Adsorção de ânions de soluções aquosas utilizando hidroxicarbonatos de Mg-Al, Zn-Al e Ca-Al

Abstract

A utilização de tecnologias de tratamento de efluentes para remoção de íons é necessária para evitar a contaminação de ambientes aquáticos. Este trabalho tem como objetivo utilizar hidróxidos duplos lamelares (HDLs) para remoção de espécies aniônicas de soluções aquosas e de efluentes industriais, através do processo de adsorção. Foram sintetizados três sólidos HDLs Mg-Al, Zn-Al e Ca-Al pelo método de coprecipitação em pH variável através de um sistema semi-batelada. Os materiais foram caracterizados por difração de raios-X, análise termogravimétrica em conjunto com análise térmica diferencial, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier e por adsorção de nitrogênio para a determinação da área superficial específica. Através das análises de caracterização, observou-se que apenas os materiais Mg-Al e Zn-Al HDLs formaram a estrutura dos compostos do tipo hidrotalcita. Os HDLs Mg-Al, Zn-Al e Ca-Al apresentaram uma área superficial específica de 93,7, 133,2 e 29,3 m²/g, respectivamente. Nos ensaios de remoção individual para os ânions cloreto, brometo, nitrato, fosfato e sulfato e em soluções multi-ânions contendo os cinco ânions no mesmo meio reacional, observou-se uma taxa de remoção mais significativa para o ânion fosfato demonstrando a seletividade dos materiais a esse ânion. Devido a sua maior remoção nos ensaios multi-ânions, o ânion fosfato foi investigado individualmente. Nos ensaios de adsorção para o ânion fosfato, ao utilizar uma dosagem de 5 g/L em solução aquosa, os HDLs Mg-Al, Zn-Al e Ca-Al atingiram remoção de 97%, 94% e 50%, respectivamente. Os dados experimentais de adsorção para o ânion fosfato em solução aquosa indicaram que o modelo de pseudo-segunda ordem descreveu melhor a cinética de adsorção. Os dados experimentais ajustaram-se aos modelos Sips (R2aj = 0,9806) e Freundlich (R2aj = 0,9701) para os Mg-Al e Zn-Al HDLs, respectivamente. Foi avaliada a aplicabilidade industrial do processo de adsorção para a remoção de fosfato utilizando um efluente real. Foram alcançadas remoções de 73,7% e 67,1% para Mg-Al e Zn-AL HDLs, respectivamente. Portanto, é possível afirmar que os HDLS Mg-Al e Zn-Al podem ser utilizados como adsorventes promissores para remoção de fosfato de ambientes aquáticos.

The use of wastewater treatment technologies for environmental remediation is necessary to prevent contamination of aquatic environments. In the present work, layered double hydroxides (LDHs) were evaluated for the removal of anionic species from aqueous solutions and industrial effluents, through adsorption. Mg-Al, Zn-Al and Ca-Al LDHs were synthesized by the co-precipitation method at variable pH through a semi-batch system. The materials were characterized by XRD, BET surface area determination, TG-DTA and FTIR. XRD and TG-DTA analysis showed that only Mg-Al and Zn-Al LDHs formed the structure of the hydrotalcite-like compounds. The BET surface area of Mg-Al, Zn-Al and Ca-Al LDHs were 93.7, 133.2 and 29.3 m²/g, respectively. In the individual adsorption batch studies for chloride, bromide, nitrate, phosphate and sulfate and in the effect of co-existing anions studies, a more significant removal ratio was observed for phosphate. This fact showed a higher phosphate selectivity in the adsorption process using LDHs. In the phosphate adsorption experiments, when using a dosage of 5 g/L in aqueous solution, Mg-Al, Zn-Al and Ca-Al LDHs reached a removal ratio of 97%, 94% and 50% , respectively. Experiments indicated that pseudo-second-order model best described phosphate adsorption kinetics. The equilibrium isotherms showed that the phosphate uptake by Mg-Al and Zn-Al LDHs is in agreement with the Sips (R2adj = 0.9806) and Freundlich (R2adj = 0.9701) models, respectively. The industrial applicability of the adsorption process for phosphate removal using an industrial effluent was evaluated. A removal ratio of 73.7% and 67.1% was achieved for Mg-Al and Zn-AL LDHs, respectively. Therefore, LDHs Mg-Al and Zn-Al can be used as effective adsorbents for the removal of phosphate from aquatic environments.