AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE CROMO UTLIZANDO RESINA MISTA

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1 AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE CROMO UTLIZANDO RESINA MISTA Maria A. Barros, e Moilton R. Franco Junior Bolsista de doutorado CAPES, discente do curso de Pós Graduação em Engenharia Química Professor da Faculdade de Engenharia Química da UFU/MG, Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia. Av João Naves de Ávila,, Bloco K, Campus Santa Mônica, Uberlândia - MG, CEP 3- cidabarros_5@yahoo.com.br RESUMO -A poluição por metais pesados vem se tornando um sério problema ambiental. Os rejeitos contendo um íon metálico pesado como o cromo, podem ocasionar danos ao meio ambiente e à saúde humana. Deste modo, a proposta desse trabalho foi avaliar a capacidade de adsorção de cromo empregando-se, como adsorvente, resina mista. O efluente sintético, preparado a partir de solução padrão, foi tratado com a resina mista descompacta e resina mista sem descompactação. O processo foi realizado em batelada, empregando-se reatores de vidro com volume cerca de 5, ml, encamisados e dotados de agitação magnética. A mistura contaminada por íons cromo, em sua forma metálica (Cr +3 e Cr + ), era tratada por um tempo de até vinte quatro horas, isotermicamente. A influência do ph foi testada à de temperatura 5, ºC variando-se o ph da mistura de, a,. Ademais, o efeito térmico, ou seja, de variação da temperatura do meio foi verificada através de estudos isotérmicos, com processos batelada, operando-se os reatores a 5ºC, 35ºC e 5ºC, em três concentrações iniciais de cromo que variaram de -5 mg/l. Os resultados obtidos evidenciam a importância dos parâmetros estudados no processo de remoção do íon cromo, sendo que o ph em torno de, e a temperatura de 5ºC foram os mais apropriados ao processo de adsorção do cromo utilizando a resina mista. Palavras-Chave: adsorção, resina e cromo INTRODUÇÃO A rápida industrialização levou ao enorme aumento no uso de metais pesados ao longo das últimas décadas e resultou inevitavelmente em um fluxo aumentado de substâncias metálicas no ambiente aquático. Esta industrialização pela qual vem passando o mundo é a principal causa de contaminação de águas, solos e atmosfera. O avanço da tecnologia, aliado ao capitalismo tem uma conseqüência implacável: o desequilíbrio do ecossistema. Por outro lado, a preocupação com o crescimento e desenvolvimento como agentes causadores dos problemas ambientais, deu-se lentamente e de modo muito diferenciado entre os diversos seguimentos da sociedade: indivíduos, governos, organizações, etc. Pode-se pensar numa evolução que seguiu as seguintes etapas. A primeira se refere aos problemas ambientais localizados, advindos da indiferença das pessoas ou negligência dos agentes produtores e consumidores de bens e serviços. Numa segunda etapa, a degradação é percebida como um problema generalizado, porém limitado a cada um dos estados. Na terceira etapa, a degradação é vista como um problema planetário, que atinge a todos (Barbieri, ). Os metais pesados atingem os tecidos celulares por meio da cadeia alimentar e acumulam-se no corpo humano. Se os metais são ingeridos além da concentração permitida, pode causar problemas de saúde. Portanto é necessário tratar as águas residuais que contem metal pesado antes da sua descarga no meio ambiente (Ajmal et al., 99). O tratamento convencional não tem se mostrado eficiente para remoção dos metais abaixo dos níveis permitidos pela legislação, a adsorção se torna um mecanismo viável por ter maior eficiência e pelo baixo custo. A remoção dos metais pesados presentes em efluentes industriais pode ser feita por meio de diversos processos, tais como precipitação por via química, osmose reversa, adsorção em carvão ativado ou alumina e oxi-redução. As técnicas tradicionais de tratamento envolvem alto custo e entrada contínua de produtos químicos,

