UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DEMATERIAIS - PPGCEM
ELIDA NATASCHE DE MEDEIROS GURGEL PINTO
ADSORÇÃO DE Pb(II) UTILIZANDO ADSORVENTE COMPOSTO
POR MONTMORILONITA E DOLOMITA
Dissertação n° XX / PPgCEM
ELIDA NATASCHE DE MEDEIROS GURGEL PINTO
ADSORÇÃO DE Pb(II) UTILIZANDO ADSORVENTE COMPOSTO
POR MONTMORILONITA E DOLOMITA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, em cumprimento às exigências para obtenção do grau de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.
Orientadora: Profª. Dra. Dulce Maria de Araújo Melo
ELIDA NATASCHE DE MEDEIROS GURGEL PINTO
ADSORÇÃO DE Pb(II) UTILIZANDO ADSORVENTE COMPOSTO
POR MONTMORILONITA E DOLOMITA
.
Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.
Banca examinadora:
___________________________________
Profa. Dr. Dulce Maria de Araújo Melo
UFRN (Orientadora)
___________________________________
Prof. Dr. Júlio Cezar de Oliveira Freitas
UFRN (Examinador interno)
___________________________________ Profª. Drª. Joana Maria Dantas Aquino
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus pelas oportunidades que me foram dadas na vida, por ter
conhecido pessoas e lugares interessantes, mas principalmente por ter vencido
obstáculos que foram matérias-primas de aprendizado.
Aos Meus Pais, Ewerton e Luciana Gurgel e as minhas irmãs, que são minha
base e apoio em todos os momentos, e toda a minha família e amigos que sempre
torceram por meu sucesso;
A minha orientadora, Professora Doutora Dulce Maria de Araújo Melo, pela
orientação, incentivo e apoio nas importantes decisões tomadas durante a realização
deste trabalho;
Aos amigos e companheiros do LabTam pela compreenção, motivação e ajuda
que fizeram com que essa pesquisa fosse realizada;
Aos companheiros de trabalho de Schlumberger pela compreenção e apoio
diário.
Ao CNPq, pelo apoio financeiro no decorrer deste trabalho;
A todos aqueles que contribuíram de alguma forma para a realização deste
trabalho.
PINTO, Elida Natasche de Medeiros Gurgel – Adsorção de Pb(II) Utilizando Adsorvente Composto por Montmorilonita e Dolomita. Dissertação de Mestrado, UFRN, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Área de Concentração: Processamento de materiais a partir do pó. Linha de Pesquisa: Materiais cerâmicos, Natal – RN, Brasil.
Orientadora: Profª. Dra. Dulce Maria de Araújo Melo
RESUMO
O impacto destrutivo da disposição inadequada de metais pesados no meio ambiente aumenta como resultado direto da explosão populacional, urbanização e expansão industrial e tecnológica. Argilas são potenciais materiais para adsorção de compostos inorgânicos e a pelletização destes é necessária para utilização em colunas adsortivas de leito fixo. O baixo custo e a possibilidade de regeneração fazem desses materiais um atrativo para a utilização em processos de purificação, capazes de remover compostos inorgânicos em ambientes aquáticos contaminados. Neste trabalho foram preparados pellets com mistura de montmorilonita e dolomita através da aglomeração por via úmida, em diferentes razões. A remoção de Pb(II) foi investigada, através de estudos experimentais, e foi modelada segundo modelos de cinética e isotermas de adsorção. Os materiais foram caracterizados através das técnicas de DRX, TG/DTA, FT-IR, e área superficial pelo método BET. Os resultados mostraram a eficiência adsortiva do contaminante estudado pelo material composto em solução sintética e foi verificado que a adsorção segue o modelo de Langmuir e a cinética de adsorção segue o modelo de pseudo-segunda ordem.
PINTO, Elida Natasche de Medeiros Gurgel – Adsorção de Pb(II) Utilizando Adsorvente Composto por Montmorilonita e Dolomita. Dissertação de Mestrado, UFRN, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Área de Concentração: Processamento de materiais a partir do pó. Linha de Pesquisa: Materiais cerâmicos, Natal – RN, Brasil.
