Remoção de poluentes orgânicos em sistemas aquosos por materiais à base de ferro
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Removal of organic pollutants in aquatic systems by iron-based materials
Primeiro orientador
Membros da banca
Rodinei Augusti
Renato Sanches Freire
Laurent Frederic Gil
Rafael Kopschitz Xavier Bastos
Aparecida Barbosa Mageste
Fabrício Vieira de Andrade
Renato Sanches Freire
Laurent Frederic Gil
Rafael Kopschitz Xavier Bastos
Aparecida Barbosa Mageste
Fabrício Vieira de Andrade
Resumo
O emprego de materiais à base de ferro para remoção de poluentes orgânicos refratários aos métodos convencionais de tratamento de água e efluentes se apresenta como alternativa interessante, uma vez que o ferro possui baixo valor comercial, ampla disponibilidade e baixa toxicidade. Nesse contexto, este trabalho avaliou a utilização de uma amostra de rejeito de minério de ferro (RMF) e nanopartículas de ferro valência zero (nZVI), obtidas por processo de síntese “verde”, para remoção de poluentes orgânicos de soluções aquosas. De acordo com as análises de caracterização, a amostra de RMF estudada era composta predominantemente por hematita e quartzo, apresentando ponto de carga zero de 5,64 e área superficial específica de 4,3 m2 g-1. O RMF foi capaz de remover dois corantes, um aniônico (Vermelho Direto 80 - VD80) e outro catiônico (Azul de Metileno - AM), de soluções aquosas, sendo que o pH inicial do meio (pH0) teve forte influência sobre a eficiência do processo, indicando que as interações eletrostáticas afetam diretamente este processo. A adsorção do VD80 pelo RMF foi bem descrita pelos modelos cinético de pseudo-segunda ordem (PSO) e de isoterma de Langmuir. A síntese de nZVI pela redução do ferro em solução utilizando-se um extrato de folhas de Eucalyptus grandis foi bem sucedida. Os resultados de caracterização do material sintetizado (EGnZVI) indicaram a formação de Fe0 e que, no entanto, parte sofre oxidação. Além disso, compostos orgânicos advindos do extrato, dentre eles os polifenólicos, foram incorporados à estrutura do material, dando origem a um composto amorfo. Observou-se que as EGnZVI foram muito eficientes para remoção do VD80 e, também, do herbicida Dicamba na presença de H2O2 (processo nZVI-Fenton) em condições levemente ácidas (pH0 de 4 e 5,5), sendo sua cinética descrita satisfatoriamente pelo modelo PSO. Além disso, nestas condições, esse processo foi mais eficiente do que o Fenton clássico empregando Fe2+. Na presença de luz UV, o processo foi muito eficiente para degradação do VD80 em uma faixa ampla de pH0 (2,5-8,5). Por final, a solução de Dicamba pós-tratamento apresentou maior toxicidade à Ceriodaphnia dubia do que o composto original, o que pode ser atribuído aos subprodutos formados. Observou-se também que as EGnZVI foram menos tóxicas a estes organismos do que o Fe em sua forma iônica.
Abstract
The use of iron-based materials to remove organic pollutants refractory to conventional water and wastewater treatment methods is a compelling alternative since iron has low commercial value, wide availability, and low toxicity. In this context, this work evaluated the use of an iron ore tailings sample (RMF) and nanoscale zero valent iron (nZVI), obtained by a “green” synthesis process, for the removal of organic pollutants from aqueous solutions. According to the characterization analyses, the RMF sample was predominantly composed of hematite and quartz, with a point of zero charge of 5.64 and a specific area of 4.3 m2 g-1. The RMF was able to remove two dyes, one anionic (Direct Red 80 - VD80) and the other cationic (Methylene Blue -AM) , from aqueous solutions. The initial pH of the medium (pH0) had a strong influence on the efficiency of the process, indicating that electrostatic forces directly affect this process. The adsorption of VD80 by RMF was well described by the pseudo-second order kinetic (PSO) and Langmuir isotherm models. The synthesis of nZVI by reducing iron in solution using an extract from Eucalyptus grandis leaves was well succeeded. The characterization results of the synthesized material (EGnZVI), indicated that Fe0 was formed and, however, that a parcel was oxidized. In addition, organic compounds from the extract, including polyphenolics, were incorporated into the structure of the material, giving rise to an amorphous material. The EGnZVI were very efficient for the removal of VD80 and Dicamba in the presence of H2O2 (nZVI-Fenton process) under slightly acidic conditions (pH0 of 4 and 5.5), and followed a PSO kinetics. Furthermore, under these conditions, this process was more efficient than the classic Fenton using Fe2+. In the presence of UV light, the process was very efficient for the degradation of VD80 in a wide pH0 interval (2.5-8.5). Finally, the post-treatment Dicamba solution presented greater toxicity to Ceriodaphnia dubia than the original compound, which can be attributed to the by-products formed. It was also observed that EGnZVI were less toxic than the Fe in its ionic form.
Assunto
Engenharia sanitária, Meio ambiente, Corantes, Adsorção, Herbicidas, Degradação ambiental
Palavras-chave
Corantes, Herbicidas, Rejeito de minério de ferro, Nanopartículas de ferro valência zero, Síntese verde, nZVI-Fenton, Adsorção, Degradação