incompleta, tais como dioxinas e fumos12. Um dos métodos mais comuns desenvolvidos recentemente para remover esses compostos é o carvão ativado, que é eficiente no método de adsorção superficial de poluentes13.