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Adsorção de eteramina em caulinita natural e tratada com H2O2: proposição de alternativas para o tratamento de efluentes de mineração

RESUMO

O presente trabalho consistiu em comparar a eficiência de adsorção de eteramina em caulinita natural (CN) e caulinita modificada com peróxido (CP). Com o intuito de otimizar o processo e avaliar a influência existente entre os parâmetros foi empregado a Metodologia de Superfície de Resposta com os sistemas adequados ao modelo quadrático associado ao delineamento composto central. Os resultados revelaram que a adsorção foi mais eficiente na concentração de eteramina de 400 mg L-1, pH 10 e massa de adsorvente de 0,1 g para KN e concentração de eteramina de 400 mg L-1, pH 10 e massa de adsorvente de 0,2 g para KP. A partir dos resultados obtidos foi possível observar que o tratamento com peróxido não resultou um aumento significativo da eficiência de adsorção quando comparado a caulinita natural. Com a análise da cinética de 24 horas, conduzida nas condições otimizadas, foi possível observar que os sistemas atingiram o equilíbrio em aproximadamente 30 minutos. Os dados da cinética e da isoterma foram avaliados por diferentes modelos e ajustaram se melhor ao modelo de pseudosegunda ordem e ao modelo de isoterma de Sips. A partir da Eads foi possível observar que o processo de remoção de eteramina na caulinita intercalada se dá por meio de adsorção química. Com base nesses resultados e no teste de reuso foi possível observar que a caulinita pode ser utilizada como uma alternativa viável para o tratamento de efluentes de mineração, com destaque para a caulinita natural, uma vez que o tratamento não resultou numa melhoria na eficiência de adsorção.

1. INTRODUÇÃO

A água é um recurso natural fundamental e indispensável e sua escassez apresenta riscos e disputas entre a sociedade. A escassez de abastecimento tem implicações na saúde humana. Além de demandar altos gastos financeiros para transportar água a longas distâncias com o intuito de suprir as necessidades de uma determinada sociedade [1].

A escassez da água resultante do crescimento econômico e populacional é considerada como uma das ameaças mais importantes para a sociedade humana. Dentro das próximas décadas a água pode tornar-se o recurso mais estratégico, especialmente em regiões áridas e semi-áridas do mundo [2].

Entre os principais setores que contribuem para a poluição do meio ambiente, como a indústria de alimentos, química, têxtil, papel e celulose, a indústria mínero-metalúrgica desempenha um papel importante. Embora a mineração seja indispensável para o bom desenvolvimento da nossa sociedade e traz benefícios econômicos para o país, a atividade de mineração pode ter consequências ambientais nocivas decorrentes do aumento do uso de reagentes destinados a assegurar uma maior eficiência no processamento mineral [3].

A atividade de mineração requer muitas vezes, bombeamento, tratamento, aquecimento e/ou resfriamento de água, que muitas vezes são grandes consumidores de energia. Melhores sistemas podem reduzir o consumo de água e energia. Melhorar a concepção e a prática do sistema de água, bem como propor alternativas para o tratamento de efluentes são requisitos estratégicos na busca de uma mineração mais sustentável [4].

A tecnologia de adsorção tem sido considerada como um dos processos mais eficientes e econômicos para a remoção de poluentes de correntes aquosas. O processo de adsorção é superior a muitos outros processos de tratamento em virtude do seu baixo custo e limite de operação [5].

Os aluminossilicatos com fórmula básica Al2SiO5 são compostos de alumínio, silício e oxigênio, em que alguns dos íons de Si4+ são substituídos por íons Al3+ no silicato para produzir estruturas com ligação AlO-Si. Muitos tipos de aluminossilicatos naturais conhecidos apresentam diferentes composições químicas e estruturas cristalinas. Estas diferenças conduzem a características físicas variadas, que fazem destes minerais adequados para muitas aplicações industriais, tais como a fabricação de vidros, cerâmicas, adsorventes, célula combustível, catalisadores, materiais de contrução e síntese de zeólitas sintéticas [6].

Para a busca de uma indústria sustentável, adsorventes de baixo custo são intensamente estudados, principalmente com base em compostos naturais, artificiais ou sintéticos [7]. Nesse sentido se destaca a utilização de aluminossilicatos devido à disponibilidade e ao baixo custo.

Embora a caulinita não tenha uma história de ser comercializada como adsorvente ela apresenta características adequadas para o processo de adsorção [8]. Pesquisas mostram a utilização de caulinita modificada e não modificada como adsorvente para diversos contaminantes tais como: cádmio [9], níquel e manganês [10], eteramina [8], fosfato [11], 2.4-dinitrotolueno [12], urânio [13], corantes [14] dentre outros.

Nos últimos anos vários processos de modificação química de argilas têm sido estudados. Nesse contexto se destaca processos de modificação química da superfície da argila.

O tratamento com peróxido é responsável pela eliminação da matéria orgânica sem, no entanto, alterar a sua composição química aumentando a área superficial do mineral [15].

MARCOS e RODRIGUEZ (2013) observaram que os resutados do tratamento de vermiculitas com peróxido de hidrogênio mostraram que: 1) as amostras mais puras sofreram ligeira desordem estrutural e pequena esfoliação, enquanto outras amostras com maior teor de ferro sofreram grandes mudanças com a formação de um novo material com fases interestratificadas, e com alto grau de esfoliação; 2) a velocidade de esfoliação das amostras aumentou com a concentração de peróxido de hidrogênio e esse fato foi atribuído à maior dissolução e/ou troca de cátions, tais como sódio, potássio, magnésio e ferro [16].

A utilização de ferramentas quimiométricas tem se destacado como alternativa para a otimização de análises. Tal fato está relacionado com diversas vantagens tais como: redução no número de experimentos necessários, menor consumo de reagente e menor tempo de execução [17].

Neste sentido o presente trabalho realizou um comparativo da eficiência de remoção de eteramina em caulinita natural (CN) e caulinita modificada (CP), utilizando para tanto a otimização do processo por meio da Metodologia de Superfície de Resposta. Além de avaliar a possibilidade de reutilização do adsorvente por meio de testes de reuso.

 

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Artigo Completo: 1517-7076-rmat-24-1-e12333