Apresentando modelo de aprendizado de máquina para metodologia de superfície de resposta para biossorção de corante azul de metileno usando biomassa de Triticum aestivum

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8574 (2023) Citar este artigo

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Um grande problema ambiental em escala global é a contaminação da água por corantes, principalmente provenientes de efluentes industriais. Consequentemente, o tratamento de águas residuais de vários resíduos industriais é crucial para restaurar a qualidade ambiental. O corante é uma classe importante de poluentes orgânicos que são considerados prejudiciais tanto para as pessoas quanto para os habitats aquáticos. A indústria têxtil tem se interessado cada vez mais por adsorventes de base agrícola, principalmente na adsorção. A biossorção do corante azul de metileno (MB) de soluções aquosas pela biomassa da palha de trigo (T. aestivum) foi avaliada neste estudo. Os parâmetros do processo de biossorção foram otimizados usando a abordagem da metodologia de superfície de resposta (RSM) com um design composto centralizado na face (FCCCD). Usando uma concentração de 10 mg/L de corante MB, 1,5 mg de biomassa, um pH inicial de 6 e um tempo de contato de 60 min a 25 °C, as porcentagens máximas de remoção de corante MB (96%) foram obtidas. Técnicas de modelagem de rede neural artificial (ANN) também são empregadas para estimular e validar o processo, e sua eficácia e capacidade de prever a reação (eficiência de remoção) foram avaliadas. A existência de grupos funcionais, que são importantes sítios de ligação envolvidos no processo de biossorção de MB, foi demonstrada por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Além disso, um microscópio eletrônico de varredura (MEV) revelou que partículas frescas e brilhantes foram absorvidas na superfície do T. aestivum após o procedimento de biossorção. A bio-remoção de MB de efluentes de águas residuais demonstrou ser possível usando biomassa de T. aestivum como biossorvente. É também um biossorvente promissor, econômico, ecológico, biodegradável e econômico.

As indústrias de tinturarias têxteis produzem uma quantidade significativa de resíduos, 5% dos quais acabam em efluentes de águas residuais de cerca de 637,3 milhões de metros cúbicos por ano, o que contribui significativamente para a poluição dos corpos d'água1. As águas residuais das indústrias que produzem corantes e pigmentos, assim como muitas outras, são tipicamente ricas em cor e material orgânico. O uso de corantes é generalizado em setores como têxtil, borracha, papel, plástico e cosméticos. Os têxteis são os primeiros entre essas várias indústrias no uso de corantes para colorir fibras. A descarga de corantes das indústrias têxteis causa poluição severa do ar, da água e do solo e, portanto, afeta negativamente o meio ambiente. A indústria têxtil tornou-se recentemente um problema significativo que tem impacto nas pessoas e no meio ambiente2. As águas residuais que contêm corantes são perigosas porque contêm substâncias tóxicas, sólidos suspensos e outros produtos químicos3,4. Um produto químico que resulta de sua interação é extremamente perigoso para pessoas, plantas e vida aquática. O resultado são doenças transmitidas pela água5. MB é o corante mais comum e popular na indústria têxtil, usado para colorir lã, seda e algodão. O MB é uma estrutura quinoide aniônica carregada positivamente e a fórmula química do MB é C16H18ClN3S. Metemoglobinemia, necrose tecidual, confusão mental e vômitos são possíveis efeitos colaterais da toxicidade do MB6. Limitar a transferência de oxigênio e impedir que a luz solar atinja os corpos d'água são dois efeitos negativos dos corantes no meio ambiente7.

Recentemente, vários relatos sobre métodos de remoção de corantes foram divulgados8. As três principais categorias de tratamento para os métodos apresentados são tratamentos químicos, biológicos e físicos9,10. Alguns dos métodos notáveis ​​que são normalmente relatados incluem adsorção, tratamento biológico, tratamento eletroquímico, oxidação avançada (AOP) e filtração por membrana11,12. A pré-prova é usada para se livrar do corante. Cada técnica tem vantagens e desvantagens. A abordagem mais utilizada é a adsorção13. Permite a remoção de poluentes em níveis que variam de baixo a alto. Como resultado, numerosos estudos foram realizados para criar materiais adsorventes eficientes e acessíveis14. A mais adaptável e amplamente utilizada dessas técnicas é a biossorção, que é acessível e fácil de usar15,16. Numerosos estudos apoiaram e confirmaram o uso de uma variedade de materiais para biossorção de poluentes para remover contaminantes17,18. Biossorventes populares e altamente eficazes, como o carvão ativado, também são mais caros19, o que levou muitos pesquisadores a procurar biossorventes que fossem baratos e facilmente acessíveis localmente20,21. Para remover o corante MB de efluentes têxteis, T. aestivum é usado como um biossorvente de baixo custo neste estudo. É um resíduo agrícola frequentemente descartado, de fácil acesso e que não pode mais ser utilizado para fins benéficos22,23. Além disso, está disponível gratuitamente ou é extremamente barato, tornando-o um biossorvente prontamente disponível e econômico. As desvantagens dos adsorventes sintetizados para o tratamento de efluentes corantes são: a regeneração do biossorvente é cara e resulta na perda de materiais, requer alta dosagem e é economicamente inviável para algumas indústrias como papel e celulose.