Obtenção de zeólita 4A a partir de caulim proveniente da região do Juazeirinho (Paraíba) e aplicação na remoção de arsênio de soluções aquosas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016.O presente estudo propôs o emprego de um caulim proveniente de Juazeirinho, no Estado da Paraíba, como fonte de alumínio e silício para a produção de zeólita 4A a partir de reação hidrotérmica, onde o procedimento de síntese consistiu na ativação térmica do caulim, que foi submetido, em mulfla, a uma temperatura de 850°C por 2 horas, para tornar-se metacaulim; 3g deste metacaulim obtido foi adicionada a um recipiente de teflon/alumínio juntamente com 30mL de uma solução de NaOH 1,25 mols/L, e este sistema foi colocado em estufa, a 150°C, por 4 horas à pressão autógena, para ocorrer a reação hidrotérmica de formação de zeólita 4A. O material resultante foi centrifugado e lavado com água deionizada e até pH próximo a 7,0, e em seguida seco em estufa a 100°C por aproximadamente 15 horas. O caulim e a zeólita 4A produzida foram caracterizados por difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho (FTIR), fluorescência de raios X (FRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de DRX mostraram que o caulim de Juazeirinho é constituído principalmente por caulinita, com baixos níveis de impurezas. Os dados dos ensaios de remoção determinados por ICP-OES sugerem que a zeólita 4A apresenta boa capacidade adsortiva atingindo eficiência de 82,7% para concentrações de 50 mg/L de As5+. Os resultados revelaram que o modelo de Langmuir é mais apropriado que o de Freundlich no ajuste dos dados experimentais. O máximo de remoção de íons arsenato (82,7%) ocorre em pH 5,0 empregando 1000 mg de zeólita 4A.O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que melhor descreveu os dados para a remoção de íons arsenato. No equilíbrio, a isoterma de Langmuir foi a que melhor representou os dados experimentais. Para o organismo D. magna foram observados efeitos tóxicos com um valor de LC50 (48h) de 2,02 mg/L para o arsenato. Durante os ensaios empregando zeólita 4A, foi observado um acúmulo de matéria no trato digestivo e na carapaça dos organismos, que é reversível com a remoção da zeólita do meio de ensaio.Abstract : The present study proposed the employment of a kaolin from Juazeirinho, in the State of Paraíba, such as aluminum and silicon for the production of 4A zeolite from hydrothermal reaction, where the synthesis procedure consisted of thermal kaolin activation, which was submitted, in mulfla, at 850°C for 2 hours, to become metakaolin; 3g of this obtained metakaolin was added to a teflon/aluminium container along with 30mL of a 1,25 mol/L NaOH solution, and this system was placed in an oven at 150°C for 4 hours at autogenous pressure, to occur 4A formation hydrothermal reaction. The resulting material was centrifuged and washed with deionized water until pH around 7.0, and then dryed in oven at 100°C for about 15 hours. Kaolin and produced 4A zeolite were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), X-ray fluorescence (XRF), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD results showed that Juazeirinho?s kaolin is mainly composed of kaolinite with low impurity levels. Adsorption data determined by ICP-OES suggest that 4A zeolite has good adsorptive capacity, achieving the efficiency of 82.7% at 50 mg/L As5+ concentrations. The results revealed that the Langmuir model is more appropriate than Freundlich in the fit of the experimental data. The maximum removal of arsenate ions (82.7%) occurs at pH 5.0 employing 1000 mg of 4A zeolite. The pseudo-second order kinetic model was the model that best described the experimental data for the remotion of ions arsenate.For the equilibrium, the Langmuir isotherm was the one that best represented the experimental data. For D. magna organism, toxic effects were observed with LC50(48h) value of 2.02 mg/L of arsenate. During the tests employing 4A zeolite, it was observed its accumulation in the digestive tract and carapace of the organisms,which is reversible upon removal of 4A zeolite