Remoção de cromo trivalente e hexavalente empregando partículas de sericina-alginato como bioadsorvente alternativo

Abstract

A adsorção é reconhecida como método eficaz e econômico no tratamento de efluentes contendo metais tóxicos. O uso de bioadsorventes é promissor e vantajoso devido ao baixo custo e à alta disponibilidade destes materiais, incluindo as partículas de sericina-alginato. Esta dissertação visa à avaliação do processo de bioadsorção de cromo trivalente e hexavalente em partículas de sericina-alginato. Para isso, testes cinéticos foram realizados para verificação dos efeitos de concentração inicial das soluções metálicas e tempo de contato. Os modelos cinéticos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, Elovich, difusão intrapartícula, Boyd e transferência de massa em filme externo foram ajustados aos dados experimentais. Os resultados indicaram a ocorrência de mecanismos distintos de remoção de Cr(III) e de Cr(VI), sendo este último relacionado ao mecanismo de adsorção acoplada à redução. Posteriormente, procedeu-se o estudo de equilíbrio de bioadsorção de Cr(III) e de Cr(VI). As isotermas obtidas a diferentes temperaturas foram testadas pelos modelos de Langmuir, Freundlich e Dubinin–Radushkevich. A capacidade máxima de bioadsorção obtida pelo ajuste do modelo de Langmuir na temperatura de 40 °C foi de aproximadamente 0,101 mmol.g-1 para o Cr(III) e de 0,888 mmol.g-1 para o Cr(VI). A partir da constante de equilíbrio de Langmuir, estimaram-se as grandezas termodinâmicas variação de energia de Gibbs, variação de entalpia e variação de entropia, tendo sido verificada a natureza espontânea e exotérmica dos processos de bioadsorção de íons cromo. Este trabalho também envolveu a caracterização das partículas de sericina-alginato antes e após a bioadsorção de Cr(III) e de Cr(VI). As seguintes técnicas foram empregadas: fisissorção de nitrogênio (método de BET), picnometria a gás hélio, porosimetria de mercúrio, microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios X por energia dispersiva, espectroscopia na região do infravermelho com Transformada de Fourier, difração de raios X e análises térmicas. Não foram verificadas alterações significativas nas propriedades das partículas após a contaminação com íons cromo. Por fim, os resultados mostraram que as partículas de sericina-alginato constituem um material bioadsorvente promissor para a remoção eficaz de íons Cr(III) e Cr(VI) de soluções aquosas

Adsorption is acknowledged as an effective and economical method in the treatment of effluents containing toxic metals. The utilization of bioadsorbents is promising and advantageous, due to the low cost and high availability of these materials, including sericin-alginate particles. This work aims the evaluation of trivalent and hexavalent chromium bioadsorption onto sericin-alginate particles. To reach this goal, kinetic tests were performed to verify the effects of metal solution initial concentration and contact time. The kinetic models of pseudo-first order, pseudo-second order, Elovich, intraparticle diffusion, Boyd and external film mass transfer were adjusted to experimental data. The results indicated distinct mechanisms involved in Cr(III) and Cr(VI) removal, being the latter related to the adsorption-coupled reduction. Thereafter, Cr(III) and Cr(VI) bioadsorption equilibrium studies were carried out. The isotherms obtained at different temperatures were tested by Langmuir, Freundlich and Dubinin–Radushkevich models. Maximum bioadsorption capacity obtained from the fitting of Langmuir model at 40 °C was approximately 0.101 mmol.g-1 for Cr(III) and 0.888 mmol.g-1 for Cr(VI). From the Langmuir equilibrium constant, the thermodynamic parameters enthalpy change, entropy change, and Gibbs free energy change were calculated, being verified the spontaneous and exothermic nature of bioadsorption processes of chromium ions. This work also involved the sericin-alginate particles characterization before and after Cr(III) and Cr(VI) bioadsorption. The following techniques were employed: N2 physisorption, helium pycnometry, mercury porosimetry, optical microscopy, scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, X-ray diffraction and thermic analyses. No significant modifications were verified in the properties of sericin-alginate particles after contamination with chromium ions. In the end, the results showed that sericin-alginate particles constitute a promising bioadsorbent material for the effective removal of ions Cr(III) and Cr(VI) from aqueous solutions