Orientadora: Profª. Dra. Dulce Maria de Araújo Melo
ABSTRACT
The destructive impact of improper disposal of heavy metals in the environment increases as a direct result of population explosion, urbanization and industrial expansion and technological developments. Argil are potential materials for adsorption of inorganic and the pelletization of it is required for use in adsorptive columns of fixed bed. The low cost and the possibility of regeneration makes these materials attractive for use in the purification process, capable of removing inorganic compounds in contaminated aquatic environments. In this work was made pellets of a mixture of dolomite and montmorillonite by wet agglomeration, in different percentages. The removal of Pb (II) was investigated through experimental studies, and was modeled by kinetic models and isotherms of adsorption. The materials were characterized using the techniques of XRD, TG / DTA, FT-IR, and surface area by BET method. The results showed the adsorption efficiency of the contaminant by the composite material studied in synthetic solution. The study found that the adsorption follows the Langmuir model, and the kinetics of adsorption follows the model of pseudo-second order.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Estrutura simplificada de uma montimorilonita (bentonita) ... Erro! Indicador não definido.
Figura 2 - Bentonita #200 ... Erro! Indicador não definido. Figura 3 -Processo de fisissorção ... Erro! Indicador não definido. Figura 4 - Processo de quimissorção ... Erro! Indicador não definido. Figura 5 -Classificação das isotermas de equilíbrio de adsorção gás-sólido pela IUPAC ... Erro! Indicador não definido. Figura 6 - Representação dos tipos de isotermas de acordo com a espontaneidade da adsorção. ... Erro! Indicador não definido. Figura 7 – Tratamento ácido da bentonita ... Erro! Indicador não definido. Figura 8 - Fluxograma dos testes ... Erro! Indicador não definido. Figura 9 – Extrusora utilizada na confecção dos pelletsErro! Indicador não definido.
Figura 10 – Pellets de Bentonita + Dolomita ... Erro! Indicador não definido. Figura 11 - Comparação dos difratogramas de raios-x para os materiais utilizados: (a) Bentonita não calcinada, (b) dolomita, (c) BD31 e (d) BD32. . Erro! Indicador não definido.
Figura 12 - Isotermas de adsorção de N2 para (a) BD31 e (b) BD32. ... Erro! Indicador não definido.
Figura 16 - Efeito do tempo de contato dos adsorventes BD31 e BD32 na adsorção de íons Pb(II). ... Erro! Indicador não definido. Figura 17 - Cinética de pseudo-segunda ordem para a adsorção de Pb(II). Erro! Indicador não definido.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 -Limites máximos permitidos de alguns metais pesados em águas doce segundo CONAMA. ... Erro! Indicador não definido. Tabela 2 - Limites máximos permitidos de alguns metais pesados em lançamento de efluentes segundo CONAMA. ... Erro! Indicador não definido. Tabela 3 - Valores do fator de separação (RL) de acordo com o tipo de isoterma ... Erro! Indicador não definido. Tabela 4 - Propriedades texturais do BD31 e BD32.Erro! Indicador não definido.
Tabela 5 - Perdas de massa em cada evento para BD31 e BD32. ... Erro! Indicador não definido.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 13 2 OBJETIVOS ... 15 3 REVISÃO DE LITERATURA ... Erro! Indicador não definido. 3.1 Poluição das Águas por Metais ... Erro! Indicador não definido. 3.1.1 Poluição das águas por chumbo ... Erro! Indicador não definido. 3.2 Materiais Adsorventes ... Erro! Indicador não definido. 3.2.1 Argilominerais ... Erro! Indicador não definido.
3.2.1.1 Montmorilonita ... Erro! Indicador não definido. 3.2.2 Dolomita ... Erro! Indicador não definido. 3.5 Adsorção ... Erro! Indicador não definido.
3.5.1 - Tipos de adsorção ... Erro! Indicador não definido. 3.5.1.1 - Adsorção física ... Erro! Indicador não definido. 3.5.1.2 - Adsorção química ... Erro! Indicador não definido. 3.5.2 - Classificação das isotermas ... Erro! Indicador não definido. 3.5.3 - Modelos de adsorção ... Erro! Indicador não definido. 3.5.3.1 - Isoterma de Langmuir ... Erro! Indicador não definido. 3.5.3.2 - Isoterma de Freundlich ... Erro! Indicador não definido. 3.5.4 - Estudo cinético ... Erro! Indicador não definido. 4 METODOLOGIA ... Erro! Indicador não definido.
