Fases funcionalizadas à base de sílica : avaliação na adsorção seletiva de espécies de mercúrio

Abstract

Adsorventes à base de sílica funcionalizada com organosilanos dotados de nitrogênio (N1, N2 e N3), enxofre (S) e ureia (U) foram preparadas, a fim de investigar suas potencialidades e limitações à adsorção de mercúrio. Os adsorventes investigados foram sintetizados por três rotas baseados em processo sol-gel, a saber: processo sol-gel catalisado por ácido ou por base e a rota two-steps, na qual uma etapa de hidrólise (catalisada por ácido) é seguida por uma etapa de condensação (catalisada por bases). Técnicas como Microscopia Eletrônica de Varredura e Adsorção-Dessorção de N2 possibilitaram identificar variações morfológicas e texturais entre os adsorventes, de acordo com a rota sintética empregada, sendo característico daqueles preparados por rota básica apresentarem maior diâmetro de poro (82,89 a 210,5 Å), quando comparado aos preparados pelas demais rotas (26,80 e 29,87 Å). Os adsorventes preparados por rota básica apresentaram maior capacidade de pré-concentração do poluente (0,44 a 1,998 μgmercúrio/mgadsorvente). Dentre os adsorventes sintetizados por rota básica, aqueles com maior capacidade de adsorção de Hg (N2 e N3) apresentam os maiores volume e diâmetro de poro. No entanto, o adsorvente S, que possui capacidade de adsorção semelhante àquela dos adsorventes N2 e N3, apresentaram volume e diâmetro de poro muito inferiores. Desta forma, estes foram submetidos a novos testes de adsorção de Hg inorgânico e orgânico, a fim de estudar o comportamento dos mesmos frente a estas espécies. Os três adsorventes, N2, N3 e S apresentaram elevada capacidade de remoção de Hg2+ (>90%), demonstrando alta capacidade para remoção da forma inorgânica do poluente. De acordo com os resultados dos testes de adsorção em mistura Hg(NO3)2/MeHgCl, N2 e N3 apresentam potencial seletividade à espécie MeHg+ (>99 % e ~80 %, respectivamente), ratificada pela diminuição da capacidade de remoção de Hg+2 (< 6 %). O adsorvente S demonstrou adsorção não-seletiva de mercúrio, evidenciado pela alta eficiência na remoção de ambas as espécies de mercúrio (> 95 %).

Hybrid silica containing nitrogen (N1, N2 and N3), sulfur (S) and urea were prepared to investigate the potentialities and limitation of them for mercury adsorption. The investigated sorbents were synthesized by three routes based in sol-gel process, to know: acid, basic-catalyzed and two-steps route, in which an accelerated hydrolysis step (acid catalyzed) is followed by an accelerated condensation (basic catalyzed) step. Scanning Electron Microscopy, Nitrogen Sorption-Desorption and SAXS techniques made possible to identify morphological and textural variations depending of synthetic route applied, being characteristic those prepared by basic route shows higher pore diameter (82.89 to 210.5 Å) and roughness (3 < PM < 4) than those prepared by the other routes (26.80 and 29.87 Å; 1 < PM < 3). The sorbents synthesized through basic-catalyzed route revealed higher polluting preconcentration capacity (0.44 to 1.998 μgmercúrio/mgadsorvente). Of the sorbents synthesized by basic route, those with higher mercury adsorption capacity (N2 e N3) shows the higher pore volume and diameter. On the other hand, the sorbent S has similar adsorption capacity to N2 and N3, but presents pore volume and diameter too lower. Thus, these undergone new trials of inorganic and organic mercury adsorption, in order to study their behaviors towards these species. The three sorbents, N2, N3 e S presented high capacity to uptake Hg+2 (> 90%), demonstrating high capacity to uptake the polluting inorganic form. According to adsorption tests results employing the mixture Hg(NO3)2/MeHgCl, N2 and N3 present potential to selective adsorption of MeHg+ specie (> 99 % and ~ 80 %, respectively), ratified by Hg+2 uptake capacity decrease (< 6 %). The sorbent S demonstrated mercury non-selective adsorption, evidenced through high uptake efficiency for the both species (> 95%).