Catalisadores e adsorventes produzidos a partir da drenagem ácida de mina de carvão e aplicação ao tratamento de efluentes líquidos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2012Óxidos de ferro recuperados a partir da drenagem ácida de mina (DAM) representam potencial matéria-prima de baixo custo para substituir reagentes de pureza analítica na produção de ferridrita, goetita ou magnetita. Além disso, as propriedades de óxidos de ferro indicam que estes sólidos podem ser explorados como adsorventes e/ou catalisadores para remover compostos orgânicos de soluções aquosas. O principal objetivo deste estudo é produzir óxidos de ferro a partir da drenagem ácida de mina de carvão, com pureza relativamente elevada e, determinar a capacidade adsortiva e atividade (foto) catalítica destes sólidos no tratamento de compostos orgânicos em solução aquosa (corantes e fluido de usinagem). Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que é possível recuperar os óxidos de ferro (LL) na forma de goetita ou hematita, utilizando o método de precipitação sequencial, seguido de tratamento térmico. Também foram produzidos óxidos mistos de ferro/manganês (FeMn), utilizando a DAM como fonte de ferro, pela incorporação de sulfato de manganês em diferentes proporções, seguidos de tratamento térmico. Os óxidos mistos foram avaliados em relação a atividade catalítica em decompor H2O2. Os sólidos foram caracterizados por MEV/EDS, área superficial BET, pHpcz, potencial zeta, DRX, XPS, TGA e distribuição do tamanho de partículas. As análises de caracterização mostraram que as condições do tratamento térmico influenciam nas características dos óxidos formados (LL e FeMn). Nos LL, o aumento da temperatura aumenta a cristalinidade e o valor do pHpcz, mas diminui a área superficial. As áreas superficiais dos óxidos mistos FeMn são menores do que dos LL, e o pHpcz dos óxidos mistos é aproximadamente 7. Em todos os sólidos (LL e FeMn) o aumento da temperatura de tratamento de 100 para 300ºC confere transformação da goetita em hematita e em temperaturas superiores a 600ºC liberação de sulfatos identificados pelas análises de TGA/DTA e DRX. Os resultados da cinética de decomposição do H2O2, na presença dos óxidos de ferro, apresentaram constante de velocidade global da reação de 5,5 (± 2,0) x 10-8 s-1L.mg-1, independente da temperatura de calcinação. O óxido misto de ferro/manganês apresentou constante de velocidade de segunda ordem para decompor H2O2, 6,24x10-6 s-1L.mg-1, superior aos óxidos de ferro e, dependente da relação molar Fe:Mn e da temperatura de calcinação. Os óxidos de ferro adsorvem o corante têxtil Vermelho Procion H-E7B de acordo com o modelo de Langmuir e a quantidade máxima adsorvida de corante diminuiu à medida que a temperatura do tratamento térmico aumenta. O estudo da atividade catalítica do LL calcinado a 300ºC (LL300) na degradação do corante na presença de peróxido de hidrogênio, mostrou que há competição de sítios ativos entre o corante e o H2O2 e que esse efeito depende da concentração de ambos. Os resultados da atividade fotocatalítica dos LL na remoção do corante demonstram que há destruição do grupo cromóforo, mas não ocorre mineralizacão completa e, que a atividade fotocatalítica dos LL é superior a do TiO2 P25 em relação à mineralizacão do corante Vermelho Procion H-E7B. Os resultados de equilíbrio de adsorção do efluente de fluido de usinagem sobre o LL300 na forma de pó, mostraram elevada capacidade de remoção deste composto (1136 mgO2.g-1, expresso em unidades de DQO), ajustando-se ao modelo de Langmuir. Os estudos de adsorção do óxido de ferro calcinado a 300ºC na forma de pellets em leito fixo indicaram elevada resistência a transferência de massa dos pellets. Estes resultados sugerem que a drenagem ácida de mina pode ser utilizada como uma fonte de material para a produção de adsorventes e/ou catalisadores de óxidos de ferro, com qualidade comparável aos produzidos utilizando reagentes de grau analítico