12° ENTEQUI - Síntese e caracterização do hidróxido duplo lamelar piroaurita para remoção de fosfato em solução aquosa

Síntese e caracterização do hidróxido duplo lamelar piroaurita para remoção de fosfato em solução aquosa

AUTORES: Bernardo, A.M. (UFRJ) ; Souza, M.M.V.M. (UFRJ) ; Campos, J.C. (UFRJ)

RESUMO: O excesso do ânion fosfato em águas pode contribuir para o processo de eutrofização. Este trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade do HDL MgFeCO₃, em reduzir a concentração de fosfato presente em solução aquosa. O HDL foi sintetizado pela adição de uma solução contendo os sais dos cátions divalente e trivalente em uma solução contendo hidróxido e o ânion a ser intercalado. Foi realizado uma avaliação das variáveis: massa do HDL e tempo de contato. Os resultados mostraram que foi possível atingir uma remoção superior a 95% para as melhores condições de tratamento (massa de 0,3 g e 60 min de contato, para concentração inicial de fosfato de 25 mg L^-1). Isto mostra que o HDL pode ser utilizado como adsorvente para a remoção do fosfato em solução aquosa.

PALAVRAS CHAVES: HDL; Fosfato; Adsorção

INTRODUÇÃO: O ânion fosfato pode ser encontrado em excesso no meio ambiente devido à ação do homem pela emissão de efluentes industriais, como indústrias alimentícias, laticínios, químicas em geral, farmacêuticas, efluentes urbanos e de animais, uso de fertilizantes agrícolas, entre outros. O excesso deste ânion em águas contribui para o processo de eutrofização em ambientes aquáticos. Este fenômeno leva à proliferação excessiva de organismos, como algas, cianobactérias e plantas, reduzindo o oxigênio dissolvido, deteriorando a qualidade da água e inviabilizando o uso para consumo (IFTEKHAR et al., p. 470–479, 2018). Os hidróxidos duplos lamelares (HDLs) são argilas aniônicas que possuem ocorrência natural e também podem ser sintetizados em laboratório por diferentes rotas e composições químicas variáveis (CAVANI et al., p. 173–301, 1991). Os HDLs têm sido estudados na remoção de diversos ânions, como cloreto, brometo, nitrato, sulfato, fosfato e outros, através do processo de adsorção. O uso do HDL em diversos efluentes visa à adequação para descarte e o reuso da água, sendo considerado ambientalmente adequado, uma vez que os HDLs podem ser reaproveitados (THEISS, p. 356-368, 2014). Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo sintetizar o HDL conhecido como piroaurita, e avaliar a capacidade deste material em reduzir a concentração de fosfato presente em solução aquosa.

