Preparation and Characterization of an Electrospun Whey Protein/Polycaprolactone Nanofiber Membrane for Chromium Removal from Water

Abstract

: Chromium pollution represents a worldwide concern due to its high toxicity and bioaccumulation in organisms and ecosystems. An interesting material to remove metal ions from water is a whey-protein-based material elaborated by electrospinning, which is an emerging method to produce adsorbent membranes with diverse applications. The aim of this study was to prepare an adsorbent membrane of whey protein isolate (WPI) and polycaprolactone (PCL) by electrospinning to remove chromium ions from water. The adsorbent membrane was synthesized by a central composed design denaturing WPI using 2-Mercaptoethanol and mixing it with PCL to produce electrospun nanofibers. The adsorbent membrane was characterized by denaturation, Scanning Electron Microscope, Fourier-Transform Infrared Spectroscopy, Contact Angle, Thermogravimetric Analysis, and X-ray Photoelectron Spectrometry. The adsorption properties of this membrane were assessed in the removal of chromium. The removal performance of the membrane was enhanced by an increase in temperature showing an endothermic adsorption process. The adsorption process of chromium ions onto the nanofiber membrane followed the Sips adsorption isotherm, while the adsorption kinetics followed a pseudo-second kinetics where the maximum adsorption capacity was 31.0 mg/g at 30 ◦C and pH 2. This work provides a novel method to fabricate a hybrid membrane with amyloid-type fibrils of WPI and PCL, which is a promising adsorbent to remove heavy metal ions from water.

La contaminación por cromo representa una preocupación mundial debido a su alta toxicidad y bioacumulación en organismos y ecosistemas. Un material interesante para eliminar iones metálicos del agua. es un material a base de proteína de suero elaborado mediante electrohilado, que es un método emergente para producir membranas adsorbentes con diversas aplicaciones. El objetivo de este estudio fue preparar un membrana adsorbente de aislado de proteína de suero (WPI) y policaprolactona (PCL) mediante electrohilado para eliminar los iones de cromo del agua. La membrana adsorbente fue sintetizada por una central compuesta diseño desnaturalizando WPI usando 2-mercaptoetanol y mezclándolo con PCL para producir electrohilado nanofibras. La membrana adsorbente se caracterizó mediante desnaturalización, microscopio electrónico de barrido, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, ángulo de contacto, análisis termogravimétrico y Espectrometría fotoelectrónica de rayos X. Las propiedades de adsorción de esta membrana se evaluaron en el eliminación de cromo. El rendimiento de eliminación de la membrana se vio mejorado por un aumento en temperatura que muestra un proceso de adsorción endotérmica. El proceso de adsorción de iones de cromo. sobre la membrana de nanofibras siguió la isoterma de adsorción Sips, mientras que la cinética de adsorción siguió una cinética de pseudosegundo donde la capacidad máxima de adsorción fue de 31,0 mg/g a 30 ◦C y pH 2. Este trabajo proporciona un método novedoso para fabricar una membrana híbrida con tipo amiloide. fibrillas de WPI y PCL, que es un adsorbente prometedor para eliminar iones de metales pesados ​​del agua.