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Document Type: Dissertação
Title: Estratégia sustentável na remediação de cromo em efluente industrial utilizando matriz magnética
Authors: Souza, Daiane Requião de
Issue Date: 29-Jul-2016
Advisor: Romão, Luciane Pimenta Cruz
Co-advisor: Cunha, Graziele da Costa
Resumo : O aumento da concentração de metais tóxicos nos corpos hídricos impulsiona uma busca constante por tratamentos eficientes para remediar resíduos industriais. Portanto, neste trabalho é proposto a remediação do cromo existente em efluente industrial de curtimento de couro utilizando um adsorvente híbrido magnético, CoFe2O4/MON, sintetizado por uma rota modificada, eco-amigável. Utiliza-se como precursores sais dos metais de interesse e a matéria orgânica natural (MON) como substância gelificante, em substituição aos reagentes tradicionais que são tóxicos e de alto custo. Para fins comparativos, a CoFe2O4/MON obtida à temperatura ambiente (FeAMB) foi calcinada a 200 (Fe200), 400 (Fe400) e 800°C (Fe800) e a formação do material foi confirmada por difratometria de raios x, que indicou também, simultaneamente, com o infravermelho, a presença da MON na estrutura do material, a formação da ferrita de cobalto e assim, a eficácia da rota de síntese proposta. Os ensaios de adsorção em função do pH e do tempo, evidenciaram a eficiência da FeAMB, no pH natural do efluente (4,2), enquanto que para os demais, no pH 6,0; com percentuais de remoção de aproximadamente 94, 100, 98 e 89% para FeAMB, Fe200, Fe400, Fe800, respectivamente, e tempos de equilíbrio de 60, 120, 120 e 60 minutos. Entretanto, com apenas 20 minutos de ensaios cinéticos houve uma alta resposta de adsorção, entre 70-87%. A cinética de adsorção ajustou-se melhor ao modelo de pseudo-segunda ordem e o possível mecanismo de remoção ocorre por atração eletrostática entre os grupos carboxilatos e as espécies catiônicas do cromo, CrOH2+, Cr(OH)2 +. O material híbrido FeAMB/MON destaca-se entre os demais adsorventes em estudo por não ter sido submetido a tratamento térmico e porque apresentou uma elevada capacidade de remoção após ser submetido a cinco ciclos de reutilização, variando de 96% no primeiro ciclo para 82% no quinto ciclo. Os resíduos decorrentes dos ciclos de reutilização, o híbrido FeAMB saturado com cromo (FeAMB_Sat) e a solução de cromo dessorvido, seca e calcinada a 500°C (CrD), apresentaram excelentes potenciais catalíticos na redução do 4- nitrofenol a 4-aminofenol, o qual é um importante insumo para a síntese de produtos farmacêuticos e inibidores de corrosão. A taxa e o tempo de conversão da redução, foram de 99,9% e 55 segundos para FeAMB_Sat e 99,9% e 3 segundos para CrD. De modo eminente, também foi sintetizado um material híbrido magnético substituindo o precursor sal de ferro em grau analítico por solução de sulfato férrico oriunda de um resíduo tratado da mineração de ferro, denominado FeSF. Este híbrido revelou uma eficiência notável como adsorvente, pois o percentual de remoção de cromo presente em efluente industrial foi de 98% em apenas 20 minutos. Diante disso, o presente estudo contribuiu para a prática da simbiose industrial ao propor o emprego de substâncias naturais na elaboração de materiais, bem como a reutilização dos resíduos, e sua reinserção no ciclo produtivo desenvolvendo uma alternativa tecnologicamente viável para remediação de metais.
Abstract: The presence of high concentrations of toxic metals in water bodies requires a constant search for new and more effective methods to treat industrial waste. The present work proposes a technique for the removal of chromium present in leather tannery effluent, using a hybrid magnetic adsorbent, CoFe2O4/NOM, synthesized using an environmentally friendly procedure. Salts of the metals (Co and Fe) were used as precursors and natural organic matter (NOM) was used as the gelification agent, replacing the traditional reagents that are toxic and expensive. Comparisons were made of CoFe2O4/NOM produced at ambient temperature (FeAMB) and the materials produced after calcination at 200 (Fe200), 400 (Fe400), and 800 °C (Fe800). The materials were analyzed by X-ray diffractometry and infrared spectroscopy, which revealed the presence of NOM in the structure of the material, together with the formation of cobalt ferrite, hence confirming the suitability of the new synthesis route. Adsorption tests, performed as a function of pH and time, showed the effectiveness of FeAMB at the natural pH of the effluent (pH 4.2), while at pH 6.0 the removal percentages were approximately 94, 100, 98, and 89% for FeAMB, Fe200, Fe400, and Fe800, respectively, with corresponding equilibration times of 60, 120, 120, and 60 minutes, respectively. Kinetics assays showed that high adsorption of 70-87% was achieved after only 20 minutes. The adsorption kinetics could be fitted using a pseudo-second order model, and the likely removal mechanism was electrostatic attraction between carboxylate groups and the cationic chromium species CrOH2+ and Cr(OH)2 +. Amongst the adsorbents studied, the FeAMB/NOM hybrid material was especially attractive because it did not require heat treatment and showed high removal capacities during five reuse cycles, ranging from 96% in the first cycle to 82% in the fifth cycle. The residues remaining after the reuse cycles, comprising the FeAMB hybrid saturated with chromium (FeAMB_Sat) and the desorbed chromium solution (dried and calcined at 500 °C, denoted CrD), showed excellent catalytic activity in the reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol, the latter being an important compound used in the synthesis of pharmaceuticals and corrosion inhibitors. The conversion rates and times were 99.9% and 55 seconds for vi FeAMB_Sat, and 99.9% and 3 seconds for CrD. A magnetic hybrid material (denoted FeSF) was also synthesized replacing the analytical grade iron salt precursor by a ferric sulfate solution derived from the treatment of iron ore mining waste. This hybrid was highly efficient as an adsorbent, with 98% removal of chromium present in an industrial effluent in only 20 minutes. The technique described here contributes to the development of industrial symbiosis since it uses materials prepared using natural substances and enables the reuse of waste in the production cycle. The procedure is a technologically viable alternative for the remediation of metal-contaminated effluents.
Keywords: Química
Adsorção
Redução de resíduos
Resíduos industriais
Couros
Ferromagnetismo
Cromo
Adsorventes
Magnéticos
Ferrita de cobalto
Efluente industrial
Redução catalítica
Adsorbents
Magnetics
Cobalt ferrite
Chromium
Industrial effluent
Catalytic reduction
Purificação de resíduos industriais
Indústria de couro
Subject CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Sponsorship: Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE
Language: por
Country: Brasil
Publisher / Institution : Universidade Federal de Sergipe
Institution: UFS
Program Affiliation: Pós-Graduação em Química
Citation: SOUZA, Daiane Requião de. Estratégia sustentável na remediação de cromo em efluente industrial utilizando matriz magnética. 2016. 83 f. Dissertação (Pós-Graduação em Química) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2016.
Rights: Acesso Aberto
URI: https://ri.ufs.br/handle/riufs/6063
Appears in Collections:Mestrado em Química

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