MATERIAL E MÉTODOS: O HDL foi sintetizado pelo método de coprecipitação a pH variável (REICHLE, p. 135- 142, 1986). Primeiramente foi preparada uma solução “A”, composta pela mistura de 100 mL de nitrato de magnésio (1 mol.L^-1) com 100 mL de nitrato de ferro III (0,5 mol.L^-1) e uma solução “B”, composta pela mistura 100 mL de hidróxido de sódio (2,5 mol.L^-1) com 100 mL de carbonato de sódio (1 mol.L^-1). Em seguida, a solução “A” foi adicionada através de uma bomba peristáltica na solução “B” sob agitação de 500 rpm. Ao final, obteve-se uma solução de coloração marrom com pH aproximadamente igual a 11. O material foi levado à etapa de envelhecimento em estufa a uma temperatura de 60ºC por 18 horas, para melhorar a formação de cristais. Após esse período, a solução foi filtrada a vácuo e o material sólido retido foi lavado com água deionizada aquecida a 90ºC, até se obter um pH igual a 7. Por fim, o sólido foi seco em estufa a uma temperatura de 100ºC por 18 horas. Após, o sólido foi macerado e guardado em um dessecador a vácuo. Para os ensaios de adsorção, foi preparada uma solução de fosfato com concentração inicial de 25 mg.L^-1 a partir do dihidrogenofosfato de potássio (KH₂PO₄). Em cada ensaio, o HDL foi adicionado e foram avaliados os parâmetros de processo a fim de obter as melhores condições experimentais. Foram utilizadas diferentes massas de HDL (0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 e 0,3g) em 100 mL de solução de fosfato, em um tempo de sorção de 30 minutos e agitação de 180 rpm. Após esse tempo, as soluções foram filtradas em membrana de celulose de 0,45 μm e analisadas no espectrofotômetro em um comprimento de onda de 880 nm, para determinar a concentração de fosfato.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: De acordo com a Tabela 1, podemos observar que utilizando uma massa de HDL de 0,3 g foi possível reduzir a concentração de fosfato de 25 mg.L^-1 para 3,4 mg.L^-1. Com a concentração de HDL determinada, foram conduzidos os ensaios para avaliar o melhor tempo de contato. A cada intervalo de tempo (5, 15, 30, 60, 90, 120 e 180 minutos) a solução foi filtrada e analisada no espectrofotômetro em um comprimento de onda de 880 nm. Os experimentos foram realizados de acordo com o Standard Methods for Water and Wastewater Examination; 4500-P E: Ascorbic Acid Method (APHA, 2018). Na Figura 1, podemos observar que o melhor tempo de contato do adsorvente com a solução de fosfato foi de 60 minutos, pois a partir de 90 minutos o adsorvente atinge o ponto de saturação. Logo, as melhores condições para os experimentos de adsorção foram 0,3 g de HDL e um tempo de contato de 60 minutos, alcançando uma concentração final de fosfato de 1,21 mg.L^-1. DAS et al (2006) obtiveram resultados semelhantes ao tratar uma solução aquosa com concentração inicial de fosfato igual a 50 mg.L^-1, alcançando uma remoção de fosfato igual a 84% utilizando o HDL piroaurita (DAS et al, p. 252, 2006). ALAGHA et al (2020) alcançaram uma remoção de fosfato de 79%, após tratar uma solução com concentração inicial de 10 mg.L^-1, utilizando a piroaurita como adsorvente (ALAGHA et al, p. 1361, 2020).

Tabela 1

Valores da concentração final de fosfato e % Remoção obtidos variando a massa de HDL

Figura 1

Curva de concentração final de fosfato em função do tempo obtida a partir do contato da piroaurita com massa igual 0,3g

CONCLUSÕES: O uso da piroaurita se mostrou eficiente na remoção de fosfato, conseguindo alcançar uma porcentagem de remoção superior a 95%, em um tempo de 60 minutos. Isto mostra que o uso do HDL pode ser uma alternativa para remoção do ânion fosfato em soluções aquosas.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALAGHA, O.; MANZAR, M. S.; ZUBAIR, M.; ANIL, I.; MUÂAZU, N. D.; QUIRESHI, A. Magnetic Mg-Fe/LDH intercalated activated carbon composites for nitrate and phosphate removal from wastewater: Insight into behavior and mechanisms.Nanomaterials, p. 1361, 2020.
APHA, Standard Methods for Examination of Water and Wastewater – SMEWW. American Public Health Association – APHA, 23th ed, E4500-P E. Ascorbic Acid Method, Washington – USA, 2018.
CAVANI, F.; TRIFIRÒ, F.; VACCARI, A. Hydrotalcite-type anionic clays: preparation, properties and applications. Catalysis Today, v. 11, p. 173–301, 1991.
DAS, J.; PATRA, B. S.; BALIARSINGH, N.; PARIDA, K. Adsorption of phosphate by layered double hydroxides in aqueous solutions. Applied Clay Science, n. 32, p. 252, 2006.
IFTEKHAR, S., Mehmet E. K., Varsha S., Evelina R., Mika, S. Application of zinc-aluminium layered double hydroxides for adsorptive removal of phosphate and sulfate: Equilibrium, kinetic and thermodynamic. Chemosphere, v. 209, p. 470–479, 2018.
REICHLE, W. T. Synthesis of anionic clay minerals (mixed metal hydroxides, hydrotalcite) Solid State Ionics., 22, p. 135-142, 1986.
THEISS, F. L. A review of the removal of anions and oxyanions of the halogen elements from aqueous solution by layered double hydroxides. Journal of colloid and interface science, v. 417, p. 356-368, 2014.