ÁREA: Ambiental
TÍTULO: REMOÇÃO DE FOSFATO EM EFLUENTES UTILIZANDO HIDROTALCITA CALCINADA COMO ADSORVENTE.
AUTORES: SOUZA, L. G. (EQ/UFRJ) ; CAMPOS, J.C. (EQ/UFRJ) ; SOUZA, M. M..V. M. (EQ/UFRJ)
RESUMO: RESUMO: A remoção do fosfato foi tratada neste estudo devido à necessidade de controlar a emissão de fosfato nos corpos de água. O aumento na concentração de fosfato, nos sistemas aquáticos, pode causar eutroficação do meio e perda da qualidade da água. Apesar de causar danos aos mananciais, a concentração de fosfato nos efluentes é baixa e não permite remoção por precipitação. As propriedades de adsorção do HDL calcinado foram examinadas para o fosfato. A isoterma de adsorção seguiu o modelo de Langmuir. A adsorção máxima alcançada foi de 99,8% de fosfato para uma massa de 0,7185g de hidrotalcita, que equivale a uma capacidade máxima de adsorção de 77,8 mgPO4/gHDL calcinado. O resultado sugere a possibilidade de trabalhar com o HDL calcinado como adsorvente para remoção de fosfato.
PALAVRAS CHAVES: palavra-chave: hidrotalcita, fosfato, adsorção
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: O fosfato é um importante nutriente para os ecossistemas aquáticos, porém o aumento da sua concentração nos corpos de água causa eutroficação do sistema. A fonte de fosfato, nos efluentes e corpos de água, é oriunda da dissolução de rochas, atividades industriais, agrícolas e domésticas. Os efluentes, normalmente, têm concentração baixa de fosfato, o que dificulta sua remoção por precipitação (CHITRAKAR et al, 2005), sendo a adsorção uma das alternativas no tratamento destes efluentes.
A hidrotalcita vem sendo estudada na aplicação para remoção de ânions por vários autores (KAMEDA et al, 2005; KUZAWA et al, 2006; CHITRAKAR et al, 2005). A hidrotalcita é um hidróxido duplo lamelar que contém ânions carbonatos intercalados em lamelas do hidróxido duplo de magnésio e alumínio, sua fórmula geral é:
[Mg(1-x)Alx(OH)2](A-n)x/n.mH2O, onde A-n = PO4, Cl, etc., e 0,20<x<0,33.
Quando o ânion interlamelar é o carbonato, a remoção por troca iônica é quase impossível, sendo necessário a calcinação do HDL a 450-800ºC. O HDL calcinado forma o óxido de alumínio-magnésio. Este óxido possui uma propriedade chamada de efeito memória, que o torna capaz de se reidratar, combinando com outros ânions na reconstrução do HDL calcinado. Isto mostra a capacidade de inserção de vários ânions inorgânicos na estrutura lamelar do HDL. A seletividade do HDL calcinado em se combinar com ânions segue aproximadamente a ordem CO3>OH>PO4>F>SO4>Cl>Br>NO3>I (KAMEDA et al, 2003; KAMEDA et al, 2005; CHITRAKAR et al, 2005).
Neste estudo, o HDL foi sintetizado e depois calcinado para posterior estudo da remoção do fosfato, verificando as características do processo e obtenção da isoterma de adsorção, de modo que fosse verificado a aplicabilidade do processo de adsorção para o fosfato.
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAIS E MÉTODOS: A hidrotalcita foi preparada pelo método de coprecipitação em pH variável (CREPALDI E VALIM, 1998). Utilizou-se uma solução A, preparada através da dissolução de 0,563mol de Mg(NO3)2.6H2O e 0,094mol de Al(NO3)3.9H2O com água deionizada até o volume final de 250,00mL e a solução B, preparada através da dissolução de 0,25mol de Na2CO3 e 0,60mol de NaOH com água deionizada até o volume final de 250,00mL. A solução A foi adicionada à solução B a uma vazão de 1mL/mim, com auxílio de uma bomba peristáltica, mantendo agitação constante. Obteve-se um precipitado com pH aproximadamente 12.
O precipitado obtido foi então envelhecido por 18h em estufa à 60ºC, a fim de que melhorasse a formação dos cristais. Após o período de maturação, o sólido foi filtrado e depois sofreu sucessivas lavagens com água deionizada, com temperatura na faixa entre 80-90ºC, e filtrações, até que o pH da solução sobrenadante ficasse próximo a 7,0. O sólido obtido foi seco em estufa por 12h e depois macerado para facilitar a alimentação do sistema de calcinação. A calcinação do material foi feita sob fluxo de ar (60mL/mim) até 500ºC com fluxo de 10ºC/mim (CORMA et al, 1994).
