Obtenção de sólidos baseados em óxido de ferro, óxido de nióbio e carvão ativado a partir da lignina do licor preto para tratamento de efluentes

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Santos, V.G. (IFBA) ; Ferreira, J.S. (COLÉGIO ESTADUAL OCIDENTAL) ; Rosa Martins, A. (IFBA)

Resumo

Neste trabalho foram desenvolvidos catalisadores baseados em óxido de ferro, óxido de nióbio e carvão ativado a partir da lignina do licor preto para tratamento de efluentes industriais. O suporte foi obtido da extração da lignina do licor preto e impregnado com sais de ferro e/ou nióbio. Em seguida, os sólidos foram caracterizados por medida de ponto de carga zero e avaliados na reação adsorção e oxidação do azul de metileno. Foram encontrados valores de PCZ abaixo do pH da solução de azul de metileno. Todos os sólidos apresentaram atividade como adsorvente sendo que a atividade catalítica foi obtida de forma significativa sobre os sólidos contendo óxido de ferro e óxido de ferro/óxido de nióbio. A presença de nióbio parece ter favorecido a atividade das espécies de ferro.

Palavras chaves

lignina; licor preto; óxido de nióbio

Introdução

Os Processos Oxidativos Avançados têm obtido cada vez mais destaque, principalmente no que diz respeito ao tratamento de efluentes e/ou compostos recalcitrantes. Para a catálise heterogênea, além do óxido de ferro, outro material que pode integrar no sistema é o óxido de nióbio, o que geralmente é atribuído às suas propriedades redox. Enquanto o suporte de carvão ativado mostra-semais atraente com elevada porosidade, área específica e estrutura porosa micro cristalina. Há diversas tecnologias de obtenção de carvão ativado, sendo que alguns autores têm buscado obtê-lo do resíduo da industria de celulose, denominado licor preto. O licor preto dispõe alcalinidade ativa e pode acarretar problemas no controle biológico das estações de tratamento de efluentes e impactos nocivos aos ecossistemas aquáticos, além de emissões de poluentes atmosféricos (CARREIRO, 2009). Um dos componentes presente no licor preto é a lignina, que apresenta elevada capacidade para ser utilizada em inúmeros setores, tais como, na produção de resinas fenólicas (NOGUEIRA et al., 2007). Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi obter catalisadores baseados em óxido de ferro, óxido de nióbio e carvão ativado a partir da lignina do licor preto para tratamento de efluentes.

Material e métodos

Para a obtenção da lignina foram separados 200 mL do licor preto em um sistema interno aquecido a 56 °C. Foram adicionados 50 g de sulfato de sódio e 500 mL de ácido sulfúrico a 6 molL-1. Manteve-se agitação leve até o aparecimento do precipitado, com a formação do corpo de fundo. Após filtração, o material foi lavado com uma solução de ácido clorídrico pH 1. A lignina obtida foi seca na estufa por 8 h a 120 °C. O suporte foi então impregnado com uma solução de oxalato amoniacal de nióbio, sulfato de ferro e amônio e acetato de amônio. A mistura passou por secagem aquecimento na mufla a 400 °C por 2 h. Foram preparadas amostras com ferro (LPFe), nióbio (LPNb), ferro e nióbio (LPNbFe) e sem impregnantes (LP) As amostras foram caracterizadas por medida do ponto de carga zero e avaliadas na adsorção e oxidação do azul de metileno. Para determinação do PCZ, o pH foi controlado com uso das soluções de hidróxido de sódio e/ou ácido clorídrico, antes e após um determinado intervalo de tempo(FERREIRA et al., 2018). Os testes de adsorção foram feitos em bateladas com pH em torno de 5,68 a 26 °C, sendo retiradas alíquotas nos intervalos pré-determinados que foram centrifugadas, por 10 min a 2000 rpm, e em seguida analisadas em um espectrofotometria UV-Vis no comprimento de onda de 666 nm. Os testes de adsorção e/ou oxidação do azul de metileno foram realizados com o mesmo procedimento, utilizando-se 1 mL de peróxido de hidrogênio a 30 % (v/v).

