Autores
Azevedo Aguiar, R. (UFVJM) ; Silva Rodrigues, J. (UFVJM) ; Jeany Teixeira Silva, C. (UFVJM) ; Frank Baez Vasquez, J. (AMBER/SCHOOL OF CHEMISTRY, TRINITY COLLEGE DUBLIN) ; Esmeraldo Paiva, A. (AMBER/SCHOOL OF CHEMISTRY, TRINITY COLLEGE DUBLIN) ; Guerra Lima Medeiros Borsagli, F. (UFVJM)
Resumo
A presente pesquisa objetivou produzir e avaliar filtros cerâmicos de cimento
aluminoso com incorporação de resíduo de fundição em diferentes proporções para
aplicação no tratamento de água contaminada. Para tal, os materiais cerâmicos
produzidos foram caracterizados por Espectroscopia por Dispersão de Energia,
Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios-X, Microscopia Eletrônica de
Varredura, Porosimêtria de Mercúrio, Difração de Raio-X e avaliada a adsorção de
laranja de metila por Espectroscopia no Ultravioleta-Visível. Os resultados de
adsorção atingiram o equilíbrio próximo de 360 minutos, sendo possível visualizar
a descoloração. As técnicas de caracterizações utilizadas possibilitaram verificar
a viabilidade de aplicação deste material para minimizar problemas ambientais.
Palavras chaves
Tratamento de água; Micro-sílica; Contaminantes
Introdução
Os recursos hídricos vêm-se tornando cada dia mais escassos no cenário atual,
devido ao crescimento populacional e, consequentemente contaminação deste
recurso, sendo parte significativa dessa contaminação podendo ser atribuída às
indústrias de refinaria, química, têxtil, papeleira e também as atividades
agrícolas (AQUINO NETO, 2009; FREIRE, et al., 2000).
Há décadas, as preocupações relacionadas à qualidade da água se concentravam
apenas em contaminantes que causavam cor, odor, turbidez e a presença de
microrganismos, que eram considerados os principais agentes que podiam causar
alterações. Atualmente, a preocupação tornou-se ainda maior, pois mesmo após a
utilização de técnicas convencionais utilizadas pelas estações de tratamento de
água, pode haver a presença de outros contaminantes mais nocivos (MONTAGNER et
al., 2017; ALMEIDA, 2017) tais como: pigmentos (corante) (GUARATINI & ZANONI,
2000), fármacos e agrotóxicos (SOUZA, 2014), os quais muitas vezes apresentam
efeito teratogênico, mutagênico e carcinogênico (BHASKARA et al., 2006; HALLING-
SORENSEN et al., 1998).
Dentre os diversos tipos de corantes o mais empregado pelas industriais têxteis
são os que apresentam o grupo azo (FORGACS; CSERHÁTI; OROS, 2004), dentre eles
temos o laranja de metila (MO) que apresenta orto-substituintes e a presença do
grupo para-dimetilamino ativando o grupo azo (SUBBAIAH & KIM, 2016). Quanto aos
agrotóxicos, uma classe são os herbicidas, entre eles há o glifosato, muito
utilizado em plantações agrícolas como herbicida sistêmico, pós-emergente e não
seletivo (BHASKARA et al., 2006).
Entre as diversas alternativas de tratamento de água, vários processos vêm sendo
desenvolvidos com a finalidade de remover materiais e gerar seletividade, dentre
eles estudos recentes relataram avanços nos métodos de adsorção para eliminação
de contaminantes, sendo utilizados materiais de valor acessível, boa
disponibilidade e fácil manuseio, apresentando ainda características próprias ou
que podem ser desenvolvidas para se tornarem eficazes, considerando que ainda
hoje são muitas vezes usados métodos não eficientes para elevados volumes de
água residuais, que levam a altos custos de manutenção, geração de produtos
tóxicos e processos complexos na realização do tratamento (ALMEIDA, 2017;
BHATNAGAR et al., 2015; GAUTAM et al., 2014).
