Remoção do poluente nitrato através de zeólitas sintetizadas a partir de cinzas de carvão

Abstract

As atividades humanas, como o uso de fertilizantes, a produção de energia a partir de combustíveis fósseis e a disposição inadequada dos resíduos têm provocado alterações no ciclo natural do nitrogênio. Em soluções aquosas, a forma mais estável do nitrogênio é o nitrato, composto que, em excesso, causa incontáveis efeitos nocivos para a humanidade, para o ecossistema e para a atmosfera. Técnicas convencionais para tratamento desse poluente são pouco eficientes, e outras como a troca iônica, a desnitrificação química e a osmose inversa apresentam altos custos. Assim, técnicas de sorção com zeólitas sintetizadas a partir de cinzas de carvão (resíduo gerado nas termelétricas pela combustão do carvão) vêm sendo estudadas e apresentam-se como alternativas eficientes no tratamento de efluentes líquidos. Além disso, a modificação superficial dessas zeólitas com surfactantes catiônicos permite a remoção simultânea de ânions, cátions e moléculas orgânicas apolares de águas residuárias. Com o objetivo de remover íons nitrato de efluentes líquidos, sintetizou-se zeólitas a partir de cinzas da combustão de carvão pulverizado e modificou-se o material obtido com o surfactante catiônico hexadeciltrimetilamônio brometo (HDTMA-Br). Para avaliar se houve conversão das cinzas em zeólitas, analisou-se, para ambos os materiais, a área superficial BET e o volume de poros BJH. Foram obtidos aumentos de 21 vezes na área superficial BET e 6 vezes no volume de poros das zeólitas em relação às cinzas, o que comprova a eficiência da síntese. Ainda, para confirmar a modificação das zeólitas com surfactante catiônico, caracterizou-se os sólidos sorventes modificados e não modificados por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A ocorrência da modificação foi comprovada pela presença dos picos característicos do HDTMA-Br no espectro de infravermelho da zeólita modificada. Para a determinação das condições ideais de sorção, realizou-se ensaios de sorção a fim de avaliar a influência dos parâmetros pH, tempo e concentração de sólido sorvente. Adicionalmente, foi construída a isoterma de sorção para o nitrato, ajustando-se os dados obtidos com os modelos de Langmuir e de Freundlich. A partir de 100 mL de uma solução de 20 ppm de nitrato, foi possível obter uma remoção próxima a 87% do poluente, nas condições de pH 6, tempo de 60 minutos e concentração de sólido sorvente de 10 g/L. O modelo de Freundlich foi o modelo de isoterma que melhor se ajustou aos dados experimentais, com um valor de R2 de 0,995440, sugerindo adsorção cooperativa em múltiplas camadas no sistema nitrato/zeólita.