4.1 Materiais ... Erro! Indicador não definido. 4.1.1Tratamento Ácido da Bentonita Cálcica ... Erro! Indicador não definido. 4.2 Métodos ... Erro! Indicador não definido. 4.2.1 Peletização... Erro! Indicador não definido. 4.3 Caracterização dos Pellets ... Erro! Indicador não definido.
4.3.1 Espectroscopia na região do infravermelho ... Erro! Indicador não definido.
4.3.3 Análise térmica ... Erro! Indicador não definido. 4.3.4 Determinação da área superficial ... Erro! Indicador não definido. 4.4 Ensaios de Adsorção ... Erro! Indicador não definido. 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... Erro! Indicador não definido.
5.1 Caracterização dos Pellets ... Erro! Indicador não definido. 5.1.1 DRX ... Erro! Indicador não definido. 5.1.2 Área Superficial ... Erro! Indicador não definido. 5.1.3 Análise Térmica ... Erro! Indicador não definido. 5.3.4 FT-IR ... Erro! Indicador não definido. 5.2. Ensaios de Adsorção de Pb(II)... Erro! Indicador não definido.
Introdução 13
Elida Natasche de Medeiros Gurgel Pinto 1 INTRODUÇÃO
A qualidade da água está relacionada a inúmeras características físicas, químicas e microbiológicas, que podem sofrer alterações em decorrência de causas naturais ou antrópicas (ALVES, 2007). O impacto destrutivo do despejo inadequado de metais pesados no meio ambiente aumenta como resultado direto da explosão populacional, urbanização desordenada e expansão industrial e tecnológica (AMUDA et al., 2006).
Águas contaminadas por metais pesados podem causar inúmeros problemas à saúde devido a sua toxicidade, bioacumulação na cadeia alimentar e persistência na natureza tornando de extrema importância o desenvolvimento de tratamentos adequados às águas residuais que contêm
material inorgânico em solução.
Efluentes contendo metais pesados não devem ser descartados
na rede pública, pois o tratamento adequado a esses metais não são
compatíveis com a maioria dos tratamentos biológicos existentes.
O chumbo é um metal extremamente tóxico encontrado na natureza acumulado em minas e são classificados pelas normas brasileiras como perigosos. O chumbo é utilizado em diversos tipos de indústrias, tais como mineração, cerâmica, baterias e pintura, e sua utilização é cada vez mais comum.
Os principais problemas relativos a esse metal são na interferência da atividade enzimática e pode levar a distúrbios de praticamente todas as partes do organismo - sistema nervoso central, sangue e rins – levando a morte. Em baixa concentração, o chumbo também pode atacar os nervos e o cérebro (ASAMUDO et al., 2005). Devido a sua baixa solubilidade, a absorção dá-se principalmente por via oral ou respiratória.
Introdução 14
Elida Natasche de Medeiros Gurgel Pinto
membranas, precipitação química são utilizadas na remoção de metais pesados de sistemas aquosos (ALVES, 2007). Processos envolvendo a adsorção são de extrema importância para minimizar os efeitos de derrames acidentais de óleo em águas marinhas ou doces, além de remover metais pesados e contaminantes orgânicos em matrizes aquosas.
As montmorilonitas pertencem ao grupo das esmectitas e são
argilominerais de baixo custo presentes em várias regiões do país. Sua
estrutura é constituída por duas folhas tetraédricas de silicato, que envolvem
uma folha octaédrica de alumínio, na qual íons Al3+ podem ser substituídos por
íons Mg2+, e estas camadas estruturais são unidas entre si por átomos de
oxigênio comuns às folhas (a ligação entre elas é devido às forças de Van der
Waals). Os cristais das montmorilonitas, por exemplo, são de dimensões muito
reduzidas, cerca de 0,15 m, têm espessura muito fina e limites irregulares. Por
todas essas características, as esmectitas em geral possuem propriedades de
adsorção que as tornam valiosas para certos usos industriais (GOMES, 1988).
O nome ‘dolomita’ foi dado por N. T. Saussare, em 1972, em homenagem ao geologista francês Deodat Guy de Dolomieu (1750-1801), precursor na utilização deste mineral. A dolomita é um cristal que contem camadas alternadas de cálcio e magnésio, separadas por camadas de CO32- e
está tipicamente representado por uma estequiometria química de composição CaMg(CO3)2 (SILVEIRA, 2004).
Referências 15
Elida Natasche de Medeiros Gurgel Pinto 2 OBJETIVOS
