O compósito criado, denominado ZVCu@BAC, foi obtido através de um método de co-pirólise numa só etapa que converte resíduos agrícolas de bunho em carvão ativado enriquecido com nanopartículas de cobre no estado de oxidação zero.
«As atividades industriais, como a produção têxtil, a produção de papel, o processamento de couro e o processamento de alimentos, podem gerar águas residuais com corantes sintéticos. Uma vez que muitos corantes sintéticos são quimicamente estáveis, difíceis de biodegradar e persistentes no ambiente, a sua libertação em massas de água pode representar riscos para os ecossistemas aquáticos e para a saúde humana», referem os investigadores.
A equipa de investigação aponta que os gases redutores gerados pela própria biomassa durante o processo, nomeadamente monóxido de carbono e hidrogénio, permitiram reduzir os precursores de cobre sem recurso a agentes químicos redutores adicionais.
«É alarmante que 20% dos efluentes têxteis tóxicos e recalcitrantes sejam descarregados sem tratamento, causando graves danos à vida aquática e à saúde humana. Até ao momento, não existe um único método de tratamento de águas residuais que seja universalmente adequado», afirma Asif Ali, autor principal do estudo.
Segundo a investigação, os métodos convencionais, como a separação por membranas e os processos de oxidação avançada, podem ser condicionados por elevados requisitos energéticos, pela formação de produtos secundários, necessidades de manutenção e custos operacionais. O carvão ativado é apresentado como uma alternativa eficaz para a remoção de corantes, mas o carvão ativado comercial pode exigir processos de produção e regeneração dispendiosos, enquanto alguns métodos de modificação com metais requerem agentes redutores químicos adicionais.
Nos ensaios de adsorção foram avaliados o corante catiónico azul de metileno e os corantes aniónicos laranja de metilo e amarelo-sol. O ZVCu@BAC apresentou capacidades máximas de adsorção de 62,31 miligramas de corante por grama de compósito para o azul de metileno, 56,37 miligramas por grama para o laranja de metilo e 35,76 miligramas por grama para o amarelo-sol.
Após seis ciclos de regeneração, ou seja, seis utilizações consecutivas do material com limpeza do corante retido entre cada uma, o compósito manteve 90,6% da eficiência de remoção do azul de metileno e 88% da remoção do laranja de metilo. O custo preliminar de produção do ZVCu@BAC está estimado em cerca de 1.800 ienes (cerca de 10,1 euros) por quilograma.
«Os resultados do nosso estudo representam uma oportunidade para promover uma economia circular: valorizar a biomassa invasiva e de custo zero do bunho, transformando-o numa estrutura de carbono funcional através de um processo de co-pirólise ecológico e de uma única etapa», sublinha Michiaki Matsumoto, professor na Universidade Dōshisha e coautor do estudo.
No estudo, intitulado “Green fabrication of copper nanoparticle-enhanced bullrush-derived activated carbon via single-step pyrolysis for broad-spectrum adsorption and simultaneous removal of cationic and anionic dyes” e publicado no Journal of Environmental Chemical Engineering, os autores apontam ainda a possibilidade de explorar o compósito na remoção simultânea de diferentes corantes em águas residuais industriais, referindo que a «tolerância a uma ampla gama de pH poderá alargar as suas aplicações».