O ensaio de remoção foi realizado em um sistema JAR TEST, utilizando várias concentrações dos ânions e variando a concentração do HDL. O ânion foi obtido através da preparação de uma solução mãe concentrada de NaH2PO4. Para a obtenção da isoterma, manteve-se a mesma concentração de Fosfato variando a massa do HDL. A determinação da concentração de equilíbrio, obtida no ensaio de remoção, foi analisada por cromatografia de íons, utilizando o equipamento Dionex ICS2000 com coluna de troca iônica AS18.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: RESULTADOS E DISCUSSÃO: O HDL calcinado foi analisado por difração de Raios X e comparado ao HDL original. A figura 1 mostra os difratogramas para o HDL original e para o HDL calcinado. Os picos do difratograma (a) da hidrotalcita confirmam a estrutura MgAlCO3 segundo a literatura (KAMEDA et al, 2005) e mostra os picos basais que caracterizam o material como lamelar. O espaçamento basal (8Å) corresponde ao espaçamento basal determinado para o ânion carbonato intercalado, de acordo com a literatura (KAMEDA et al, 2005). O difratograma (b) mostra a formação de óxido misto de magnésio e alumínio após a calcinação.
Os testes de remoção, para obtenção da isoterma de adsorção, foram realizados utilizando três concentrações para o HDL calcinado, uma, duas e três vezes a massa relacionada ao valor estequiométrico da reação de adsorção entre o HDL calcinado e o fosfato. Os resultados mostraram que a melhor remoção ocorre com a massa de HDL calcinado três vezes o valor estequiométrico. Verificando a necessidade de excesso de HDL calcinado no meio reacional.
A isoterma de adsorção do HDL calcinado para o fosfato à temperatura ambiente é mostrado na figura 2, onde Ce é a concentração de equilíbrio do fosfato e x/m é quantidade de fosfato adsorvida por unidade de massa de HDL calcinado. A isoterma de adsorção seguiu o modelo de Langmuir. A equação 1 mostra a isoterma de adsorção linearizada segundo Langmuir e o coeficiente de correlação obtido:
Ce/(x/m)=2,6948Ce + 34.402 R2=0.9984 (1)
A capacidade máxima de adsorção (77,8mgPO4/gHDLcalcinado) foi obtida, utilizando-se o ponto de adsorção máxima de 99,8% de fosfato para massa de 0,7185g de HDL calcinado. Este resultado indica que HDL calcinado pode ser utilizado como adsorvente no tratamento de efluentes contendo fosfato.
CONCLUSÕES: CONCLUSÃO: O estudo das propriedades HDL calcinado, como adsorvente para a remoção de fosfato, mostrou-se favorável. A capacidade de remoção máxima (77,8mgPO4/gHDLcalcinado) foi obtida experimentalmente e mostra que o HDL calcinado possui capacidade para remover fosfato de efluentes. A isoterma de adsorção seguiu o modelo linearizado segundo Langmuir.
AGRADECIMENTOS: AGRADECIMENTO: Agradecimentos a Lúcia Limoeiro(Petrobras/Cenpes/PDP/TPAP), Luís A. Mendes e ao laboratório de cromatografia de íons(Petrobras/Cenpes/PDEDS/QM).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA: CARDOSO, L. 2002. Estudo da remoção de compostos orgânicos derivados da produção de poliéster presentes em efluentes industriais, por meio de sorção em hidróxidos duplos lamelares do sistema Mg-Al-CO3. Dissertação de mestrado. Programa de Pós-Graduação em Química. Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto. Universidade de São Paulo.
CHITRAKAR, R.; TEZUKA, S.; SONODA, A., SAKANE, K.; OOI, K.; HIROTSU, T.; 2005. Adsorption of phosphate from seawater on calcined MgMn-layered double hydroxides. Journal of Colloid and Interface Science. 290: 45-51.
CORMA, A.; FORNÉS, V.; REY, F. 1994. Hydrotalcites as base catalysts: Influence of chemical composition and synthesis conditions on the dehydrogenation of isopropanol. Journal of Catalysis. 148: 205-212
CREPALDI, E.; VALIM, J. 1998. Hidróxidos Duplos Lamelares: Síntese, Estrutura, Propriedades e Aplicações. Química Nova. 21(3): 300-311.
KAMEDA, T.; YABUUCHI, F.; YOSHIOKA, T.; UCHIDA, M.; OKUWAKI, A. 2003. New method of treating dilute mineral acids using magnesium-aluminum oxide.Water Research. 37: 1545-1550.
KAMEDA, T.; YOSHIOKA, T.; HOSHI, T.; UCHIDA, M.; OKUWAKI, A. 2005. The removal of clhoride from solutions with various cations using magnesium-aluminium oxide. Separation and Purification Technology 42: 25-29.
KUZAWA, K.; JUNG, Y.; KISO, Y.; YAMADA, T.; NAGAI, M.; LEE, T. 2006. Phosphate removal and recovery with a synthetic hydrotalcite as an adsorbent. Chesmosphere, 62: 45-52.
