Adsorção de manganês solúvel em sistemas de batelada e leito fixo por espuma de tanino modificada

Abstract

RESUMO: O manganês está presente em fontes de águas doces devido a causas naturais e antrópicas. Considerando os problemas operacionais e ambientais que pode causar, este elemento precisa ser removido de matrizes aquosas, mesmo quando presente em baixas concentrações. Em razão disso, neste estudo investigou-se a produção, a modificação e a aplicação de espumas rígidas de tanino (ERTs) como adsorventes ambientalmente amigáveis para a remoção de manganês (II) em sistemas de batelada e de fluxo contínuo. As ERTs são materiais sustentáveis, de baixo custo e predominantemente naturais, no entanto, ainda são pouco exploradas na área de remediação ambiental. Diferentes modificações nas ERTs foram estudadas, com destaque para o simples banho em solução de permanganato de potássio, que se mostrou o método mais simples e eficiente para alterar as propriedades do material de modo a favorecer a adsorção de manganês. A espuma rígida de tanino modificada por banho em permanganato de potássio (ERT-M) apresentou área superficial específica de 11 m2 g-1, macroporosidade bem desenvolvida, cargas superficiais negativas (-72 mV de acordo com o potencial zeta) e capacidade de remoção de manganês de até 21,84 mg g-1, valor superior aos obtidos com adsorventes comerciais. Nos ensaios em batelada, os resultados indicaram que os modelos de Pseudo-segunda ordem e de Sips foram os mais adequados para descrever os dados experimentais, em termos de cinética e de equilíbrio, respectivamente. Com os ensaios em leito fixo, constatou-se que a altura do leito e a vazão produzem um efeito mais pronunciado sobre as curvas de ruptura do que a concentração inicial de manganês da solução e a presença de oxigênio dissolvido no meio. O modelo de Thomas foi o melhor ajustado (R2 = 0,97 – 0,99) para descrição da performance da coluna, prevendo uma capacidade de adsorção de cerca de 18 mg g-1. Em conclusão, a espuma rígida de tanino modificada por banho em permanganato de potássio se apresenta como uma alternativa viável, de baixo custo e sustentável para a adsorção de manganês (II) de soluções aquosas. Destaca-se que esse novo material possui potencial para aplicações no tratamento de água e efluentes, tanto em condições aeróbias quanto anóxicas, e dispensa a necessidade de ativação, o que contribui ainda mais para a redução dos custos de produção desse adsorvente

ABSTRACT: Manganese is present in freshwater sources due to both natural and anthropogenic causes. Considering the operational and environmental issues it can cause, this element needs to be removed from aqueous matrices, even when present in low concentrations. Therefore, this study investigated the production, modification, and application of tannin-based rigid foams (TRFs) as environmentally friendly adsorbents for the removal of manganese (II) in batch and continuous flow systems. TRFs are sustainable, low-cost, and predominantly natural materials; however, they are still underexplored in the field of environmental remediation. Different modifications of TRFs were studied, with emphasis on the simple bath in potassium permanganate solution, which proved to be the most straightforward and efficient method for altering the material properties to favor manganese adsorption. The potassium permanganate bath-modified tannin-based rigid foam (TRF-M) exhibited a specific surface area of 11 m2 g-1, well-developed macroporosity, negative surface charges predominance (-72 mV according to zeta potential), and a manganese removal capacity of up to 21.84 mg g-1, higher than those obtained with commercial adsorbents. In batch tests, the results indicated that the Pseudo-second-order and Sips models were the most suitable for describing the experimental data in terms of kinetics and equilibrium, respectively. With fixed-bed tests, it was found that the bed height and flow rate had a more pronounced effect on the breakthrough curves than the initial manganese concentration of the solution and the presence of dissolved oxygen in the medium. The Thomas model provided the best fit (R2 = 0.97 – 0.99) for describing column performance, predicting an adsorption capacity of about 18 mg g-1. In conclusion, the potassium permanganate bath-modified tannin-based rigid foam presents itself as a viable, low-cost, and sustainable alternative for the adsorption of manganese (II) from aqueous solutions. It is worth noting that this new material has potential for applications in water and wastewater treatment, under both aerobic and anoxic conditions, and does not require activation, further contributing to the reduction of production costs for this adsorbent