A partir de uma revisão bibliográfica, constatou-se a existência de diversas tecnologias no que se refere ao tratamento de efluentes, especialmente para remoção de metais tóxicos. Para fundamentar a escolha de quaisquer delas, torna-se fundamental a avaliação da eficiência do processo. A adsorção dos íons metálicos de prata e cobre em solução binária sobre argila bentonítica Verde-lodo foi realizada no presente trabalho, possibilitando a obtenção dos seguintes resultados.
O estudo de especiação metálica por simulação forneceu a faixa de pH a ser trabalhada para se evitar a precipitação química de qualquer um dos íons metálicos da solução. Com isso, foi determinado se trabalhar em pH abaixo de 5,0 e, naturalmente, verificou-se a variação do pH na faixa de 4,0 a 5,0 devido às próprias interações dos metais com a argila.
O estudo cinético forneceu a informação de que a quantidade adsorvida variou com a concentração inicial do metal em solução. No entanto, quando a quantidade total de íons foi a máxima, isso demonstrou afetar de forma negativa a adsorção, possivelmente pelo aumento da competição pelos sítios ativos disponíveis. Além disso, os ajustes dos modelos cinéticos foram razoáveis, principalmente pela composição binária da solução, a qual ocorre de forma complexa. Os melhores ajustes foram obtidos para o Modelo de Transferência de Massa em Filme Externo, confirmando o resultado obtido pelo modelo de Boyd, de que a transferência externa é o mecanismo que controla esse processo.
Pelo estudo de equilíbrio, isotermas com tendência favorável para a prata e extremamente favorável para o cobre foram obtidas, verificando ainda que a adsorção de prata reduziu com o aumento da temperatura, enquanto a adsorção de cobre pouco variou com a temperatura, apresentando apenas um pequeno aumento com a elevação dessa variável. O cobre apresentou uma capacidade máxima de remoção de 0,110 mmol/g a 60 ºC e a prata de 0,090 mmol/g a 20 ºC. Dentre os modelos de equilíbrio ajustados, aquele que obteve o melhor ajuste foi o de Langmuir-Freundlich, uma vez que esse foi proposto com o objetivo de eliminar as limitações impostas pelos modelos individualmente.
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Todos os ensaios em sistema estático indicaram o favorecimento da adsorção do cobre em detrimento da adsorção da prata, indicando que esta última aparenta atuar como indutora da adsorção daquele íon, tendo sua quantidade reduzida na adsorção binária. Esse resultado pôde ser explicado por diversas propriedades físicas dos dois íons, como o raio iônico, o raio iônico hidratado, a razão entre a carga e o raio iônico e a constante de hidrólise, as quais indicam a melhor adsorção do cobre na presença de prata.
O projeto simplificado em batelada serviu como base para obter a necessidade de massa de adsorvente, em função das remoções desejadas e do volume de efluente a ser tratado. Apesar de a quantidade ser bastante elevada, quando se desejam boas remoções, a adsorção com a argila Verde-lodo se justifica financeiramente, por seu baixo custo e abundância na natureza.
Para se aproximar da realidade industrial, estudos em sistema dinâmico de leito fixo foram realizados. Inicialmente, através do estudo fluidodinâmico, foi obtida a vazão ótima de operação de 3 mL/min, com os melhores parâmetros de eficiência, ou seja, menor ZTM e maiores %Rem. Também foi observada a maior seletividade da argila pelo cobre, com esse levando mais tempo para atingir a saturação. Com a vazão ótima, foi avaliada a influência da concentração e da fração molar sobre o processo de adsorção. Desses ensaios, obteve-se que o tempo para a ruptura e para a saturação foram menores quando os íons metálicos estavam em suas maiores concentrações. No geral, os melhores parâmetros de eficiência foram obtidos para a máxima concentração total inicial (2 mmol/L), sendo a máxima remoção em leito de 46,65% para a prata e 48,20% para o cobre, considerando o melhor resultado para ambos os metais.
Ciclos de adsorção e dessorção foram conduzidos com o objetivo de avaliar a regenerabilidade do sólido adsorvente, utilizando ácido nítrico como eluente. Para determinação da solução a ser empregada nesses ciclos, além do critério de melhores parâmetros de eficiência, levou-se em conta o tempo para ruptura e saturação, especialmente do cobre, o qual demora mais para atingir esses pontos. Com isso, obteve-se o primeiro ciclo com o comportamento usual de sua curva de ruptura; no entanto, o segundo ciclo apresentou um overshoot da prata, indicando que a maior seletividade pelo cobre faz com que esse ocupe sítios ativos previamente adsorvidos com prata. Na dessorção, houve um comportamento esperado, de elevadas concentrações no início, tendendo a um patamar constante, chamado
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limite da dessorção. Na segunda dessorção esse patamar constante ocorreu em um valor mais elevado de concentração, indicando a redução da eficiência desse processo. A quantidade eluída de prata aumentou na segunda dessorção, e a de cobre reduziu, assim como sua porcentagem de eluição. Isso indica a maior afinidade do eluente para remoção da prata.
Por fim, através da caracterização do sólido adsorvente após a adsorção de prata e cobre, e comparação com a argila calcinada, não foram observadas mudanças bruscas em seus grupos funcionais, estrutura morfológica e estabilidade térmica. Isso indicou um significativo potencial para regenerabilidade. A amostra, após os ciclos de regeneração, foi caracterizada e também não apresentou mudanças em sua composição, morfologia e estabilidade térmica. Isso significa que o sólido adsorvente em estudo foi eficiente para remoção dos metais em questão. Apesar de outros materiais serem comumente avaliados como adsorventes alternativos, estes podem apresentar algumas desvantagens. As algas, por exemplo, são sazonais e podem ser de difícil acesso; a sericina obtida dos casulos de bichos da seda, pode apresentar um extenso processo para sua produção. Nesse sentido, a argila Verde-lodo é abundante na natureza, de baixo custo e não necessita de muitas etapas de preparação para seu uso como adsorvente. Neste trabalho, necessitou-se apenas do processo de calcinação para se aumentar sua resistência mecânica e estabilidade para aplicação em leitos, o que a torna vantajosa frente a outros materiais adsorventes não-convencionais.