Obtenção, caracterização e aplicação de óxidos de ferro como adsorventes para a remoção de contaminantes dissolvidos em água

Dissertação [mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaEntre as várias tecnologias disponíveis para a remoção de poluentes da água, muitos pesquisadores consideram a adsorção como o método mais favorável devido à sua eficiência e baixo custo operacional. Sólidos de elevada área superficial e baixo custo estão sendo procurados como alternativas ao carvão como material adsorvente. As características dos óxidos e hidróxidos de ferro, tais como sua área superficial relativamente elevada e a carga elétrica desenvolvida na superfície como consequência do comportamento ácido-base dos sítios ativos, motivam seu estudo visando à aplicação no controle de poluentes. Estudos têm demonstrado a habilidade desses materiais para agirem como adsorventes e/ou catalisadores para a remoção de compostos perigosos das águas. O presente trabalho avaliou um lodo do tratamento ativo da drenagem ácida (DAM) da mineração do carvão como matéria prima para a produção de óxidos de ferro peletizados adequados para a remoção de íons de metais pesados (manganês, cobre, cromo) e fenol em solução aquosa. Análises morfológicas mostraram que os sólidos obtidos a partir do tratamento térmico do lodo da DAM são materiais cristalinos conformados por nanopartículas aciculares, com área superficial BET 88 m2·g-1 na forma de pó, que se mantém praticamente inalterada após a peletização. A análise elementar confirmou a presença de Fe como maior constituinte dos adsorventes (~80% w/w), acompanhado por traços de outros elementos típicos nas drenagens ácidas. As análises de difração de raios X evidenciaram que o tratamento térmico a 573 K conduz à mudança das fases cristalinas, sendo hematita a forma predominante. No pH neutro foram obtidas capacidades de adsorção na monocamada de 1,4; 2,6; 5,2 e 1,9 mg·g-1 para manganês, cobre, cromo e fenol respectivamente. A cinética de adsorção nos sólidos pulverizados é muito rápida, e foi descrita de acordo com o modelo de pseudo-segunda ordem. Foi empregada uma abordagem do ponto de vista da formação de complexos na superfície para descrever a remoção dos metais em função do pH. Os dados experimentais foram satisfatoriamente representados pelo modelo da dupla camada considerando as reações de especiação dos íons em solução em conjunto com as reações de formação de compostos de adsorção específica entre os grupos ativos na superfície e as espécies em solução. Estudos da adsorção dos poluentes selecionados em colunas de leito fixo também foram desenvolvidos. Um modelo matemático baseado numa aproximação de força motriz linear foi desenvolvido para reproduzir as curvas de ruptura obtidas experimentalmente. O coeficiente de dispersão no leito e o coeficiente global de transferência de massa foram determinados em cada caso