Adsorção dos íons cádmio e cobre em adsorventes preparados a partir de casca de amendoim

Abstract

O descarte de efluentes industriais contendo íons cádmio (Cd2+) e cobre (Cu2+) causa impacto na saúde humana e no meio ambiente, sendo necessária a remoção desses contaminantes antes do seu lançamento em corpos hídricos. Nesse cenário a adsorção desempenha papel importante como método eficaz. O objetivo do trabalho foi avaliar a adsorção dos íons Cd2+ e cobre Cu2+ em adsorvente preparado a partir de casca de amendoim em sistema monocomponente (SM) e binário (SB) em banho finito (BF) e leito fixo (LF). Os adsorventes foram preparados pelos processos: carbonização; ativações químicas e ativações físicas. O adsorvente com maior capacidade adsortiva (qexp) no estudo da influência do pH inicial da solução foi selecionado. Este adsorvente foi caracterizado pelo pHPCZ, adsorção/dessorção de N2, DRX, FT-IR e titulação de Boehm. Em estudos de BF foram avaliadas a velocidade de agitação (VA), a relação massa do adsorvente e volume da solução (m/V), a evolução cinética, as isotermas de equilíbrio e a termodinâmica no SM. Para o SB foram estudadas a cinética e o equilíbrio, sendo proposto modelo cinético binário (MCB) para avaliar a competição adsortiva. No estudo dessortivo foram investigados quatro eluentes visando à recuperação do adsorvente, além disso foi proposto um mecanismo para auxiliar a compreensão do processo de adsorção dos íons metálicos. Em LF foram avaliados a vazão (Qf), a concentração inicial (C0), a altura (Z) e regeneração do leito. Dentre os adsorventes preparados a casca de amendoim carbonizada (CAB) apresentou maior qexp na faixa de pH entre 4 e 6, portanto os estudos posteriores foram realizados em pH natural das soluções (pH 6). O CAB foi caracterizado como básico, microporoso, amorfo, com grupos hidroxilas, carboxílicos e carbonilas em sua superfície. As melhores condições operacionais foram identificadas para VA igual 100 rpm e m/V de 2 g·L-1. A evolução cinética atingiu o equilíbrio em 180 minutos. A aplicação do modelo de Weber-Morris indicou que a adsorção é controlada pela difusão externa e/ou difusão intrapartícula. O modelo PVSDM apresentou bom ajuste aos dados experimentais. Para o equilíbrio de adsorção em SM, os modelos de Langmuir, Freundlich e Sips apresentaram bons ajustes aos dados experimentais. A capacidade adsortiva máxima foi de 0,8 e 0,86 mmol·g-1 para o Cd2+ e o Cu2+, respectivamente. A termodinâmica indicou processo de natureza física. Para o SB o MCB apresentou boa capacidade preditiva da evolução cinética, e os modelos de Langmuir não modificado e Langmuir estendido apresentaram bom ajuste aos dados experimentais. O mecanismo proposto indicou as etapas envolvidas no processo adsortivo em estudo. No estudo de LF, o aumento de Qf , C0 e Z promoveram o aumento do qexp. Os modelos Thomas, Yoon-Nelson e o modelo fenomenológico apresentaram bom ajuste aos dados experimentais. O CAB manteve eficiência nos quatros ciclos de adsorção/dessorção. Este trabalho demonstrou que o MCB auxiliou a compreensão do processo adsortivo, além de possibilitar sua implementação em outros estudos e o potencial técnico do CAB para a adsorção dos íons Cd2+ e Cu2+ nos SM e SB.