Lo studio della rimozione del fungicida penconazolo dalle acque superficiali utilizzando carbossimetiladragante

Aug 09, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13569 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, un adsorbente polimerico a base di carbossimetiladragante (CMT) innestato da acido poliacrilico-co-acrilammide (AAc-co-AAm) sintetizzato mediante polimerizzazione radicalica per la prima volta è stato utilizzato per rimuovere il fungicida penconazolo (PEN) o Topas 20% dalle acque superficiali. I parametri del pH della soluzione, dell'isoterma di adsorbimento e della cinetica di adsorbimento del PEN sono stati studiati dall'adsorbente sintetico. La morfologia superficiale e i gruppi funzionali di CMT-g-poly (AAc-co-AAm) sono stati confermati mediante tecniche XRD, SEM e FT-IR. L'adsorbimento di PEN su CMT-g-poly (AAc-co-AAm) segue i modelli di Freundlich e pseudo-secondo ordine. La capacità di adsorbimento massima significativa del polimero sintetizzato è risultata pari a 196,08 mg/g. L'adsorbente sintetico presentava una buona riproducibilità nella rimozione del PEN fino a 5 cicli. CMT-g-poly (AAc-co-AAm) è un adsorbente economico e non tossico per la decontaminazione delle acque superficiali dai pesticidi.

L'acqua è la sostanza più preziosa e importante di cui l'uomo ha bisogno e il suo utilizzo e la sua importanza sono dimostrati negli usi potabili, sanitari, agricoli e industriali. La crescita sempre crescente della popolazione, il miglioramento del tenore di vita e lo sviluppo dell’urbanizzazione sono tra i fattori che provocano l’aumento del consumo di acqua e della produzione di acque reflue e provocano l’inquinamento ambientale1. Nel frattempo, i pesticidi, che stanno diventando contaminanti emergenti, sono tra i veleni più importanti e ampiamente utilizzati in agricoltura come insetticidi per uccidere insetti e artropodi o come erbicidi per combattere le erbe infestanti. L’uso delle nuove tecnologie in agricoltura ha portato all’utilizzo di questi materiali per raccogliere più raccolti, tuttavia, l’uso eccessivo di pesticidi ha causato l’inquinamento del suolo e l’immissione di grandi quantità di queste tossine nelle fonti d’acqua2. Sebbene i fungicidi abbiano ricevuto meno attenzione rispetto ad altre tossine agricole, le malattie fungine sono considerate una grande minaccia per i prodotti agricoli. I fungicidi sono tossici per una vasta gamma di organismi e sono pericolosi per la vita acquatica. I fungicidi, come gli insetticidi piretroidi e organofosfati, sono lipofili. L'effetto dei fungicidi nell'ambiente avviene direttamente o indirettamente attraverso un'altra specie che ne viene colpita3. I fungicidi triazolici sono un gruppo di composti eterociclici che hanno almeno un anello a cinque membri di due atomi di carbonio e tre atomi di azoto e sono ampiamente utilizzati per prevenire e trattare varie malattie fungine nei prodotti agricoli. Questi fungicidi costituiscono attualmente 25 prodotti agrochimici commerciali in tutto il mondo. Inoltre, hanno una buona penetrazione e durabilità nel suolo e nell'acqua e il loro elevato consumo provoca effetti collaterali legati alle ghiandole endocrine negli esseri umani e negli animali4. PEN o (R, S)-1-[2-(2, 4-diclorofenil) pentil]-1H-1, 2, 4-triazolo è un fungicida della famiglia dei triazoli utilizzato per controllare l'oidio e altri ascomiceti patogeni , basidiomiceti e deuteromiceti. La struttura chimica del PEN è mostrata in Fig. 1. Questo fungicida è commercializzato con il marchio Topas 20% ed è classificato dall'Organizzazione Europea per la Sicurezza Alimentare come sostanza pericolosa per l'uomo e per l'ambiente, per cui è stato trovato un modo per rimuoverlo dalla l'ambiente è molto importante5. In uno studio condotto da Nicoleta et al. per rimuovere il PEN dall'acqua utilizzando l'argilla montmorillonite, è stata ottenuta la capacità di adsorbimento di 6,33 mg/g di PEN da parte della montmorillonite6. Considerando