FOSFATOS DE CÁLCIO CONTENDO METAIS DE TRANSIÇÃO PARA ADSORÇÃO DE EFLUENTE TÊXTIL EM MEIO AQUOSO: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E ENSAIO ADSORTIVO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Oliveira Neto, J.G. (UFMA) ; Silva Neto, O.C. (UFMA) ; Santos, J.C. (UFMA) ; Silva, C.R. (UFMA) ; Rodrigues, J.A.O. (UFMA) ; Reis, I.F.S. (UFMA)

Resumo

A qualidade das águas é um tema que influencia de forma direta a saúde da humanidade e a preservação da fauna e flora. Atualmente os efluentes têxteis são os principais poluentes de corpos hídricos, como por exemplo os corantes utilizados para tingimentos de roupas. Por meio disto, este trabalho teve como propósito a síntese de fosfatos de cálcio com metais de transição, bem como a caracterização das propriedades físico-químicas para remoção por adsorção do corante vermelho congo em meio aquoso. Os materiais foram caracterizados por difração de raios X, análises térmicas e Densidade. Os resultados mostraram que os sistemas contendo metais apresentaram baixa cristalinidade, boa estabilidade térmica, alta densidade e valores consideráveis na remoção do corante em solução aquosa.

Palavras chaves

Adsorção; Fosfato de Cálcio ; Metais de Transição

Introdução

Na literatura, diversos corantes são reportados como compostos de difícil degradação e/ou remoção do meio, um dos principais são os azos corantes, classe de corante que possui a estrutura molecular bastante complexa, formando anéis aromáticos que dificultam a degradação destes (ANBIA; SALEHI, 2012). O descarte destes corantes no meio ambiente torna-se uma ameaça para os seres vivos devido os grupos funcionais que são constituintes desta estrutura, como por exemplo, as aminas aromáticas que são classificadas como mutagênicas e tóxicas (ACEMIOĞLU, 2004). Com isso, a necessidade é clara em pesquisas e investimentos que permitam a aplicação de processos eficazes para tratamento adequado e remoção destes compostos complexos. Neste âmbito, o desenvolvimento de materiais adsorventes eficientes para a remoção de adsorbatos tende a contribuir para o avanço da preservação dos corpos d’água (GUIZAA; FRANCKB; BAGANÉA, 2018). Neste contexto, a remoção seletiva de corantes por meio da adsorção por complexação-π é atualmente a alternativa mais promissora, Estes processos são menos complexos e partem do princípio de que adsorventes específicos (contendo metais de transição) são capazes de capturar seletivamente variados tipos de adsorbatos (RIVERA-UTRILLA, 2003). Assim, este trabalho objetivou sintetizar fosfatos de cálcio e funcionalizar estes compostos com metais de transição, além do material puro, bem como estudar as propriedades térmicas e estruturais para aplicação em processos adsortivos na remoção de poluentes em efluentes industriais coloridos como o corante, vermelho congo.

Material e métodos

Síntese - Para a síntese das amostras utilizou-se soluções de CaCl2 (0,2 M) e H3PO4 (0,15 M), na qual o H3PO4 foi gotejado na solução de CaCl2. Utilizando NH4OH o pH dos adsorventes foi ajustado para 8,5. Para funcionalizar os adsorventes com metais, adicionou-se solução de cloreto de crômio, manganês, ferro, cobre e níquel (0,1 M) a solução de CaCl2. Após a precipitação dos materiais, estes foram filtrados, lavados com metanol e secos em uma estufa durante 3 horas a 70 °C. Caracterizações – As amostras foram submetidas a técnica de difração de raios X em por meio de um difratômetro da PANalytical, Empyrean, feitas no intervalo angular (2θ), 20º a 60º, utilizando velocidade de passo de 0,02, com tempo de aquisição de 2 s/passo. Foi realizado o estudo das propriedades térmicas das amostras, usando medidas de TG-DTA simultâneos, utilizando um analisador termogravimétrico da Shimadzu, DTG-60, em atmosfera de nitrogênio com fluxo de 100 mL/min. Para análise de densidade, foram realizadas medidas utilizando picnômetro de 25 mL, com água deionizada. As amostras foram imersas em água deionizada por 10 minutos para saturação de poros. Teste de adsorção - Avaliou-se três massas para cada adsorvente, a fim de verificar um ótimo desempenho e de custo menor para aplicação em experimentos futuros. Em um shaker com rotação orbital de 120 rpm, e período de agitação de 240 min, utilizou-se erlenmeyeres de 125 mL contendo 50, 75, e 100 mg de cada adsorvente, e 25 mL da solução vermelho congo em água (25 mg/L). Alíquotas foram retiradas em tempos pré-determinados e foram analisadas em um espectrofotômetro UV/VIS/NIR/UV da marca Thermo Scientific modelo Evolution 220.

