Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / The presence of high concentrations of toxic metals in water bodies requires a
constant search for new and more effective methods to treat industrial waste.
The present work proposes a technique for the removal of chromium present in
leather tannery effluent, using a hybrid magnetic adsorbent, CoFe2O4/NOM,
synthesized using an environmentally friendly procedure. Salts of the metals
(Co and Fe) were used as precursors and natural organic matter (NOM) was
used as the gelification agent, replacing the traditional reagents that are toxic
and expensive. Comparisons were made of CoFe2O4/NOM produced at
ambient temperature (FeAMB) and the materials produced after calcination at
200 (Fe200), 400 (Fe400), and 800 °C (Fe800). The materials were analyzed
by X-ray diffractometry and infrared spectroscopy, which revealed the presence
of NOM in the structure of the material, together with the formation of cobalt
ferrite, hence confirming the suitability of the new synthesis route. Adsorption
tests, performed as a function of pH and time, showed the effectiveness of
FeAMB at the natural pH of the effluent (pH 4.2), while at pH 6.0 the removal
percentages were approximately 94, 100, 98, and 89% for FeAMB, Fe200,
Fe400, and Fe800, respectively, with corresponding equilibration times of 60,
120, 120, and 60 minutes, respectively. Kinetics assays showed that high
adsorption of 70-87% was achieved after only 20 minutes. The adsorption
kinetics could be fitted using a pseudo-second order model, and the likely
removal mechanism was electrostatic attraction between carboxylate groups
and the cationic chromium species CrOH2+ and Cr(OH)2
+. Amongst the
adsorbents studied, the FeAMB/NOM hybrid material was especially attractive
because it did not require heat treatment and showed high removal capacities
during five reuse cycles, ranging from 96% in the first cycle to 82% in the fifth
cycle. The residues remaining after the reuse cycles, comprising the FeAMB
hybrid saturated with chromium (FeAMB_Sat) and the desorbed chromium
solution (dried and calcined at 500 °C, denoted CrD), showed excellent catalytic
activity in the reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol, the latter being an
important compound used in the synthesis of pharmaceuticals and corrosion
inhibitors. The conversion rates and times were 99.9% and 55 seconds for
vi
FeAMB_Sat, and 99.9% and 3 seconds for CrD. A magnetic hybrid material
(denoted FeSF) was also synthesized replacing the analytical grade iron salt
precursor by a ferric sulfate solution derived from the treatment of iron ore
mining waste. This hybrid was highly efficient as an adsorbent, with 98%
removal of chromium present in an industrial effluent in only 20 minutes. The
technique described here contributes to the development of industrial symbiosis
since it uses materials prepared using natural substances and enables the
reuse of waste in the production cycle. The procedure is a technologically viable
alternative for the remediation of metal-contaminated effluents. / O aumento da concentração de metais tóxicos nos corpos hídricos impulsiona
uma busca constante por tratamentos eficientes para remediar resíduos
industriais. Portanto, neste trabalho é proposto a remediação do cromo
existente em efluente industrial de curtimento de couro utilizando um
adsorvente híbrido magnético, CoFe2O4/MON, sintetizado por uma rota
modificada, eco-amigável. Utiliza-se como precursores sais dos metais de
interesse e a matéria orgânica natural (MON) como substância gelificante, em
substituição aos reagentes tradicionais que são tóxicos e de alto custo. Para
fins comparativos, a CoFe2O4/MON obtida à temperatura ambiente (FeAMB) foi
calcinada a 200 (Fe200), 400 (Fe400) e 800°C (Fe800) e a formação do
material foi confirmada por difratometria de raios x, que indicou também,
simultaneamente, com o infravermelho, a presença da MON na estrutura do
material, a formação da ferrita de cobalto e assim, a eficácia da rota de síntese
proposta. Os ensaios de adsorção em função do pH e do tempo, evidenciaram
a eficiência da FeAMB, no pH natural do efluente (4,2), enquanto que para os
demais, no pH 6,0; com percentuais de remoção de aproximadamente 94, 100,
98 e 89% para FeAMB, Fe200, Fe400, Fe800, respectivamente, e tempos de
equilíbrio de 60, 120, 120 e 60 minutos. Entretanto, com apenas 20 minutos de
ensaios cinéticos houve uma alta resposta de adsorção, entre 70-87%. A
cinética de adsorção ajustou-se melhor ao modelo de pseudo-segunda ordem e
o possível mecanismo de remoção ocorre por atração eletrostática entre os
grupos carboxilatos e as espécies catiônicas do cromo, CrOH2+, Cr(OH)2
+. O
material híbrido FeAMB/MON destaca-se entre os demais adsorventes em
estudo por não ter sido submetido a tratamento térmico e porque apresentou
uma elevada capacidade de remoção após ser submetido a cinco ciclos de
reutilização, variando de 96% no primeiro ciclo para 82% no quinto ciclo. Os
resíduos decorrentes dos ciclos de reutilização, o híbrido FeAMB saturado com
cromo (FeAMB_Sat) e a solução de cromo dessorvido, seca e calcinada a
500°C (CrD), apresentaram excelentes potenciais catalíticos na redução do 4-
nitrofenol a 4-aminofenol, o qual é um importante insumo para a síntese de
produtos farmacêuticos e inibidores de corrosão. A taxa e o tempo de
conversão da redução, foram de 99,9% e 55 segundos para FeAMB_Sat e
99,9% e 3 segundos para CrD. De modo eminente, também foi sintetizado um
material híbrido magnético substituindo o precursor sal de ferro em grau
analítico por solução de sulfato férrico oriunda de um resíduo tratado da
mineração de ferro, denominado FeSF. Este híbrido revelou uma eficiência
notável como adsorvente, pois o percentual de remoção de cromo presente em
efluente industrial foi de 98% em apenas 20 minutos. Diante disso, o presente
estudo contribuiu para a prática da simbiose industrial ao propor o emprego de
substâncias naturais na elaboração de materiais, bem como a reutilização dos
resíduos, e sua reinserção no ciclo produtivo desenvolvendo uma alternativa
tecnologicamente viável para remediação de metais.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:ri.ufs.br:riufs/6063 |
| Date | 29 July 2016 |
| Creators | Souza, Daiane Requião de |
| Contributors | Romão, Luciane Pimenta Cruz, Cunha, Graziele da Costa |
| Publisher | Universidade Federal de Sergipe, Pós-Graduação em Química, UFS, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFS, instname:Universidade Federal de Sergipe, instacron:UFS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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