O processo de adsorção está interligado a intensidade da interação do
contaminante adsorbato com o material adsorvente, podendo ocorrer da forma
física (fisissorção) e química (quimissorção). Este processo depende das
características da solução, do adsorvente (área superficial, tamanho e
distribuição dos poros, grupos funcionais) e das condições operacionais
(concentração, temperatura, pH) (NASCIMENTO et al., 2014).
Nesse enfoque, a presente pesquisa objetivou avaliar a aplicação de filtros
cerâmicos produzidos à base de cimento aluminoso (CA) com incorporação de
resíduo de fundição de silício (RS) em diferentes proporções como adsorventes do
pigmento laranja de metila no tratamento de água contaminada.
Material e métodos
Filtros cerâmicos cilíndricos foram produzidos com base na norma ABNT NBR 5738
(RODRIGUES, 2021). Os filtros cerâmicos foram produzidos em diferentes
proporções de cimento aluminoso (CA) e resíduo de fundição de silício (RS)
utilizando como molde tubos de policloreto de vinila (PVC). Após 24 horas no
molde, os filtros cerâmicos foram retirados dos mesmos permanecendo por 7 dias
(tempo de cura) em condições ambiente. Em seguida, foram sinterizados à 1100 °C
em diferentes intervalos de tempo (5, 12 e 24 h). As amostras foram então
identificadas em relação à proporção de CA e RS utilizados em porcentagem
(CA/RS_90/10; CA/RS_70/30; CA/RS_50/50) e tempo de queima.
Posteriormente, as amostras foram então caracterizadas Espectroscopia por
dispersão de energia (EDX), Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios-X
(XPS), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Porosimêtria de Mercúrio,
Difração de Raio-X (DRX) e avaliada a adsorção de laranja de metila (MO) por
Espectroscopia no Ultravioleta-Visível (UV-Vis).
Na análise de adsorção, utilizou-se a solução do corante laranja de metila como
adsorbato e os filtros cerâmicos em diferentes proporções entre a matéria-prima
CA/RS como adsorvente. Para tal, foi realizado o preparo da solução de MO na
concentração de 20 mg.L-¹. Em seguida a pesagem de 0,250 g de cada amostra do
filtro cerâmico, logo após foram transferidas para recipientes apropriados,
acrescentando 15 mL da solução de MO nos recipientes, cronometrando o tempo de
adsorção até se alcançar o equilíbrio. Então, foi realizada a leitura no
espectrofotômetro KASUAKI no comprimento de onda de 465 nm nos intervalos de
tempo de 5, 10, 15, 20 e 30, 60, 120, 240, 360, 480 e 600 minutos.
Resultado e discussão
A Tabela 1 apresenta os resultados da composição atômica do cimento aluminoso
(CA) e o resíduo de fundição (RS), na qual mostraram que o cimento aluminoso é
composto principalmente por alumínio (Al) e cálcio (Ca), e os resíduo
basicamente de óxido de silício, resultados semelhantes à literatura (MANFROI,
2014; AITCIN, 2000).
Tabela 1. Composição atômica da matéria-prima.
Percentagem atômica (%)
Amostra O C Ca Si Al Na
Cimento aluminoso 39.9 32.6 5.9 5.8 15.8 -
Resíduo de fundição 46.9 26.0 - 27.1 - -
Na Figura 1 observa-se a análise de XPS da matéria-prima, o pico de referência
encontra-se próximo de 286 eV para C1s, podendo observar a presença dos picos C-
C, Si-C e C=O, respectivamente (Figura 1A). Enquanto na Figura 1 (B) o pico de
referência encontra-se próximo 532 eV para O1s, consequentemente permitindo
observar os picos de O1s, C=O, Si-O, Al-O, C-O, -OH, Ca-O. Já na Figura 1 (C) o
pico de referência foi o Si2p, observando-se picos de Si-C e Si-O. Na Figura 1
(D), o pico de referência foi Ca2p, sendo possível visualizar picos de CaO,
Ca2p3/2. Segundo os autores OLIVEIRA & CREPALDI (2017), os cimentos aluminosos
são constituídos por óxido de cálcio (CaO) e óxido de alumínio (Al2O3) explicar
dessa forma, a presença destes picos já eram esperados, conforme literatura.
