Autores
Possidente, T. (INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA) ; Moura, T. (INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA) ; Souza, K. (INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA) ; Borges, L. (INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA)
Resumo
O presente trabalho teve por objetivo adsorver íons metálicos em um adsorvente não
convencional. Mais especificamente, testou-se a capacidade do adsorvente para a
retenção do íon ferro III, valência incomum para que a hidroxiapatita (HAP)
adsorva, devido a sua estrutura química. Os experimentos mostraram que a HAP é
bastante eficiente na adsorção deste íon metálico em condições específicas,
atendendo a legislação do CONAMA 430/2011 que estabelece os limites de tolerância
para disposição de efluentes com metais pesados no meio ambiente.
Palavras chaves
adsorção; ferro; hidroxiapatita
Introdução
Determinados tipos de metais são considerados elementos essenciais à vida.
Entretanto, em altas concentrações, os mesmos tornam-se tóxicos, como por
exemplo, Zinco, Ferro, Cobre e Cobalto (Kim, 2019). O metal Ferro está presente
em diversos momentos do cotidiano, seja ele como ferro fundido, aço, ligas
contendo ferro, em construções, meios de transporte, entre outros (Bradl, 2005).
A Resolução CONAMA 430/2011, dispõe que efluentes são caracterizados por
despejos líquidos oriundos de diversas atividades. Os padrões máximos permitidos
nesta resolução para Ferro dissolvido são de apenas 15,0 mg/L (adaptado, CONAMA
430/2011). Com valores tão baixos, é necessário que seja realizado algum tipo de
tratamento destes efluentes para não agredir o meio ambiente em que este é
despejado. O presente estudo de adsorção contempla a comparação de uma
metodologia clássica de adsorção com carvão ativado e hidroxiapatita (HAP), um
composto inorgânico com alto poder de retenção de metais e que pode ser obtido
natural ou sinteticamente com baixo custo. A HAP foi preparada a partir da
metodologia de Charlena (2015), em um processo simples e eficiente para obter um
material isento de água e dióxido de carbono, que podem impedir que a adsorção
ocorra, uma vez que seus sítios de adsorção podem ser ocupados por estes. O
objetivo deste trabalho é encontrar uma alternativa fácil, rápida e menos
custosa em relação a metodologias clássicas e complicadas para tratamento e
remoção de metais em águas e efluentes, sendo esta específica para o metal
Ferro, que é poluente frequentemente encontrado em altas concentrações. Assim,
este trabalho tenta contribuir para um meio ambiente melhor tratado e monitorado
em relação a produções aceleradas para atender as necessidades massivas da
população.
Material e métodos
A síntese do material adsorvente (HAP) foi realizada conforme metodologia de
Charlena et. al. (2015), com algumas adaptações. O modelo de adsorção foi
baseado na metodologia de Elkady (2011). Para o processo de adsorção foram
utilizados ácido nítrico PA., carvão ativado, solução de ferro III 100 ppm e
solução de azul de metileno 100 ppm. Para avaliar o analito de Ferro, foi
preparada uma solução mãe de 500 mg.L-1 a partir do cloreto férrico e,
posteriormente preparadas soluções de menores concentrações para compor a curva
de calibração e a solução padrão para adsorção. Para a leitura dos resultados da
adsorção de Ferro é necessária a adição de Tiocianato de amônio 0,1 mol.L-1 para
que o complexo Fe-SCN seja absorvido pelo UV. A quantificação foi realizada a
partir da curva analítica de ferro em sete níveis: 0; 5; 10; 25; 50; 100 e 200
mg.L-1 e comprimento de onda utilizado igual a 510 nm em um espectrofotômetro
ultravioleta de bancada Shimazdu Modelo 1800. Uma solução de azul de metileno
foi utilizada como modelo para avaliar se a HAP possui capacidade em adsorver
uma molécula orgânica. A curva de calibração foi executada em cinco níveis: 0;
25; 50; 75 e 100 mg.L-1 em um comprimento de onda igual a 500 nm. Para o
processo de adsorção, os parâmetros utilizados foram: tempo de adsorção de 30
minutos; temperatura de 40 °C; velocidade de agitação de 50% em função da
incubadora de bancada Cientec Modelo CT-712; pH entre 2 e 3 (para analito
ferro); massa de adsorvente igual a 0,25g; concentração da solução a ser
adsorvida igual a 100 ppm e, volume da solução a ser adsorvida igual a 25 mL.