2 gerando assim um processo impraticável e antieconômico além de causar mais danos ambientais. Por isso, são necessárias técnicas fáceis, eficazes, econômicas e ecológicas para o tratamento de efluentes (Padmavathy et al., ). Alguns exemplos dessas técnicas são: ultrafiltração; remoção por biomassa de plantas aquáticas; utilização de matéria orgânica morta; emprego de microrganismos; precipitação de metais por solos incinerados; precipitação e flotação de sulfetos e resinas.as resinas são muito utilizadas nas indústrias para a remoção de íons em água potável ou em águas de caldeira e na purificação de substâncias orgânicas e inorgânicas. Entretanto, a utilização desse material no tratamento de efluentes contendo metais pesados é economicamente inviável (Pal e Banat, ; Liu et al ). O objetivo deste trabalho foi investigar a influência da acidez e da temperatura visando o tratamento de efluentes aquosos contaminados por metais, especialmente o Cromo, utilizando-se da Resina Mista. Materiais e Métodos As resinas utilizadas foram Resina Mista Purolite e Resina Catiônica Purolite. Os experimentos, deste trabalho, foram realizados utilizando-se, como fonte de cromo, soluções aquosas preparadas com dicromato de potássio (K Cr O 7 ), marca Labsynth 99%,. Este reagente era pesado e dissolvido, em água destilada, para se obter a Solução Estoque de Cromo (SEC) em uma concentração de. mg/l conforme metodologia descrita no Apha (99) e depois diluída para as concentrações desejadas.todos os experimentos foram realizados em batelada, utilizando células de vidro encamisadas de ml cada, ligadas a um banho termostático (±, oc). O sistema composto de aproximadamente 9 ml de solução do metal e adsorvente (5, g/l) foi mantido, sob agitação, por agitadores magnéticos, a uma velocidade de 75 rpm. Amostras de 3, ml eram coletadas com o auxílio de pipeta (RONI-ALZI) com precisão de ±, ml e analisadas no equipamento de absorção atômica da marca Shimadzu e modelo 7 (AA-7). Influência do ph O efeito do ph na adsorção dos metais foi testado em sistemas análogos ao anterior, com concentração de mg/l do metal e temperatura de 5ºC, o ph foi ajustado para,; 5,5;, e,; pela adição de soluções, mol/l de NaOH ou HCL. Teste cinético e Influência da temperatura Adotou-se um tempo de experimento de minutos, para avaliação da cinética de adsorção do cromo utilizando temperaturas constantes de 5, C. 35, ºC e 5, ºC, para os experimentos. Amostragens eram feitas, em intervalos de 5 minutos, nos primeiros quatro pontos, a cada minutos no quinto e sexto pontos, minutos no sétimo ponto e 3 minutos nos demais pontos, sendo no total pontos. A variação no tempo ocorreu devido a pouca variação nos valores experimentais, indicando assim o equilíbrio. A quantidade de cromo adsorvida pela resina (q) em cada tempo foi calculada utilizando-se a Equação (): V ( C Ct ) q () m em que Co é a concentração inicial da solução de cromo (t=), C t é a concentração da solução de cromo no tempo t, V é o volume da solução de cromo no frasco, e m é a massa do adsorvente (base seca). Isotermas de adsorção Segundo McCabe et al. (), a isoterma de adsorção representa a relação de equilíbrio entre a concentração de um componente na fase fluida e sua concentração nas partículas de adsorvente, em uma determinada temperatura. A quantidade de adsorbato presente no sólido é expressa por massa adsorvida por unidade de massa do adsorvente original. Neste trabalho o modelo utilizado foi a Isoterma de Henry. A isoterma de Henry, representada pela Equação. q kc e e () Em que K representa a constante de Henry, q e a concentração de adsorbato na superfície do adsorvente e C e a concentração de equilíbrio do adsorbato na fase fluida. Resultados e Discussões Os resultados estão apresentados para experimentos realizados empregando-se uma solução de cromo, com concentração inicial de mg/l. No caso do adsorvente, utilizou-se a resina mista e a catiônica, em suas formas naturais e na forma descompactada. Cada batelada era realizada com,5 g de resina por ml de mistura, processadas na temperatura de 5ºC e

3 Cr (mg/l) ph 5,5. Resultados podem ser observados na Figura e. A avaliação da adsorção do íon cromo com as diferentes resinas foi realizada, como teste preliminar, a fim de se determinar a melhor resina a ser utilizada no processo de adsorção. Figura. Variação da concentração do íon cromo, para as diferentes resinas utilizadas. ( T = 5ºC; [Cr] = mg/l; [resina mista] = 5 g/l) Pode-se observar, nos resultados obtidos, que a resina mista e a resina mista descompactada apresentaram uma maior adsorção do íon cromo com uma concentração final de cromo,3 mg/l para resina mista e, mg/l para a resina mista descompactada. Já a resina catiônica e resina catiônica descompactada apresentaram, na concentração final do íon cromo, o valor de 9,3 mg/l e, mg/l, respectivamente. Foi investigada, por horas, a evolução do processo de adsorção com a resina mista e a resina catiônica descompactada. Os resultados obtidos mostraram que as variações nas concentrações do íon cromo não são significativas a partir de hora para resina mista e de horas para resina catiônica descompactada. Figura. Comparação da adsorção do íon cromo utilizando resina mista e resina catiônica descompactada. (T = 5ºC; [Cr] = mg/l; [resina mista] = 5 g/l). Levando em consideração os custos do processo pode se afirmar que a resina mista apresentou o melhor resultado na adsorção do íon cromo alcançando o equilíbrio aos 3 minutos do processo e com maior eficiência na adsorção. Após testes preliminares, a resina mista foi definida como sendo a que apresentou melhores resultados. Foi realizado testes na temperatura 5ºC e ph 5,5, com a concentração de cromo mg/l e concentração de resina mista g/l, 3 g/l, 5 g/l 7 g/l a fim de se determinar a melhor concentração de resina para o processo, como verificado na Figura Tempo (horas) Resina Mista mg/l; Resina Mista 3mg/L Resina Mista 5mg/L; Resina Mista 7mg/L Figura 3. Avaliação da resina mista em diferentes concentrações na adsorção cromo. ([Cr] = mg/l; T = 5ºC) Ao analisar as concentrações de resina mista no processo de adsorção verifica-se que a