Resultado e discussão

Na Figura 1(a), são mostrados os difratogramas de raios X para os fosfatos puros (PCa) e funcionalizados com metais de transição. Pode-se verificar que a estrutura do PCa foi alterada pela incorporação dos metais. Esta evidência pode ser afirmada pelo desaparecimento dos picos localizados em: 2= 24,2 °, 26,4 °, 29,5 ° na estrutura dos fosfatos contendo metais. De acordo com a literatura (BOUDIN et al., 1993), a inserção do íon metálico promove um alteração no sistema cristalino do PCa, saindo da forma cúbica para a forma ortorrômbico. A Figura 1(b) apresenta os termogramas para a amostra PCa pura e dopada com metais. Para todos os adsorventes observou-se 2 eventos de perda de massa, o primeiro associado aos solventes residuais nas superfícies porosas das cerâmicas, e o segundo a decomposição parcial de uma parte da estrutura dos adsorventes. Até 900 °C, as amostras PCa, PCaCr PCaMn, PCaFe, PCaNi e PCaCu perderam respectivamente, 34,91; 30,25; 29,40; 33.97; 34,11; e 32,87 %, de peso da massa inicial. Os picos endotérmicos nas curvas DTA (Figura 1(c)) comprovam a evaporação da água no sistema. Aplicando o método do picnômetro, averiguou-se a densidade das amostras, a Figura 2(a) esboça este parâmetro. Os valores obtidos para os materiais foram: PCa – 2,62 g/cm3, PCaCr – 0,56 g/cm3, PCaMn – 1,82 g/cm3, PCaFe – 2,01 g/cm3, PCaNi – 2,81 g/cm3 e PCaCu – 2,51 g/cm3. Em adsorventes, o aumento da densidade influência na velocidade do fluído a ser adsorvido, tal fato influência na porosidade dos materiais. Por meio do teste de adsorção, foi observado a seguinte sequencia de eficiência na remoção do vermelho congo: PCaNi > PCaCr > PCa > PCaCu > PCaFe > PCaMn. A Figura 2(b) apresenta estes dados.

(a) Padrão de difração de raios X. (b) Curva TG. (c) Curva DTA.


(a) Densidade das amostras. (b) Taxa de remoção dos adsorventes sobre o vermelho congo em meio aquoso.

Conclusões

As cerâmicas a base de fosfato de cálcio pura e funcionalizada com diferentes metais de transição foram obtidas com sucesso pelo método de precipitação, via úmida. A difração de raios X mostrou que os materiais apresentam uma baixa cristalinidade, todavia as análises térmicas mostraram a elevada estabilidade que os materiais possuem. A inserção dos metais na matriz alterou a propriedade de densidade do fosfato de cálcio puro. Os testes adsortivos mostraram resultados satisfatórios para a remoção do corante vermelho congo em meio aquoso.

Agradecimentos

Os autores agradecem aos órgãos CAPES, FAPEMA e CNPQ pelo apoio científico e financeiro e também ao PPGCM-UFMA e ao Laboratório LDRX.

Referências

ACEMIOĞLU, Bilal. Adsorption of Congo red from aqueous solution onto calcium-rich fly ash. Journal of colloid and interface science, v. 274, n. 2, p. 371-379, 2004.

ANBIA, Mansoor; SALEHI, Samira. Removal of acid dyes from aqueous media by adsorption onto amino-functionalized nanoporous silica SBA-3. Dyes and Pigments, v. 94, n. 1, p. 1-9, 2012.

BOUDIN, S. et al. Redetermination of the β-Ca2P2O7 structure. Acta Crystallographica Section C: Crystal Structure Communications, v. 49, n. 12, p. 2062-2064, 1993.

GUIZAA, Sami; FRANCKB, Launay; BAGANÉA, Mohamed. Adsorption of dyes from aqueous solution under batch mode using cellulosic orange peel waste. DESALINATION AND WATER TREATMENT, v. 113, p. 262-269, 2018.

RIVERA-UTRILLA, J. et al. Bioadsorption of Pb (II), Cd (II), and Cr (VI) on activated carbon from aqueous solutions. Carbon, v. 41, n. 2, p. 323-330, 2003.