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, Artigo número: 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 considerados prejudiciais às pessoas e aos habitats aquáticos. A indústria têxtil tornou-se mais interessada em adsorventes de base agrícola, particularmente 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 planejamento composto central centrado na face (FCCCD). Utilizando corante MB com concentração de 10 mg/L, 1,5 mg de biomassa, pH inicial de 6 e tempo de contato de 60 min a 25 °C, foram obtidas as porcentagens máximas de remoção de corante MB (96%). Técnicas de modelagem de redes neurais artificiais (RNA) 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 utilizando espectros de espectroscopia no infravermelho com 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, ecologicamente correto, biodegradável e econômico.

As indústrias de tinturaria têxtil 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 de água1. As águas residuais de indústrias que produzem corantes e pigmentos, bem como muitas outras, são tipicamente ricas em cor e matéria orgânica. O uso de corantes é generalizado em setores como têxtil, borracha, papel, plástico e cosméticos. Os têxteis são os primeiros entre essas diversas indústrias no uso de corantes para colorir fibras. A descarga de corantes das indústrias têxteis causa grave poluição do ar, da água e do solo e, portanto, impacta negativamente o meio ambiente. A indústria têxtil tornou-se recentemente um problema significativo que tem impacto tanto nas pessoas como no ambiente2. As águas residuais que contêm corante são perigosas porque contêm substâncias tóxicas, sólidos suspensos e outros produtos químicos3,4. Um produto químico resultante de sua interação é extremamente perigoso para as pessoas, as plantas e a vida aquática. O resultado são doenças transmitidas pela água5. MB é o corante mais comum e popular na indústria têxtil, usado para colorir lã, sedas e algodão. MB é uma estrutura quinonóide aniônica carregada positivamente e a fórmula química do MB é C16H18ClN3S. Metemoglobinemia, necrose tecidual, confusão mental e vômito são possíveis efeitos colaterais da toxicidade do MB6. Limitar a transferência de oxigénio e impedir que a luz solar atinja os corpos de água são dois efeitos negativos dos corantes no ambiente7.

Recentemente, vários relatórios 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 ​​normalmente relatados incluem adsorção, tratamento biológico, tratamento eletroquímico, oxidação avançada (AOP) e filtração por membrana11,12. A pré-prova é usada para eliminar a tinta. 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 que sejam 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 das águas residuais têxteis, T. aestivum é utilizado como biossorvente de baixo custo neste estudo. É um resíduo agrícola frequentemente descartado, facilmente acessível e que não pode mais ser utilizado para fins benéficos22,23. Além disso, está disponível gratuitamente ou é extremamente barato, o que o torna um biossorvente prontamente disponível e de baixo custo. As desvantagens dos adsorventes sintetizados para o tratamento de águas residuais 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.