4 Cr (mg/l) qe (mg/g) concentração 5 g/l de resina mista apresentou o melhor resultado na adsorção do cromo. Após definido a concentração de resina mista no processo foi investigado também a influência do ph no processo o que pode ser observado na Figura. 9 7 ph ph 5,5 ph ph 5 3 Tempo (min) Figura. Variação da concentração do íon cromo em função do ph. (T = 5ºC; [Cr] = mg/l; [resina mista] = 5 g/l). Os resultados apresentados mostram claramente a importância do ph no processo de remoção do íon cromo. O ph afeta a solubilidade dos metais e a ionização dos grupos funcionais presentes na superfície, a sua influência é devida a uma competição entre os íons do metal e os íons H + presentes em solução pelos sítios ativos da superfície do material adsorvente (Chubar et al, Ozdemir, e Selatnnia et al., ). Neste trabalho, experimentos realizados com o ph foram os que apresentaram melhor resultado. Determinadas as melhores condições operacionais para o processo, para os ajustes isotérmicos utilizou se a equação de Henry, variando a concentração inicial da solução de íons cromo entre mg/l e 5 mg/l, nas temperaturas de 5ºC, 35ºC e 5ºC. A partir dos resultados obtidos, foram construídas as isotermas, para o íon cromo, em diferentes temperaturas, apresentadas na Figura C 35 C 5 C Ce (mg/l) Figura 5. Isoterma de adsorção do cromo em temperaturas de 5ºC, 35ºC e 5ºC. Pode se observar ao analisar as isotermas que o processo de adsorção do cromo com resina mista tem uma redução na adsorção do íon cromo com o aumento da temperatura sendo entre as temperaturas analisadas a 5ºC a que apresentou os melhores resultados na remoção do íon cromo. O valor da constante calculada para as temperaturas de 5ºC, 35ºC e 5ºC como o modelo de Henry e seus respectivos coeficientes de correlação são apresentados na tabela. Tabela - Valores de ajuste do modelo de Henry aos resultados de equilíbrio para adsorção de cromo na faixa de temperaturas 5ºC-5ºC. Temperatura K R Erro 5ºC,7,93,97 35ºC,7359,99,39 5ºC,575,7,559 Conclusão Verificou-se ser conveniente o emprego de célula de equilíbrio para obter dados experimentais isotérmicos de adsorção. A Resina Mista Purolite apresentou melhor resultado nos experimentos realizados. Ficou evidente a influência do ph no processo sendo o ph igual a, ácido, o mais apropriado no processo de adsorção, tornando o processo mais eficiente. O processo ocorreu de forma rápida, sendo o equilíbrio alcançado em, no máximo, horas.

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AJMAL, M.; KHAN, A. H.; AHMAD, S.; AHMAD, A. Role of sawdust in the removal of copper (II) from industrial wastes. Water Res. V.3, p , 99. APHA, AWWA and WPCF, Standard methods for the examination of water and wastewater, 7th ed., American Public Health Association, American Water Works Association and Water Pollution Control Federation, Washington, DC, 99 BARBIERI, J.C. Desenvolvimento e meio ambiente: as estratégias de mudanças da Agenda. Petrópolis, RJ: Vozes,. CHUBAR, N., CARVALHO, J.R., NEIVA, M.J. Cork biomass as biosorbent for Cu (II), Zn (II) and Ni(II). Colloids and Surfaces A, v. 3, p. 57-5,. LI, H.; LIU, J.; GAO, X.; LIU, C.; GUO, L.; ZHANG, S.; LIU, X.; LIU, C.. Adsorption behavior of indium (III) on modified solvente impregnated resins (MSIRs) containing sec-octylphenoxy acetic acid. Hidrometallurgy. p. -7,. McCABE, W. L.; SMITH, J.; HARRIOT, P.. Unit Operations of Chemical Engennering. McGraw Hill International.. OZDEMIR, G.; et al. Biosorption of chromium (VI), cadmium (II) and copper (II) by Pantotea sp. TEM, Chemical Engineering Journal, v., p. 9-53,. PADMAVATHY, V.; VASUDEVAN, B.;DHINGARA, S.C.. Biosorption of nickel (II) ions on Bakers Yeast. Process Biochemistry, 3: ,. PAL, P.; BANAT, F.. Comparison of heavy metal ions removal from industrial lean amine solvent using ion exchange resins and sand coated with chitosan. Journal of Natural Gas Science and Engineering. p. 7-3,. SELATNNIA, A. Et al. Biosorption of Cd (II) from aqueous solutions by NaOH-treated bacterial dead Streptomyces rimosus biomass, Hydrometallurgy, v. 75, p. -,. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a UFU-Universidade Federal de Uberlândia e a FEQUI -Faculdade de Engenharia Química pela oportunidade em realizar este trabalho. Agradecem também ao apoio financeiro do CNPq, CAPES e FAPEMIG.