Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Remoção de Cromo Hexavalente em Soluções Aquosas por Nanopartículas Core-Shell do Tipo CoFe2O4@ɣ-Fe2O3
AUTORES: Cunha, S.L. (UNB) ; Oliveira, V.T. (UNB) ; Oliveira, H.A.L. (UNB) ; Campos, A.F.C. (UNB)
RESUMO: Neste trabalho, nanopartículas magnéticas core-shell do tipo CoFe2O4@ɣ-Fe2O3
foram utilizadas como um potencial nanoadsorvente de baixo custo para a
remoção de cromo hexavalente de águas residuais. O nanomaterial foi
sintetizado usando o método de coprecipitação hidrotermal em meio alcalino
seguido por um tratamento de superfície com nitrato de ferro (III). A
influência da velocidade de agitação, tempo, pH da solução e concentração
inicial de cromo foram avaliadas a partir de estudos em lotes utilizando 5
g/L do nanoadsorvente. Nos resultados constatou-se que a adsorção atingiu o
equilíbrio em 20 minutos e foi independente da concentração inicial de Cr
(VI). A adsorção máxima ocorreu a pH 2,5, levando a uma capacidade máxima de
adsorção de 12 mg / g.
PALAVRAS CHAVES: Nanoadsorventes Magnético; Cromo Hexavalente; Remoção
INTRODUÇÃO: A contaminação de águas residuais por cromo hexavalente é um problema
importante na ciência ambiental. Neste contexto, algumas nanotecnologias
promissoras foram utilizadas com sucesso para remover Cr (VI) de ambientes
aquáticos (PANG et al, 2011; THINH et al, 2013). As nanopartículas
magnéticas baseadas em óxidos de ferro são sorventes interessantes
particulares a serem considerados para esta aplicação, pois demonstram alta
afinidade por íons de cromato e dicromato, permitindo sua separação química
usando o campo magnético. Desta forma, a contaminação de corpos hídricos por
metais pesados é um grande problema, visto que são altamente tóxicos e,
portanto, requerem um tratamento especial da água. Inserido nesse contexto,
o presente trabalho propõe a preparação e a caracterização de
nanoadsorventes magnéticos à base de nanopartículas de ferritas core-shell
do tipo CoFe2O4@ɣ-Fe2O3, visando à remoção de cromo hexavalente (Cr(VI)) de
meios aquosos. Além disso, foi investigada a influência da velocidade de
agitação, tempo, pH do meio e da concentração inicial de poluente na
eficiência de remoção de cromo hexavalente pelos nanoadsorventes elaborados.
MATERIAL E MÉTODOS: Os nanoadsorventes foram sintetizados empregando-se o método hidrotérmico
baseado em reações de policondensação, que envolvem a coprecipitação de íons
metálicos em meio alcalino. A caracterização estrutural foi feita por meio
da técnica de Difração de Raios X (XRD) e a morfologia e a dispersão de
tamanho dos nanoadsorventes foram caracterizadas por Microscopia de
Transmissão (TEM). No estudo da influência da cinética de adsorção dos
nanomateriais investigados, foram feitos quatro testes em uma solução
padronizada com concentrações iniciais de Cr (VI) iguais a 20 mg/L e 50
mg/L, em pH = 2,5 e 8,0, e a taxa de agitação sempre em 400 RPM. Cada teste
contou com uma bateria de 6 amostras, correspondentes aos tempos de contanto
de 2, 5, 10, 15, 20 e 25 minutos. Pretendendo determinar a taxa máxima de
adsorção do poluente e a constante de velocidade do processo foram aplicados
os modelos de cinética de adsorção de Pseudo-Primeira e Pseudo-Segunda
Ordem. Para se investigar a influência da concentração inicial de Cr (VI) na
capacidade de adsorção dos nanomateriais investigados, foram feitas soluções
padronizadas em diferentes concentrações de Cr (VI): 20, 40, 60, 80, 100,
120, 150 e 200 mg/L, em pH = 2,5. Visando determinar a capacidade máxima de
adsorção do poluente foram aplicados os modelos de isotermas de Langmuir e
de Freundlich. Para investigar a influência do pH do meio na adsorção foram
feitos testes em pH distintos: 2,5; 5,0; 8,0 e 10. Os resultados foram
analisados à luz dos diagramas de especiação química do Cr (VI) e da
superfície das nanopartículas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Em relação à influência da cinética de adsorção, que relaciona a quantidade
de Cr (VI) adsorvida com o tempo decorrido, os resultados se ajustaram
melhor ao modelo de Pseudo Segunda-Ordem, indicando que a etapa determinante
da cinética de adsorção envolve forças de valência por meio da troca ou
compartilhamento de elétrons entre o adsorvente e o adsorvato. Além disso o
valor da constante da reação de Pseudo Segunda-Ordem foi significativamente
maior para os testes com concentrações iniciais de Cr (VI) de 20 mg/L do que
para os feitos com 50 mg/L, devido haver um número maior de sítios de mais
alta energia de adsorção disponíveis, colaborando para que o processo ocorra
mais rapidamente na concentração de adsorvato menor. Com relação à
influência da concentração inicial de cromo, os resultados se ajustaram
melhor ao modelo de Freundlich, o que releva um mecanismo de adsorção em
multicamadas. A capacidade máxima de adsorção foi estimada 12 mg/g. No que
concerne à influência do pH do meio, os resultados mostraram que a
porcentagem de remoção do Cr (VI) aumentou significativamente com a
diminuição do pH, sendo que a remoção máxima ocorreu em pH = 2,5. Esse
fenômeno é decorrência da interação eletrostática entre a superfície do
nanoadsorvente carregada positivamente e o adsorvato carregado negativamente
nesta região de pH.
Figura 1
Ajuste dos resultados com a isoterma de Freundlich.
Figura 2
Ajuste dos resultados com o modelo de cinética de Pseudo Segunda-Ordem.
CONCLUSÕES: Os nanoadsorventes baseados em nanopartículas core-shell do tipo CoFe2O4@ɣ-
Fe2O3, mostraram grande potencial de aplicação para remoção de Cr(VI) de águas
residuais pelo método de separação química magneticamente assistida. Ensaios
futuros em amostras reais de efluentes industriais contaminados com Cr(VI)
serão fundamentais para determinar as condições ótimas de utilização dos
nanoadsorventes.
AGRADECIMENTOS: CNPq, CAPES e FAPDF
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: PANG, Y. et al. Preparation and application of stability enhanced magnetic nanoparticles for rapid removal of Cr (VI). Chem. Eng. J. 175, 222–227 (2011).
THINH, N. N. et al. Magnetic chitosan nanoparticles for removal of Cr (VI) from aqueous solution. Mater. Sci. Eng. C 33, 1214–1218 (2013).