che gli studi condotti nel campo della rimozione del PEN mediante il metodo di adsorbimento superficiale sono limitati, abbiamo deciso di utilizzare questo metodo nel recente studio. Utilizzando metodi fisici, chimici e biologici, i pesticidi possono essere rimossi dalle fonti d’acqua. I processi a membrana e ad adsorbimento sono tra i metodi fisici che si basano sulla separazione. Il problema dell'incrostazione della membrana è la principale limitazione relativa alla rimozione dei pesticidi con questo metodo perché interrompe le prestazioni della membrana nella separazione7. Il metodo di adsorbimento superficiale su substrati solidi e porosi presenta un vantaggio significativo rispetto ad altre tecniche di trattamento dell’acqua e delle acque reflue grazie al suo basso costo, facilità d’uso, produzione di meno sottoprodotti e facile integrazione con altre tecniche per una migliore efficienza8. I principi del processo di adsorbimento superficiale sono mostrati in Fig. 2. Il trasferimento di massa avviene quando la soluzione contaminata dall'inquinante entra in contatto con l'adsorbente. Le specie adsorbite dagli inquinanti vengono trasportate selettivamente dalla soluzione sfusa e occupano i siti di legame sulla superficie dell'adsorbente. In base alla natura dell'interazione tra l'adsorbente e l'adsorbato, il fenomeno dell'adsorbimento superficiale è chimico o fisico. L'adsorbimento fisico superficiale porta all'adsorbimento di diversi strati di contaminante sull'adsorbente ed è anche endotermico e reversibile, mentre l'adsorbimento chimico superficiale è un denso adsorbimento a strato singolo ed è anche un processo esotermico e irreversibile ed è più forte dell'adsorbimento fisico9. Carbone attivo, Biochar, argilla montmorillonite e idrogel sono gli adsorbenti più importanti utilizzati per rimuovere i pesticidi dall'acqua e dalle acque reflue10,11,12. L'idrogel è una rete polimerica tridimensionale rigonfiabile, idrofila e insolubile prodotta dalla reazione di uno o più monomeri. Queste caratteristiche distinguono gli idrogel da altri polimeri. In base all'origine del polimero, gli idrogel si dividono in due categorie: naturali e sintetici. Gli idrogel naturali hanno una lunga durata, un'elevata capacità di assorbimento dell'acqua e un'elevata resistenza del gel e hanno gradualmente sostituito gli idrogel sintetici13. La gomma adragante (TG) è uno dei polisaccaridi naturali economici ottenuti dalla linfa essiccata dell'astragalo e, grazie alla presenza di gruppi funzionali idrossilici, carbossilici ed epossidici, può essere utilizzato nella reazione di polimerizzazione con vari reagenti. Questa gomma è atossica, biocompatibile e stabile in un'ampia gamma di pH14. Gli idrogel a base di acido acrilico, a causa dell'elevato rigonfiamento, dell'elevata capacità di adsorbimento e dell'elevata velocità di adsorbimento, hanno trovato ampie applicazioni nel campo della preparazione di assorbenti polimerici per il trattamento dell'acqua e delle acque reflue. Il metodo di sintesi più comune per questi idrogel è il metodo di polimerizzazione radicalica. Il grado di reticolazione è uno dei fattori più importanti nella capacità di adsorbimento di questi idrogel. Sono stati proposti vari meccanismi di adsorbimento da parte di questi idrogel, come interazioni elettrostatiche, interazioni idrofobiche, scambio ionico e legami idrogeno15. Inoltre, gli idrogel a base di acrilammide sono gli idrogel più comunemente usati e mostrano un cambiamento di volume significativo in risposta a stimoli fisici e chimici. Questi idrogel vengono utilizzati per rimuovere vari contaminanti16,17. In questo studio, per la prima volta, abbiamo utilizzato un idrogel a base di carbossimetiladragante innestato con poli (acido acrilico-co-acrilammide) per rimuovere PEN da soluzioni acquose e i parametri del tempo di contatto dell'adsorbente con il contaminante, la concentrazione del contaminante e il pH della soluzione erano valutato.