Resultado e discussão
A síntese do material foi executada com sucesso, com rendimento maior que 90%.
Desta forma foi possível realizar todos os testes com uma mesma batelada de HAP.
Com a solução mãe de 500 mg.L-1 de Ferro III, foi realizada uma curva de
calibração com os sete pontos citados anteriormente para quantificação dos
dados. A equação da reta obtida foi y = 0,0186x - 0,0769 e R² = 0,9986. O pH
deve ser regulado para estar entre 2-3 pois soluções com presença de Fe III
precipitam cátions em pH acima de 3 e, a HAP pode ser solubilizada caso o pH
esteja abaixo de 2. O percentual de adsorção obtido foi de 96%, considerando a
concentração inicial da amostra em 100 mg.L-1 e a final aproximadamente 4 mg.L-
1. Considerando a Res. CONAMA, que estabelece o limite de disposição máximo para
ferro como efluente líquido de 15 mg.L-1, podemos afirmar que a HAP é um
adsorvente bastante eficaz na remoção do metal em sua forma trivalente. Uma
solução de azul de metileno, de mesma concentração (100 mg.L-1) foi testada para
observar a capacidade de adsorção da HAP sobre uma molécula grande e orgânica,
com fórmula molecular C16H18ClN3S. A curva de azul de metileno foi processada
com cinco pontos e obteve a equação da reta y = 0,0085x - 0,0062 e R² = 0,9995.
Os parâmetros fixados para a adsorção do azul de metileno foram os mesmos
citados anteriormente e os resultados obtidos se mostraram satisfatórios. Após a
adsorção, a concentração restante de azul de metileno foi medida com valor de
aproximadamente 24,5 mg.L-1, cerca de 75% de eficiência de remoção mesmo em
material orgânico. O material de referência, carvão ativado, foi testado em
triplicata, com os mesmos parâmetros fixados. Para todos o resultado obtido foi
de 100% de adsorção, mostrando sua alta eficiência como reportado em diversas
literaturas.
A figura mostra as amostras após adsorção com HAP, sendo "br" o branco e "fe" a solução de ferro
Curva de Calibração Fe III
Conclusões
Esse estudo apresentou resultados promissores para a adsorção de ferro e azul de
metileno, utilizando-se HAP como adsorvente. Em comparação com adsorvente clássico
carvão ativado, a HAP se mostra efetiva para a remoção de metais de valência não
comum e para moléculas orgânicas volumosas, podendo adsorver de 75 a 95% do
material, com uma quantidade pequena de adsorvente.
É cabível prosseguir com testes viabilizando o aumento de escala e otimização dos
parâmetros do processo de adsorção visando uma possível utilização deste material
em tratamentos de águas residuais e efluentes líquidos.
Agradecimentos
Este estudo foi financiado em parte pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal
de Nível Superior- (CAPES)-Código Financeiro 001, FAPERJ (edital n°05/2020) e IME
(Instituto Militar de Engenharia).
Referências
KIM, Jong-joo; KIM, You-sam; KUMAR, Vijay. Heavy metal toxicity: an update of chelating therapeutic strategies. : An update of chelating therapeutic strategies. Journal Of Trace Elements In Medicine And Biology, [s.l.], v. 54, p. 226-231, jul. 2019. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jtemb.2019.05.003.
ELKADY, M.f.; MAHMOUD, M.m.; ABD-EL-RAHMAN, H.m..Kinetic approach for cadmium sorption using microwave synthesized nano-hydroxyapatite. Journal Of Non-crystalline Solids, [s.l.], v. 357, n. 3, p. 1118-1129, fev. 2011. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.10.021.
BRADL, H. B.. Sources and Origins of Heavy Metals. In: BRADL, H. B. (ed.). Heavy Metals in the Environment. Birkenfeld: Elsevier, 2005. Cap. 1. p. 1-27.
BRASIL, Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução CONAMA n° 430, de 13 de maio de 2011. Condições e padrões de lançamentos de efluentes do Território Nacional. Alteração da Resolução 357 de 17 de março de 2005. Publicado no D.O.U. nº 92, de 16/05/2011, pág. 89. Disponível em: http://www2.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=646. 18/07/2020.
CHARLENA; SUPARTO, Irma Herawati; PUTRI, DesiKusuma. Synthesis of Hydroxyapatite from Rice Fields Snail Shell (Bellamyajavanica) through Wet Method and Pore Modification Using Chitosan. Procedia Chemistry, [s.l.], v. 17, p. 27-35, 2015. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.proche.2015.12.120.
