Adsorção em batelada de herbicidas em argilas organofílicas comerciais

Abstract

RESUMO: Devido a abundância na natureza, as argilas vêm sendo frequentemente investigadas na adsorção de diferentes contaminantes, devido a sua boa eficiência atrelada ao seu baixo custo. Com base no exposto, a presente tese objetivou investigar o potencial da argila organofílica comercial na adsorção dos herbicidas atrazina, 2,4-D, ametrina e diuron. Por meio das caracterizações textural, estrutural, morfológica e química dos materiais foi possível observar que o processo de adsorção interfere diretamente nas características físico-químicas da argila. Observou-se uma redução de área específica do material adsorvente após a adsorção para todos os herbicidas utilizados na realização deste trabalho, além de mudanças químicas de composição e térmicas durante etapas de degradação. Inicialmente durante o processo de investigação dos contaminantes, se observou potencial de remoção 98,5, 77,6, 75,5 e 41,6% para diuron, 2,4-D, ametrina e 2,4-D, respectivamente. O estudo da cinética de adsorção mostrou que o modelo de pseudossegunda ordem foi o mais preditivo para os herbicidas diuron, ametrina e atrazina ao ponto que o modelo de Elovich foi o que melhor se ajustou à adsorção do 2,4-D. No que diz respeito às isotermas de equilíbrio para cada adsorvato o modelo de Lagmuir foi o que obteve maiores coeficientes de correlação para diuron, atrazina e ametrina ao ponto que Freundlich foi o melhor ajuste para o 2,4-D. Após este estudo prévio, foi realizada uma análise completa para a adsorção de diuron sobre a argila organofílica comercial utilizada como material adsorvente, pelo fato deste contaminante ter apresentado maior afinidade ao material. Pelos experimentos de influência do pH notou-se que as maiores capacidade de adsorção foram obtidas em pHs abaixo de 12, fato este justificado pelas cargas iônicas deste herbicida e adsorvente nesta faixa de pH. A cinética de adsorção em diferentes temperaturas destacou que o processo investigado é de natureza química, haja vista que a capacidade de adsorção sofreu aumento com o acréscimo de temperatura. Estes resultados foram corroborados com os levantamentos termodinâmicos para o processo onde foram obtidos valores de entalpia de adsorção de 71,78 kJ mol-1 e energia de ativação de 14,48 kJ mol-1 salientando a natureza química para o fenômeno. Assim como no levantamento preliminar, o modelo cinético que melhor representou a adsorção de diuron no estudo completo foi o de pseudossegunda ordem, bem como a isoterma de adsorção melhor ajustada foi o modelo de Langmuir. As máximas capacidade de adsorção encontradas foram de 44,24, 48,49 e 56,49 mg g-1 para as temperaturas de 298, 303 e 305 K, respectivamente. O estudo regenerativo do adsorvente mostrou que o material pode ser recuperado, sendo o melhor eluente para este processo o etanol. Por fim pode-se concluir com os resultados gerais deste trabalho, que a argila organofílica é um adsorvente promissor no tratamento de águas contaminadas com poluentes orgânicos de origem agroquímica, dentre estes principalmente o diuron

ABSTRACT: Due to the abundance in nature, clays have been frequently investigated in the adsorption of different contaminants due to their good efficiency coupled with their low cost. Based on the above, the present thesis aimed to investigate the potential of commercial organophilic clay in the adsorption of the herbicides atrazine, 2,4-D, ametryn and diuron. Through the textural, structural, morphological and chemical characterization of the materials, it was possible to observe that the adsorption process interferes directly in the physical-chemical characteristics of the clay. A reduction in the specific area of the adsorbent material was observed after adsorption for all herbicides used in this work, in addition to chemical composition and thermal changes during degradation stages. Initially during the contaminant investigation process, a removal potential of 98.5, 77.6, 75.5 and 41.6% was observed for diuron, 2,4-D, ametrine and 2,4-D respectively. The study of adsorption kinetics showed that the pseudo-second order model was the most predictive for the herbicides diuron, ametrine and atrazine to the point that the Elovich model was the one that best fitted the adsorption of 2,4-D. Regarding the equilibrium isotherms for each adsorbate, the Lagmuir model was the one that obtained the highest correlation coefficients for diuron, atrazine and ametrine, to the point that Freundlich was the best fit for 2,4-D. After this previous study, a complete analysis was performed for the adsorption of diuron on commercial organophilic clay used as adsorbent material because this contaminant has shown greater affinity to the material. By the pH influence experiments, it was noted that the highest adsorption capacity was obtained at pHs below 12, a fact justified by the ionic charges of this herbicide and adsorbent in this pH range. The adsorption kinetics at different temperatures highlighted that the investigated process is chemical in nature, given that the adsorption capacity increased with the increase in temperature. These results were corroborated with the thermodynamic surveys for the process, where adsorption enthalpy values of 71.78 kJ mol-1 and activation energy of 14.48 kJ mol-1 were obtained, highlighting the chemical nature of the phenomenon. As in the preliminary survey, the kinetic model that best represented the adsorption of diuron in the complete study was the pseudo-second order and the best adjusted adsorption isotherm was the Langmuir model. The maximum adsorption capacity found were 44.24, 48.49 and 56.49 mg g-1 for temperatures of 298, 303 and 305 K respectively. The regenerative study of the adsorbent showed that the adsorbent can be recovered, the best eluent for this process being ethanol. Finally, it can be concluded with the general results of this work that organophilic clay is a promising material in the treatment of water contaminated with organic pollutants of agrochemical origin, among which mainly diuron