Síntese, caracterização e aplicação de hidróxidos duplos lamelares e óxidos mistos de CuMgAl e CuZnAl como adsorvente para remoção de corante

Abstract

A ampla utilização de corantes em diversos ramos da indústria somada às suas características de baixa biodegradabilidade e alto impacto sobre o meio ambiente têm impulsionado pesquisas para a remediação destes poluentes, sendo a adsorção um dos processos mais eficientes nesta aplicação. A indústria coureira ganha destaque com a elevada produção de efluentes líquidos na etapa de tingimento do couro. Neste contexto, os Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) vêm sendo estudados como material adsorvente devido a sua alta capacidade de remoção de corantes. Neste trabalho foi realizada a síntese, caracterização e aplicação de HDL calcinados, na forma de óxidos mistos, para a remoção do corante aniônico vermelho ácido 357 (AR357). Pelo método de coprecipitação, foram sintetizados HDL de zinco (Cu1Zn2) e magnésio (Cu2Mg1, Cu1Mg1 e Cu1Mg2), este último em três diferentes razões de Cu/Mg. Para a caracterização, efetuaram-se análises de Difração de Raio-X, Espectroscopia no Infravermelho, determinação da área superficial e Capacidade de Troca Aniônica. Os resultados de caracterização demonstraram a formação da estrutura lamelares características destes compostos, bem como a obtenção de óxidos após a calcinação. Todos os adsorventes estudados são mesoporosos, sendo que as áreas superficiais obtidas foram superiores para os sólidos de magnésio (54, 76 e 88 m2g-1 para Cu2Mg1-C, Cu1Mg1-C e Cu1Mg2-C, respectivamente), quando comparadas a área superficial do adsorvente de zinco (51 m2g-1 para Cu1Zn2-C). A caracterização dos sólidos após a adsorção demonstrou a capacidade de reconstrução dos óxidos mistos à estrutura lamelar. Para os ensaios de adsorção realizados com AR357, os sólidos de magnésio apresentaram capacidades de remoção iguais à 60,1, 59,9 e 61,5 mg.g-1 respectivamente para Cu2Mg1- C, Cu1Mg1-C e Cu1Mg2-C, sendo superiores à capacidade de remoção de 49,6 mg.g-1 do adsorvente Cu1Zn2-C. Em termos de remoção, Cu1Zn2-C atingiu 82% em 200 min, enquanto Cu2Mg1-C, Cu1Mg1-C e Cu1Mg2-C atingiram, nesta ordem, remoções de 97%, 97% e 99% para o mesmo tempo. Ainda, quando comparadas as diferentes razões de Cu/Mg, percebe-se que para baixos tempos de contato e baixas dosagens de adsorvente maiores razões de Cu/Mg favorecem a adsorção. Para maiores tempos de contato e dosagens mais altas, os adsorventes de magnésio são muito semelhantes, embora estatisticamente diferentes. O estudo da cinética de adsorção mostrou melhor ajuste ao modelo de Pseudo-segunda ordem. Já as isotermas de adsorção mostraram melhor ajuste ao modelo de Sips.

The extensive use of dyes in many areas of industry, their characteristics of low biodegradability and high impact on the environment, have been driving to many researches to eliminate these pollutants, where adsorption is one of the most efficient processes in this application. The leather industry is highlighted with a high production of liquid effluents in the leather dyeing stage. In this context, Layered Double Hydroxides (LDH), has being studied as an adsorbent material due to its high dye removal capacity. In this work, the synthesis, characterization and application of calcined LDH, in the form of mixed oxides, for the removal of the anionic dye Acid Red 357 (AR357) from aqueous solution was carried out. By the co-precipitation method, LDH from zinc (Cu1Zn2) and magnesium (Cu2Mg1, Cu1Mg1 and Cu1Mg2) were synthesized, the latter in three different ratios of Cu/Mg. For the characterization of the materials, X-Ray Diffraction, Infrared Spectroscopy, Surface Area measurements and Anion Exchange Capacity were performed. The results of characterization demonstrated the formation of the characteristic lamellar structure of these compounds, as well as the obtaining of mixed oxides after calcination. All adsorbents studied are mesoporous, and the surface areas obtained were higher for magnesium solids (54, 76 and 88 m2g-1 for Cu2Mg1-C, Cu1Mg1-C and Cu1Mg2-C, respectively), when compared to the surface area obtained for the zinc adsorbent (51 m2g-1 for Cu1Zn2-C). The characterization of solids after adsorption demonstrated the ability of mixed oxides to reconstruct the lamellar structure. For the adsorption tests carried out with AR357, the magnesium solids showed removal capacities equal to 60.1, 59.9 and 61.5 mg.g-1 respectively for Cu2Mg1-C, Cu1Mg1-C and Cu1Mg2-C, being superior to the removal capacity of 49.6 mg.g-1 of Cu1Zn2. In terms of removal percentage, Cu1Zn2-C reached 82% in 200 min of contact time, while Cu2Mg1-C, Cu1Mg1-C and Cu1Mg2-C reached, in this order, removals of 97%, 97% and 99% for the same time. Still, when comparing the different Cu/Mg ratios studied, it is clear that for low contact times and low adsorbent dosages, higher Cu/Mg ratios favor the adsorption process. For longer contact times and higher dosages, magnesium adsorbents are very similar although statistically different. The study of the adsorption kinetics showed a better fit of the experimental data to the Pseudo-second order model. The adsorption isotherms showed a better fit to the Sips model.