Presentazione del modello di apprendimento automatico per la metodologia della superficie di risposta per il bioassorbimento del colorante blu di metilene utilizzando la biomassa di Triticum aestivum

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8574 (2023) Citare questo articolo

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Uno dei principali problemi ambientali su scala globale è la contaminazione dell’acqua da parte dei coloranti, in particolare quelli provenienti dagli effluenti industriali. Di conseguenza, il trattamento delle acque reflue provenienti da vari rifiuti industriali è fondamentale per ripristinare la qualità ambientale. I coloranti rappresentano un'importante classe di inquinanti organici considerati dannosi sia per le persone che per gli habitat acquatici. L’industria tessile è diventata sempre più interessata agli adsorbenti di origine agricola, in particolare all’adsorbimento. In questo studio è stato valutato il bioassorbimento del colorante blu di metilene (MB) da soluzioni acquose da parte della biomassa della paglia di grano (T. aestivum). I parametri del processo di bioassorbimento sono stati ottimizzati utilizzando l'approccio della metodologia della superficie di risposta (RSM) con un design composito centrale centrato sul volto (FCCCD). Utilizzando un colorante MB con una concentrazione di 10 mg/L, 1,5 mg di biomassa, un pH iniziale di 6 e un tempo di contatto di 60 minuti a 25 °C, sono state ottenute le percentuali massime di rimozione del colorante MB (96%). Per stimolare e validare il processo vengono impiegate anche tecniche di modellazione della rete neurale artificiale (ANN), di cui sono state valutate l'efficacia e la capacità di prevedere la reazione (efficienza di rimozione). L'esistenza di gruppi funzionali, che sono importanti siti di legame coinvolti nel processo di bioassorbimento del MB, è stata dimostrata utilizzando gli spettri FTIR (spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier). Inoltre, un microscopio elettronico a scansione (SEM) ha rivelato che particelle fresche e lucenti erano state assorbite sulla superficie del T. aestivum in seguito alla procedura di biosorbimento. È stato dimostrato che la biorimozione del MB dagli effluenti delle acque reflue è possibile utilizzando la biomassa di T. aestivum come bioassorbente. È anche un promettente bioassorbente economico, rispettoso dell’ambiente, biodegradabile ed economico.

Le industrie degli impianti di tintura tessile producono una quantità significativa di rifiuti, il 5% dei quali finisce negli effluenti delle acque reflue per circa 637,3 milioni di metri cubi all'anno, che contribuiscono in modo significativo all'inquinamento dei corpi idrici1. Le acque reflue provenienti dalle industrie che producono coloranti e pigmenti, così come molte altre, sono generalmente ricche di colore e materiale organico. L'uso dei coloranti è diffuso in settori come quello tessile, della gomma, della carta, della plastica e dei cosmetici. Il tessile è il primo tra questi numerosi settori nell'uso di coloranti per colorare le fibre. Lo scarico dei coloranti provenienti dalle industrie tessili provoca un grave inquinamento dell’aria, dell’acqua e del suolo e quindi ha un impatto negativo sull’ambiente. L’industria tessile è recentemente diventata un problema significativo che ha un impatto sia sulle persone che sull’ambiente2. Le acque reflue che contengono coloranti sono pericolose perché contengono sostanze tossiche, solidi sospesi e altri prodotti chimici3,4. Una sostanza chimica risultante dalla loro interazione è estremamente pericolosa per le persone, le piante e la vita acquatica. Il risultato sono malattie trasmesse dall'acqua5. MB è il colorante più comune e popolare nell'industria tessile, utilizzato per colorare lana, seta e cotone. MB è una struttura chinonoide anionica carica positivamente e la formula chimica di MB è C16H18ClN3S. Metaemoglobinemia, necrosi tissutale, confusione mentale e vomito sono tutti possibili effetti collaterali della tossicità del MB6. Limitare il trasferimento di ossigeno e impedire alla luce solare di raggiungere i corpi idrici sono due effetti negativi dei coloranti sull'ambiente7.

Recentemente sono stati pubblicati numerosi rapporti sui metodi di rimozione del colorante8. Le tre principali categorie di trattamento per i metodi presentati sono trattamenti chimici, biologici e fisici9,10. Alcuni dei metodi notevoli che vengono tipicamente riportati includono l'adsorbimento, il trattamento biologico, il trattamento elettrochimico, l'ossidazione avanzata (AOP) e la filtrazione su membrana11,12. La pre-impermeabilizzazione viene utilizzata per eliminare la tintura. Ogni tecnica presenta vantaggi e svantaggi. L'approccio utilizzato più frequentemente è l'adsorbimento13. Consente la rimozione degli inquinanti a livelli che vanno da basso ad alto. Di conseguenza, sono stati condotti numerosi studi per creare materiali adsorbenti efficienti e convenienti14. La più adattabile e ampiamente utilizzata di queste tecniche è il bioassorbimento, è conveniente e facile da usare15,16. Numerosi studi hanno supportato e confermato l'uso di una varietà di materiali per il bioassorbimento degli inquinanti per rimuovere i contaminanti17,18. I bioassorbenti più diffusi e altamente efficaci come il carbone attivo sono anche più costosi19, il che ha portato molti ricercatori a cercare bioassorbenti poco costosi e facilmente accessibili a livello locale20,21. Per rimuovere il colorante MB dalle acque reflue tessili, in questo studio viene utilizzato T. aestivum come bioassorbente a basso costo. Si tratta di un prodotto di scarto agricolo spesso scartato, facilmente accessibile e che non può più essere utilizzato per scopi benefici22,23. Inoltre, è disponibile gratuitamente o estremamente economico, il che lo rende un bioassorbente facilmente disponibile ed economico. Gli svantaggi degli adsorbenti sintetizzati per il trattamento delle acque reflue coloranti sono che la rigenerazione del bioassorbente è costosa e comporta la perdita di materiali, richiede un dosaggio elevato ed è economicamente non redditizia per alcune industrie come quella della carta e della pasta di legno.