Biossorção de íons NI(II) e CU(II) em colunas de leito fixo no biossorvente imobilizado preparado a partir da alga marinha sargassum sp

Abstract

RESUMO: Neste estudo, o biossorvente imobilizado preparado a partir da alga marinha Sargassum sp. foi avaliado na remoção de níquel e cobre em coluna de leito fixo. Para a produção do biossorvente imobilizado, o alginato foi extraído da alga marinha Sargassum sp. por meio do método alcalino em excesso de sódio. Posteriormente, uma solução contendo o alginato de sódio e o resíduo da extração foi preparada e gotejada em solução de cloreto de cálcio. Entretanto, a alga marinha Sargassum sp., o alginato de cálcio extraído e o resíduo da extração foram inicialmente avaliados em processos de biossorção em batelada e caracterizados quanto a sua superfície e os grupos funcionais. Os espectros de raios X indicam o mecanismo de troca iônica entre os íons metálicos leves (Ca, Na, Mg e K) e os íons Ni2+ e Cu2+. Além disso, os espectros de infravermelho indicam a presença de grupos carboxilato, sulfonato, amida, éter e álcool que podem contribuir para o processo de biossorção. Os resultados de biossorção utilizando o biossorvente imobilizado, inicialmente obtidos em batelada, demonstram uma cinética de biossorção relativamente rápida alcançando o equilíbrio após 180 min para os íons Ni2+ e 360 min para os íons Cu2+. As isotermas de biossorção indicam perfis favoráveis e capacidade máxima de biossorção, de acordo com modelo de Langmuir, de 1,098 mmol g-1 para os íons Ni2+ e 1,597 mmol g-1 para os íons Cu2+ na temperatura de 30°C. As análises termodinâmicas sugerem que a biossorção dos íons Ni2+ e Cu2+ no biossorvente imobilizado é um fenômeno predominantemente de natureza endotérmica, favorável e espontâneo. Em sistema contínuo, os resultados de biossorção apresentaram comportamentos diferentes daqueles obtidos em batelada, obtendo perfis de isotermas mais favoráveis e maiores capacidades de biossorção. Além disso, o biossorvente metal-carregado foi regenerado utilizando solução de cloreto de cálcio acidificada e reutilizado em novos ciclos de sorção e dessorção. Após o primeiro ciclo, as capacidades de biossorção foram em média 75% da capacidade inicial dos íons Ni2+ e Cu2+. Por fim, o biossorvente imobilizado foi avaliado na remoção de níquel e cobre em efluente de galvanoplastia pré-tratado por precipitação química e oxidação do cianeto. Devido às elevadas concentrações de metais leves (Ca, Na, Mg, K) no efluente, as capacidades de biossorção diminuíram em média 28% e a forma das curvas de ruptura foram fortemente afetadas. Tais resultados foram atribuídos à remoção simultânea dos íons metálicos e ao equilíbrio de biossorção multicomponente

ABSTRACT: In this work, the immobilized biosorbent prepared from brown algae Sargassum sp. was evaluated on the removal of nickel and copper in fixed bed column. For its production, the alginate was extracted of brown algae Sargassum sp. through the alkaline method using excess sodium. After, a solution containing the sodium alginate and the extraction residue was prepared and dripped in calcium chloride solution. However, brown algae Sargassum sp., calcium alginate extracted and extraction residue were initially evaluated on biosorption processes in batch and characterization of the surface and functional groups. The X-ray spectra indicate the mechanism of ion exchange between light metals (Ca, Na, Mg, K) and Ni2+ and Cu2+ ions. In addition, FTIR spectra indicate the presence of carboxylate, sulfonate, amide, ether and alcohol groups that can be active in the biosorption process. Results of biosorption on the immobilized biosorbents, initially obtained in batch, show fast biosorption kinetics which reached the equilibrium after 180 min for Ni2+ ions and 360 min for Cu2+ ions. Biosorption isotherms were favorable and the maximum uptake capacities were 1.097 mmol g-1 for Ni2+ ions and 1.597 mmol g-1 for Cu2+ ions at 30°C, according to the Langmuir model. Thermodynamic analyzes suggest that the biosorption of Ni2+ and Cu2+ ions on the immobilized biosorbent is a phenomenon predominantly of endothermic nature, favorable and spontaneous. In continuous system, the results of biosorption show behaviors different from those obtained in batch, with more favorable isotherms and larger biosorption capacities. In addition, the metal-loaded biosorbent was regenerated using acidified calcium chloride solution and it was reused in new sorption and desorption cycles. After the first cycle, the biosorption capacities were on average 75% of initial capacities of Ni2+ and Cu2+ ions. Finally, the immobilized biosorbent was evaluated on the removal of nickel and copper from pretreated electroplating effluent by chemical precipitation and cyanide oxidation. Due to the high concentration of light metals (Ca, Na, Mg, K) in the effluent, the biosorption capacities decreased on average 28% and the shape of breakthrough curves were strongly affected. Such results were attributed to the simultaneous removal of metal ions and the multicomponent biosorption equilibrium