La industria textil genera una cantidad significativa de aguas residuales que contienen tintes persistentes, lo que plantea preocupaciones ambientales y de salud. En consecuencia, existe una creciente necesidad de métodos sostenibles y rentables para la eliminación de tintes. Este estudio investiga el potencial de los residuos biológicos de cáñamo sin modificar, un subproducto agrícola fácilmente disponible y económico, como biosorbente para el Rojo Congo (CR) y el Azul Brillante Remazol R (RBBR), dos tintes textiles comunes. La efectividad de este biosorbente se evaluó a través de experimentos de sorción, análisis cinéticos y termodinámicos, y modelado molecular.
El estudio investiga el potencial del biowaste de cáñamo sin modificar como biosorbente sostenible para eliminar los colorantes Rojo Congo (RC) y Azul Brillante Remazol R (ABBR) de soluciones acuosas. Esta investigación es crucial, dadas las preocupaciones ambientales y de salud asociadas con las aguas residuales de la industria textil que contienen contaminantes coloreados persistentes [1]. El uso de materiales de bajo costo y fácilmente disponibles como el biowaste de cáñamo ofrece una alternativa prometedora a los métodos de tratamiento convencionales.
La investigación comienza con una introducción que describe el problema de la contaminación por colorantes y la necesidad de soluciones de tratamiento efectivas y sostenibles. A esto le sigue una descripción detallada de los materiales y métodos utilizados en el estudio. Se describe la preparación del biosorbente de biowaste de cáñamo, junto con su caracterización utilizando técnicas como el análisis elemental, la Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y la Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) [2.1, 2.2]. Estos métodos proporcionan información sobre la composición y las propiedades de la superficie del biosorbente, que son fundamentales para comprender sus capacidades de adsorción.
A continuación, se explican los experimentos de sorción, incluidos los parámetros utilizados, como la concentración inicial del colorante (Ci), la concentración residual del colorante (C), el volumen de la solución (V) y la masa del biosorbente (m) [2.3]. Estos parámetros son esenciales para cuantificar el proceso de adsorción. El estudio luego profundiza en el análisis teórico de la sorción, que probablemente implica la aplicación de varios modelos de adsorción para comprender los mecanismos involucrados [2.4].
La sección de resultados y discusión constituye el núcleo del estudio. El análisis elemental proporciona información sobre la composición química del biowaste de cáñamo, destacando la presencia de elementos que pueden contribuir a su capacidad de adsorción [3.1]. El análisis SEM revela la morfología de la superficie del biosorbente, mostrando su estructura y porosidad, que son factores importantes para determinar su capacidad de adsorber moléculas de colorante [3.2]. El análisis FTIR identifica los grupos funcionales presentes en la superficie del biowaste de cáñamo, como los grupos hidroxilo, carboxilo y amina, que probablemente están involucrados en la unión de las moléculas de colorante [3.3].
La sección de experimentos de sorción presenta los hallazgos clave del estudio. El análisis cinético examina la velocidad de adsorción del colorante a lo largo del tiempo, proporcionando información sobre el mecanismo de adsorción y el tiempo requerido para alcanzar el equilibrio [3.4.1]. El análisis de la isoterma de adsorción explora la relación entre la cantidad de colorante adsorbido y la concentración de equilibrio, lo que permite determinar la capacidad máxima de adsorción y el modelo de adsorción que mejor se ajusta [3.4.2]. El análisis termodinámico investiga el efecto de la temperatura en el proceso de adsorción, proporcionando información sobre la espontaneidad y la energía del proceso de adsorción [3.4.3]. Este análisis a menudo implica el cálculo de parámetros termodinámicos como la energía libre de Gibbs (ΔG), la entalpía (ΔH) y la entropía (ΔS). También se utiliza el modelado molecular para comprender las interacciones entre las moléculas de colorante y el biosorbente [3.4.3].
Los hallazgos del estudio se presentan en varias tablas. La primera tabla muestra los parámetros y resultados de los modelos de isoterma. Para el Rojo Congo (RC), el modelo de Temkin (R2 = 0.983) es el que mejor se ajusta, con parámetros como AT y bT. Para el Azul Brillante Remazol R (ABBR), el modelo de Langmuir (R2 = 0.998) es el que mejor se ajusta, con parámetros como Qmax y KL. También se proporcionan los valores de RL, lo que indica la favorabilidad del proceso de adsorción. Estos modelos ayudan a describir el comportamiento de adsorción de los colorantes en el biowaste de cáñamo.
La segunda tabla compara los valores de Qmax (capacidad máxima de adsorción) del biosorbente de cáñamo con los de otros biosorbentes reportados en la literatura [42, 43, 44]. Esta comparación permite una evaluación de la efectividad del biowaste de cáñamo en relación con otros materiales. Por ejemplo, el Qmax para RC en cáñamo es de 4.47 mg/g, mientras que para el bagazo de caña de azúcar es de 9.8 mg/g [42]. El Qmax para ABBR en cáñamo es de 2.44 mg/g, mientras que para el polvo de cáscara de limón es de 7.29 mg/g [44].
La tercera tabla presenta los parámetros termodinámicos para la adsorción de ambos colorantes. Los valores de energía libre de Gibbs (ΔG) son negativos, lo que indica que el proceso de adsorción es espontáneo. También se proporcionan los valores de entalpía (ΔH) y entropía (ΔS), lo que ofrece más información sobre las características termodinámicas del proceso de adsorción. Para RC, ΔG es -2.50 kJ/mol a 298 K. Para ABBR, ΔG es -3.38 kJ/mol a 298 K.
La cuarta tabla resume los resultados del modelado molecular, incluyendo la energía de enlace y las interacciones dominantes entre los colorantes y el biosorbente de cáñamo. La energía de enlace para RC es -7.5 kcal/mol, con interacciones dominantes que incluyen el apilamiento π-σ y los enlaces de hidrógeno. La energía de enlace para ABBR es -5.4 kcal/mol, con interacciones dominantes que incluyen interacciones C-H∙∙∙π. Estos resultados proporcionan una comprensión a nivel molecular del mecanismo de adsorción.
El estudio concluye resumiendo los hallazgos clave y destacando el potencial del biowaste de cáñamo sin modificar como un biosorbente sostenible y efectivo para la eliminación de colorantes [4]. También se incluyen las contribuciones de los autores, la información de financiación y las declaraciones sobre consideraciones éticas y disponibilidad de datos [Contribuciones de los Autores, Financiación, Declaración del Comité de Revisión Institucional, Declaración de Consentimiento Informado, Declaración de Disponibilidad de Datos]. Finalmente, se declaran los conflictos de interés [Conflictos de Interés], y se enumeran las referencias utilizadas en el estudio [Referencias]. Las referencias proporcionan contexto y respaldan las afirmaciones realizadas a lo largo del documento.
El biodesecho de cáñamo sin modificar muestra un potencial prometedor como biosorbente sostenible y rentable para eliminar los colorantes Rojo Congo y Azul Brillante Remazol R de las aguas residuales. El estudio reveló cinéticas de adsorción y parámetros termodinámicos favorables, con los modelos de Temkin y Langmuir describiendo mejor la adsorción de Rojo Congo y RBBR, respectivamente. El modelado molecular respalda las interacciones observadas, destacando el apilamiento π-σ y los enlaces de hidrógeno. Estos hallazgos subrayan la viabilidad del biodesecho de cáñamo para la remediación de colorantes respetuosa con el medio ambiente, allanando el camino para un enfoque de economía circular en la gestión de residuos textiles.
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