Resultado e discussão

As amostras LPFeNb, LPFe e LPNb apresentaram o PCZ abaixo do pH da solução de azul de metileno (Figura 1). Quando o pHPCZ do sólido for menor que o pH da solução, a adsorção para um adsorbato catiônico é favorecido, devido ao aumento de cargas negativas, o que justifica o uso dos mesmo como adsorventes enquanto que se o pH da solução for maior do que o pHPCZ do material sólido a superfície deste ficará carregada negativamente. Nesse sentido a adsorção para um adsorbato catiônico como o azul de metileno é favorecido(FERREIRA et al., 2018). Já a mostra LP apresentou um PCZ maior que o pH do meio reacional o que esperaria não ser favorável como um bom adsorvente por possui em sua superfície cargas positivas. Os resultados de adsorção/oxidação do azul de metileno demonstram que ocorreu remoção da cor do corante tanto pela adsorção (Figura 2a) quanto pela degradação (Figura 2b) promovida pelos sólidos com base em óxido de ferro e nióbia. As amostras LP e LPNb apresentaram os melhores resultados de adsorção enquanto as amostras contendo ferro e nióbio e somente ferro os melhores resultados no teste catalítico. Os resultados de adsorção refletem os valores de PCZ e podem indicar uma superfície mais elevada e mais porosa nas amostras contendo apenas nióbio e na amostra não impregnada(FERREIRA; MARTINS, 2018). Da mesma forma, os resultados de oxidação indicam reação de Fenton. Além disso, a presença de nióbio parece ter favorecido a atividade das espécies de ferro.

Relação entre o pH inicial e o final das medidas de PCZ das soluções contendo os catalisadores.


Curva de adsorção(a) e oxidação (b) do azul de metileno em função do tempo.

Conclusões

Neste trabalho foram desenvolvidos sólidos baseados em óxido de ferro, óxido de nióbio e carvão ativado a partir da lignina do licor preto para remoção do azul de metileno. As amostras contendo metal apresentaram o PCZ abaixo do pH da solução de azul de metileno. O precursor da lignina pura apresentou elevada atividade como adsorvente. Todos os sólidos apresentaram atividade como adsorvente sendo que a atividade catalítica foi obtida de forma significativa sobre os sólidos contendo óxido de ferro e óxido de ferro/óxido de nióbio.

Agradecimentos

À empresa Veracel Celulose pela doação do licor preto.

Referências

CARREIRO, M. R. DE M. Análise Exergética e Ambiental do Processamento do Licor Negro Gerado em Fábricas de Celulose e Papel. [s.l.] Universidade Federal de Itajubá, 2009.
FERREIRA, J. DE S. et al. Avaliação de catalisadores de nióbia modificada com ferro em fotocatálise:efeito da razão Nb/Fe. XXVI Congresso Ibero-Americano de Catálise. Anais...Coimbra: XXVI Congresso Ibero-Americano de Catálise, 2018
FERREIRA, J.; MARTINS, A. R. Emprego de catalisadores baseados em óxidos de ferro e nióbio na reação de fenton: efeito da razão Nb/Fe. 58° Congresso Brasileiro de Química. Anais...São Luis do Maranhão: 2018Disponível em: <http://www.abq.org.br/cbq/2018/trabalhos/3/931-26251.html>
NOGUEIRA, R. P. et al. Fundamentos e aplicações ambientais dos processos Fenton e foto-Fenton. Quimica Nova, v. 30, n. 2, p. 400–408, 2007.
RODRIGUES, S. C. et al. Performance de compósito adsorvente carvão ativado / óxido de ferro na remoção de ácido ferúlico em solução aquosaOuro Preto19°Congresso Brasileiro de Catálise, 2017.