Tese
Remoção de metais utilizando composto humico proveniente do tratamento de lodo de esgoto industrial e tabaco de cigarro contrabandeado em reator
Registro en:
SEREMETA, Daniele Cristina Hass. Remoção de metais utilizando composto humico proveniente do tratamento de lodo de esgoto industrial e tabaco de cigarro contrabandeado em reator. 2019. Tese (Doutorado em Quimica) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2019.
Autor
Seremeta, Daniele Cristina Hass
Institución
Resumen
One of the problems that has been widely explored and of interest to many researchers is the
contamination of environmental matrices by potentially toxic metals. In this sense, adsorption
has been shown to be a promising alternative due to its high efficiency and low cost. The
main objective of this work was to apply as adsorbent the humic compost (HC) obtained from
composting in reactor of smuggled cigarette tobacco (SCT) and industrial sewage sludge
(ISS) in the removal of metals: lead (Pb+2), cadmium (Cd+2) and total chromium (Cr) of
aqueous solutions. The removal capacity of the material was investigated using batch
procedure, and experimental parameters such as pH, adsorbent concentration, initial
concentration of metals and contact time were investigated. The results showed that the
adsorbent concentration of 3 g L-1 was sufficient to saturate the available binding sites of the
three evaluated metals (Pb+2, Cd+2 and total Cr). For Pb+2 the maximum removal (82%) was
reached at pH 5.0 and 240 minutes time. The maximum adsorption capacity for Pb2+ was
21.544 mg g
-1
, calculated by the Sips equation, and the kinetics were better adjusted using the
pseudo second order model. Cd+2 showed maximum removal (92%) at pH 5.0, and the time
required to reach equilibrium was 120 minutes. The maximum adsorption capacity for Cd2+
was 28.546 mg g
-1
, calculated by the Sips equation, and the kinetics were better adjusted
using the pseudo second order model. For total Cr, pH 3.0 and time of 120 minutes were
necessary to reach maximum removal (72%). The maximum adsorption capacity for total Cr
was 14.92 mg g
-1
, calculated by the Sips equation, and the kinetics was better adjusted using
the Elovich model. The removal process for each metal was characterized by Infrared
Spectroscopy and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FEG) coupled with EDX
(X-ray Dispersive Energy) microanalysis, where it was observed that hydroxyl, carbonyl and
carboxyl groups are mainly responsible for metal removal, and in addition a possible ion
exchange mechanism between Pb+2, Cd+2 and total Cr with Na+
, K+
, Ca+2 may occur. The
leaching test allowed to evaluate the chemical stability of metals on the compost when in
contact with aqueous solutions, confirming the immobilization of contaminants. As a
complement to mono-metal removal, a multi-metals removal study under different pH
conditions was developed to evaluate the behavior of the species on the adsorbent. The results
confirmed that there is no compromise in metal adsorption and/or metal competition for active
adsorbent surface sites. Finally, HC was applied as adsorbent of potentially toxic metals in
rivers and lakes of Ponta Grossa region. The results showed that the compost produced by the
treatment of SCT and ISS, besides having a low cost, presented a high removal efficiency and
can be applied as a new adsorbent of Cd+2. Um dos problemas que tem sido amplamente explorado e de interesse de muitos
pesquisadores é a contaminação de matrizes ambientais por metais potencialmente tóxicos.
Nesse sentido a adsorção tem se mostrado uma alternativa promissora devido á sua alta
eficiência e baixo custo. Este trabalho teve como principal objetivo aplicar como adsorvente o
composto húmico (CH) obtido a partir da compostagem em reator de tabaco de cigarros
contrabandeados (TCC) e lodo de esgoto industrial (LEI) na remoção de metais chumbo
(Pb+2), cádmio (Cd+2) e cromo total (Cr) de soluções aquosas. A capacidade de remoção do
material foi investigada utilizando procedimento em batelada, e parâmetros experimentais
como pH, concentração de adsorvente, concentração inicial dos metais e tempo de contato
foram pesquisados. Os resultados evidenciaram que a concentração de adsorvente de 3 g L
-1
foi suficiente para saturar os sítios de ligação disponíveis dos três metais avaliados (Pb+2, Cd+2
e Cr total). Para o Pb+2 a máxima remoção (82%) foi alcançada em pH 5,0 e tempo de 240
minutos. A capacidade máxima de adsorção para Pb2+, foi 21,454 mg g
-1
, calculada pela
equação de Sips, e a cinética teve melhor ajuste utilizando o modelo de pseudo segunda
ordem. O Cd+2 apresentou máxima remoção (92%) em pH 5,0 e o tempo necessário para
atingir o equilíbrio foi 120 minutos. A capacidade máxima de adsorção para Cd2+, foi 28,546
mg g
-1
, calculada pela equação de Sips, e a cinética teve melhor ajuste utilizando o modelo de
pseudo segunda ordem. Para o Cr total, o pH 3,0 e tempo de 120 minutos foram necessários
para atingir máxima remoção (72%). A capacidade máxima de adsorção para Cr total, foi
14,92 mg g
-1
, calculada pela equação de Sips, e a cinética teve melhor ajuste utilizando o
modelo de Elovich. O processo de remoção para cada metal foi caracterizado por
Espectroscopia no Infravermelho e Microscopia Eletrônica de Varredura por emissão de
campo (FEG) acoplada a micro análise EDX (Raio X por Energia Dispersiva), onde
observou-se que grupamentos hidroxila, carbonila e carboxila são os principais responsáveis
pela remoção dos metais, e além disso um possível mecanismo de troca iônica entre Pb+2
,
Cd+2 e Cr total com Na+
, K+
, Ca+2 pode ocorrer. O teste de lixiviação permitiu avaliar a
estabilidade química dos metais sobre o composto quando em contato com soluções aquosas,
confirmando a imobilização dos contaminantes. Como complemento da remoção mono metal,
foi desevolvido um estudo de remoção multi metais em diferentes condições de pH, para
avaliar o comportamento das espécies sobre o adsorvente. Os resultados obtidos confirmaram
que não ocorre comprometimento na remoção dos metais e/ou competição dos metais por
sítios ativos da superfície do adsorvente. Por fim, aplicou-se o CH como adsorvente de metais
potencialmente tóxicos em rios e lago da região de Ponta Grossa. Os resultados demonstraram
que o composto produzido pelo tratamento de TCC e LEI, além de ter um baixo custo,
apresentou uma elevada eficiência de remoção e pode ser aplicado como um novo adsorvente
de Cd+2. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior