Síntese, caracterização e aplicação de nanoadsorventes magnéticos visando à remoção de Cr(VI) de águas residuais

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Planaltina, Mestrado em Ciências de Materias, 2016.

O homem interage e afeta o meio ambiente todos os dias. A poluição gerada por ele prejudica não somente sua saúde, mas toda a fauna e flora. Os efluentes industriais são a principal fonte de poluição de ambientes aquáticos por metais pesados. A recuperação do Cr(VI), metal pesado altamente tóxico presente nos efluentes, é uma opção atrativa por razões econômicas e ambientais. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma nova nanotecnologia para remediação ambiental em que foram elaborados, caracterizados e aplicados nanoadsorventes magnéticos baseados em nanopartículas core-shell do tipo CoFe2O4@γ-Fe2O3 para remoção do Cr(VI) de meios aquosos. Os nanoadsorventes foram sintetizados pelo método de coprecipitação, que tem baixo custo energético e permite a preparação de nanopartículas de baixa polidispersão em tamanho e controle de tamanho médio, que no caso resultou em nanoadsorventes de 7,20 nm e 13,80 nm de diâmetro (rotulados como FPCo1 e WCo1, respectivamente). A remoção do Cr(VI) do meio aquoso se faz pela adsorção, método avançado de alta eficiência, em especial por se tratar de adsorventes em escala nanométrica, neste caso, possuindo grande área superficial, seguido de separação química magneticamente assistida, método rápido e também de alta eficiência. Nesse contexto, foram realizados ensaios para avaliar parâmetros importantes no processo de adsorção como pH, tempo de contato entre o adsorvente e a solução contaminada, concentração inicial de poluente, taxa de agitação da solução em contato com os nanoadsorventes e tamanho médio do nanoadsorvente. As condições ótimas para a adsorção mais eficiente com 5 g/L de nanoadsorvente foram: pH = 2,5, tempo de contato mínimo de 5 minutos, agitação de 400 RPM, e nanoadsorvente de menor tamanho, FPCo1. A capacidade de adsorção estimada foi de 11,33 mg/g para o WCo1 e 15,34 mg/g para o FPCo1. Ao final, os nanoadsorventes usados passaram por ciclos de dessorção visando à recuperação, que foi de cerca de 63,35% para o WCo1 e 52,34% para o FPCo1. O Cr(VI) removido pode, posteriormente, ser transformado em matéria prima com valor agregado, de forma econômica e ambientalmente vantajosa, sem que haja a geração de resíduo. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Everyday the man interacts and affects the environment. The pollution generated impair not only the human health, but also all the fauna and flora. The industrial effluents are the major source of water pollution by heavy metals. The recovery of Cr(VI), a highly toxic heavy metal present in wastewater, is an attractive option for economic and environmental reasons. This study aimed to develop a new nanotechnology to environmental remediation, in which the magnetic nanosorbents were elaborated, characterized and applied based on core-shell nanoparticles of the type CoFe2O4@γ-Fe2O3 for Cr(VI) removal on aquatic environment. The nanosorbents were synthesized by the coprecipitation hydrothermal method, that has low energy cost and allows the preparation of low size dispersion nanoparticles and average size control, resulting in 7,20 nm and 13,80 nm nanosorbents diameter (labeled as FPCo1 and WCo1, respectively). The removal of Cr(VI) from aqueous solution was made by adsorption, an advanced method with higher efficiency, especially because the adsorbents are in nanoscale, thus, resulting in a large superficial area, followed by magnetically assisted chemical separation, which is a modern and fast method and also highly efficient. In this context, assays were performed to evaluate important parameters in the adsorption process such as pH, contact time between the adsorbent and the contaminated solution, initial pollutant concentration, speed of stirring and medium size nanosorbent. The optimum conditions for the most efficient absorption using 5 g/L of nanosorbent were: pH = 2,5, minimum contact time of 5 minutes, stirring of 400 RPM, and nanosorbent smaller, FPCo1. The estimated adsorption capacity was 11.33 mg/g for the WCo1 and 15.34 mg/g for the FPCo1. At the end, the used nanosorbents undergone desorption cycles for retrieval, which was of 63.35% for WCo1 and 52.34% for FPCo1. The removed Cr(VI) can be later refurbished in raw material with added value, in an economical and environmentally friendly manner without waste production.