Adsorção de Cádmio(II) e Cobalto(II) em sistemas de banho finito e de leito fixo para soluções monocomponentes e binária

Abstract

Efluentes industriais contendo metais pesados podem comprometer o ecossistema devido seus efeitos bioacumulativos. Dentre os métodos de remoção de íons metálicos, a adsorção se destaca pela simplicidade de operação e possibilidade do uso de resíduos como adsorventes. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização de resíduos agroindustriais na remoção de íons Cd(II) e Co(II) em solução. Os adsorventes foram avaliados na sua forma in natura e após tratamentos ácidos, básico e carbonização. O adsorvente selecionado, por apresentar maior capacidade adsortiva (q), foi caracterizado pelas técnicas de adsorção/dessorção de N₂ (BET), espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR), termogravimetria (TG), titulação de Boehm (TBH) e pH do ponto de carga zero (pHPCZ). Foi avaliada a influência do pH inicial da solução, da velocidade de agitação (VA) e da relação massa de adsorvente por volume de solução (m/v) sobre o processo adsortivo. Estudos da evolução cinética, de equilíbrio, termodinâmicos e da competição dos metais em sistema binário foram realizados. O processo também foi avaliado de forma contínua em coluna de leito fixo com desenvolvimento de um modelo fenomenológico e por fim, ciclos de adsorção/dessorção. O adsorvente sabugo de milho verde carbonizado (MCRC) foi o selecionado com valores de q de 42,94 mg.g⁻¹ para Cd(II) e 18,64 mg.g⁻¹ para Co(II). Os espectros do FT-IR indicaram a presença de grupos funcionais oxigenados que contribuíram na adsorção. No TG foi constatado que na temperatura de carbonização, o adsorvente estava com 65% da massa inicial decomposta. A TBH indicou natureza ácida do carvão, corroborando com pHPCZ de 4,73. As condições operacionais que favoreceram o processo adsortivo foram: pH 5,3 ± 0,5, m/v de 2 g.L⁻¹ e VA de 150 rpm. A evolução cinética mostrou que o equilíbrio foi atingido em 120 min. O modelo de volume do poro e difusão superficial (PVSDM) apresentou um bom ajuste com R² > 0,92. No estudo de equilíbrio, os dados experimentais foram melhor descritos pelo modelo de Sips. Para o Cd(II), o valor q máximo (qmS) foi de 42,1 mg.g⁻¹ e o nS foi 0,8. Para o Co(II), qmS foi de 24,3 mg.g⁻¹ e nS de 2,2. No estudo termodinâmico, o aumento da temperatura de 303 para 333 K acarretou no aumento de 30,2% e 25,2% de qmS para Cd(II) e Co(II), respectivamente, indicando natureza endotérmica, confirmada pelo valor positivo de ΔHº. Para o sistema binário a capacidade de adsorção foi afetada de forma negativa, com redução de 41,1% no q para Cd(II) e de 59,1% para Co(II). O modelo de equilíbrio para sistemas multicomponentes que melhor se ajustou aos dados experimentais na proporção equimolar foi o modelo de Langmuir modificado, com indicação de maior afinidade do adsorvente pelo Cd(II). Em sistema contínuo, a aplicação do modelo fenomenológico resultou em R² > 0,97, apresentando valores de coeficientes de dispersão axial comparáveis à literatura. Os ciclos de adsorção/dessorção indicaram uma boa perspectiva na reutilização do carvão. Desta forma, o MCRC se apresentou como uma alternativa promissora para ser aplicada na adsorção de Cd(II) e Co(II) em soluções aquosas.