Comprensione dell'adsorbimento del fluoro dalle acque sotterranee da parte dell'allumina modificata con allume utilizzando il modello di complessazione superficiale PHREEQC

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12307 (2023) Citare questo articolo

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Il fluoro è riconosciuto come uno ione vitale per la crescita umana e animale a causa del ruolo fondamentale che svolge nella prevenzione di problemi scheletrici e dentali. Tuttavia, quando viene ingerito ad una concentrazione maggiore può causare demineralizzazione di denti e ossa con conseguente fluorosi, pertanto per il trattamento dei fluoruri è necessaria la produzione di materiale ad alta capacità di assorbimento che sia anche economico. In questo studio, il foglio di alluminio viene valorizzato in nanoparticelle di allumina. L'allumina così preparata è stata modificata con allume in due diversi rapporti di 1:0,5 e 1:1 (allumina su allume p/p%) e successivamente utilizzata come adsorbenti per la rimozione del fluoruro dalle acque sotterranee. Gli adsorbenti sono stati caratterizzati mediante spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, punto di carica zero e diffrazione di raggi X. Diversi fattori che influenzano l'efficienza di rimozione dei fluoruri come pH, concentrazioni iniziali, tempo di contatto e dosaggio dell'adsorbente sono stati studiati e ottimizzati utilizzando una soluzione di fluoruro simulata. Le condizioni ottimali ottenute sono state utilizzate per testare vere e proprie acque sotterranee. Le condizioni dell'esperimento statico sono state utilizzate per calibrare un modello geochimico PHREEQC che è stato successivamente utilizzato per simulare l'assorbimento del fluoruro sull'allumina modificata in diverse condizioni. PHREEQC è stato inoltre abbinato a un software di stima dei parametri per determinare le costanti di equilibrio per le reazioni superficiali tra le specie di fluoruro e l'adsorbente in modo che le simulazioni riflettano accuratamente i risultati degli esperimenti di laboratorio. Sono stati effettuati studi isotermici sugli adsorbenti. Sia i modelli non lineari di Langmuir che quelli di Freundlich si adattavano bene ai dati di equilibrio. Tuttavia, con un coefficiente di regressione più elevato e valori di test chi quadrato bassi, il processo di adsorbimento era più un chemisorbimento su una superficie monostrato. Sono stati condotti studi cinetici anche utilizzando le equazioni non lineari dei modelli pseudo-primo e pseudo-secondo ordine. Il modello di pseudo-secondo ordine si adattava bene ai dati di equilibrio. Il meccanismo per l'adsorbimento degli ioni fluoruro è stato studiato anche mediante il modello di diffusione intraparticellare (IP) e si è scoperto che IP non era il fattore determinante la velocità, e quindi il meccanismo più plausibile per il processo di assorbimento era lo scambio ionico o l'attrazione degli ioni fluoruro a la superficie assorbente. I risultati ottenuti da questa ricerca mostrano che i rifiuti di alluminio facilmente disponibili potrebbero essere valorizzati in un prodotto utile che potrebbe essere impiegato nella rimozione del fluoro dai campioni di acqua, comprese le acque sotterranee, che potrebbero contenere troppo fluoro e rappresentare un rischio per la salute pubblica in generale. .

Il fluoro è riconosciuto come un elemento vitale per la crescita umana e animale a causa del ruolo fondamentale che svolge nella prevenzione di problemi scheletrici e dentali. Tuttavia, quando viene ingerito a una concentrazione maggiore può causare la demineralizzazione di denti e ossa con conseguente fluorosi1. Il fluoro è uno degli ioni cruciali oltre al nitrato e all'arsenico che provoca una vasta gamma di problemi per la salute attraverso l'esposizione. La concentrazione massima consentita raccomandata nell'acqua potabile dall'Organizzazione Mondiale della Sanità2 e dalla Ghana Standard Authority3 è 1,5 mg/L.

I problemi di salute derivanti dall'ingestione di acqua potabile con elevate concentrazioni di fluoro sono in aumento nei paesi in via di sviluppo a causa della mancanza di adeguati impianti di trattamento dell'acqua4. Le fonti naturali di fluoro sono interconnesse con i diversi tipi di rocce e attività vulcaniche che si manifestano in quelle aree. Anche altri fattori che contribuiscono, come l’erosione delle rocce e la mineralogia dei bacini idrografici e delle falde acquifere, spiegano la maggiore concentrazione di fluoruro all’interno di una specifica comunità5. La maggior parte delle persone che risiedono in queste aree dipendono dalle acque sotterranee per il loro approvvigionamento idrico.