Remoção de íons cromo de soluções aquosas por biochar produzido de casca de café

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Data

2021-11-26

Autores

Herrera, Santiago Gómez

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

A ausência ou inadequado tratamento das águas residuais produzidas no curtimento de couro contendo altas concentrações de cromo (Cr) é um desafio ambiental de relevância. Atualmente, as técnicas de adsorção utilizando biochars modificados têm demostrado alta eficiência para a remoção de metais, apresentando-se como uma alternativa para o tratamento de efluentes contendo cromo hexavalente (Cr(VI)), a forma mais tóxica. Assim, este estudo visou avaliar a eficiência de remoção (ER) de íons de cromo hexavalente por biochars normal (BN) e modificado quimicamente com FeCl3 (BM), produzido a partir da pirólise de cascas de café. Com este fim, o delineamento estatístico Box- Behnken foi utilizado para otimizar as condições experimentais da remoção de Cr (VI) por médio de 3 parâmetros: pH (2 - 6), temperatura de pirólise (TPI: 300 – 600°C) e tamanho de partícula (TPA: 20 – 100 Mesh). A caracterização dos materiais foi desenvolvida utilizando as técnicas de Espectroscopia na região do Infravermelho com Transformada por Fourier (FTIR), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados da caracterização indicaram que a impregnação da superfície com ferro foi bem-sucedida e incrementou os locais ativos de adsorção pela aparição de novos grupos funcionais. Os valores mais altos de ER foram 56,9% e 99,7% para o BN e o BM, respectivamente, sob condições otimizadas de pH =2, TPA = 100 Mesh e TPI = 300°C (BN) e 600°C (BM). O modelo de Sips e o modelo de pseudo-segunda ordem descreveram melhor a cinética e o equilíbrio de adsorção de Cr(VI) para os dois tipos de biochar. Os mecanismos de adsorção identificados estiveram associados tanto a mecanismos físicos (atração eletrostática) como químicos (redução, complexação e troca iônica). A otimização experimental do desempenho de biocarvões modificados com ferro aprimora sua capacidade de adsorção de Cr(VI). Este material possui grande potencial para ser aplicado em efluentes industrias como os originados de curtumes.
The absence or inadequate treatment of wastewater produced in leather tanning with high chromium (Cr) concentrations is a relevant environmental challenge. Currently, adsorption techniques using modified biochars have shown high efficiency for metal removal, presenting themselves as an alternative for the treatment of effluents containing hexavalent chromium (Cr(VI)), the most toxic form. Thus, this study aimed to assess the removal efficiency (ER) of hexavalent chromium ions by normal (BN) and chemically modified with FeCl3 (BM) biochars, produced from the pyrolysis of coffee husks. For this purpose, a Box-Behnken statistical design was used to optimize the experimental conditions of Cr(VI) removal through 3 parameters: pH (2 - 6), pyrolysis temperature (TPI: 300 – 600°C) and particle size (TPA: 20 – 100 Mesh). The characterization of the materials was developed using Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques. The characterization results indicated that the impregnation of the surface with iron was successfully and increased the active sites due to the appearance of new functional groups. The highest ER values were 56.9% and 99.7% for BN and BM, respectively, under optimized conditions of pH =2, TPA = 100 Mesh and TPI = 300°C (BN) and 600°C (BM). The Sips model and the pseudo-second-order model better described the Cr(VI) adsorption equilibrium and kinetic, respectively, for the two types of biochar. The identified adsorption mechanisms were associated with both physical (electrostatic attraction) and chemical (reduction, complexation and ion exchange) mechanisms. The experimental optimization of the performance of iron-modified biochars improves their Cr(VI) adsorption capacity. This material has great potential to be applied in industrial effluents such as those produced from tanneries.

Descrição

Palavras-chave

Biochar modificado, Adsorção, Cromo hexavalente, Metodologia de superfície de resposta, Resíduos agroindustriais, Modified Biochar, Adsorption, Hexavalent chromium, Response surface methodology, Agro-industrial waste, Biochar modificado, Adsorción, Cromo hexavalente, Metodologia de superficie de respuesta, Residuos agroindustriales

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