Na Figura 2 apresentam-se os resultados da porosimêtria de mercúrio referente ao
corpo de prova CA/RS_70/30_12h determinando-se a distribuição de tamanho de
poros presentes, observa-se a região identificada com a seta em azul, com 60 %
em volume das amostras apresentando diâmetros entre 1 e ~10 μm, e na região
identificada com a seta em vermelho 3 % em volume com diâmetros entre 0,1 e 0,01
μm. Segundo o autor MATOS (2013), pode-se destacar uma elevada porosidade.
Quanto à morfologia dos filtros cerâmicos (Figura 3), é possível observar que
quanto maior o tempo de sinterização, ocorre maior presença de poros, podendo
estar interligado a diferença morfológica entre a matéria-prima cimento
aluminosa e o resíduo de fundição de silício, dificultando a homogeneidade entre
as matérias-prima (micro-sílica ao cimento), e também a relação
água/aglomerante, formando bolhas ao transferir a mistura para os moldes
(FURQUIM, 2006).
O processo de adsorção do corante laranja de metila (MO) nos intervalos de tempo
de 5, 10, 15, 20, 30, 60, 120, 240, 360, 480 e 600 minutos é identificado na
Figura 4, na qual após aproximadamente 360 minutos atingiu-se o equilíbrio de
adsorção. Os resultados mostraram que a adsorção foi maior nos primeiros minutos
e manteve-se constante em tempos mais longos. A descoloração das soluções de MO,
passaram de uma cor intensa de laranja escuro para um laranja claro, sendo que
em algumas amostras a solução chegou a ficar límpida (incolor) visualmente. A
adsorção do MO nos primeiros instantes associa-se a quantidade de sítios ativos
presentes no material cerâmico, sendo considerada rápida, mas ao longo do tempo
com a ocupação destes sítios o tempo de equilíbrio é alcançado, ocorrendo uma
diminuição gradual da adsorção (ERRAIS, 2001).
Conclusões
Os resultados obtidos durante o desenvolvimento da presente pesquisa permitiram
concluir que é possível a utilização de resíduo de fundição de silício incorporado
no cimento aluminoso em diferentes proporções para produção de filtro cerâmico
para aplicação como adsorvente de contaminantes, tais como pigmentos, agrotóxicos,
etc. Além disso, a caracterização do filtro cerâmico por diferentes técnicas como
a permitiu conhecer melhor as características morfológicas quanto à presença de
porosidade, elementos químicos referentes às amostras e comparar com os resultados
presentes na literatura, ampliando o conhecimento desses materiais. Os resultados
também são de grande relevância para as indústrias de fundição, em especial, a
fundição de silício, que apresentam uma elevada geração de rejeito (micro-sílica),
dando destinação para esse rejeito utilizando como uma das matérias-prima para a
produção de filtros cerâmicos, material com capacidade de ser adsorvente de
contaminantes gerados por outras indústrias, tais como as têxteis que fazem a
utilização e descarte de pigmentos, e também relacionadas às atividades agrícolas
com a utilização de agrotóxicos, viabilizando assim o tratamento de águas
contaminadas.
Agradecimentos
Os autores agradecem o BIOSEM-LESMA/UFVJM e o AMBER/Trinity College Dublin pelas
análises e caracterizações químicas realizadas. Assim como a FAPEMIG (APQ-02565-
21), CAPES, CNPq e UFVJM pelo suporte financeiro ao projeto.
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