Estudo da adsorção de cromo hexavalente por material compósito preparado a partir do ferro.

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 135 (2023) Citar este artigo

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Um novo adsorvente com função de remoção de cromo foi sintetizado pelo método térmico de carbono usando lodo Fenton contendo resíduos de ferro e cinzas volantes de resíduos sólidos contendo carbono para tratar águas residuais de alta pontuação de pH geradas a partir de processos industriais. Os resultados mostraram que o adsorvente utilizado T = 273,15 K, pH = 10, t = 1200 min, C0 = 100 mg/L, teve uma taxa de remoção de Cr(VI) superior a 80% e a capacidade de adsorção pode chegar a 393,79 mg/g. Os resultados da caracterização mostram que o material compósito dopado com nitrogênio mesoporoso sintetizado tem uma grande área de superfície específica e estrutura mesoporosa, e a superfície do material é rica em grupos funcionais contendo oxigênio e locais ativos. Em comparação com outros estudos, a capacidade de adsorção do material é maior, o que indica que o efeito de remoção do Cr(VI) neste estudo é melhor. Os resultados da cinética de adsorção mostram que a adsorção segue um pseudo segundo modelo cinético, e o processo de adsorção é uma quimissorção envolvendo compartilhamento de elétrons ou troca de elétrons. Este experimento projetou um método simples para sintetizar compósitos mesoporosos dopados com nitrogênio usando resíduos sólidos industriais, com matérias-primas de resíduos sólidos industriais baratos e facilmente disponíveis, e resolveu o problema duplo de metais pesados ​​em águas residuais e resíduos sólidos, fornecendo uma nova ideia para o utilização de recursos do lodo de Fenton sem produzir poluição secundária.

O cromo e seus compostos são amplamente utilizados em curtimento, têxteis, galvanoplastia, corantes, combustíveis e preservação de madeira1. A aplicação de cromo e seus compostos inevitavelmente causou uma série de poluição enquanto impulsionava o rápido crescimento econômico2. O Cr(VI) é encontrado principalmente na água, sendo um poluente representativo com alta toxicidade e mobilidade. O Cr(VI) existe em diferentes formas em diferentes pHs, com HCRO4- dominando em condições de baixo pH e CrO42- em condições de alto pH. O Cr(VI) é 500 vezes mais tóxico que o Cr(III) e é um dos três metais cancerígenos reconhecidos internacionalmente. O cromo é uma séria ameaça aos organismos aquáticos e à saúde humana, portanto, a remoção do cromo das águas residuais é necessária e urgente3. Dentre as diversas técnicas de remoção de cromo, a adsorção é hoje uma solução eficiente e econômica devido à sua alta taxa de remoção, alto potencial de regeneração, baixo custo inicial, projeto simples e facilidade de operação4. Vários adsorventes como óxidos metálicos, carvão ativado e biomateriais estão presentes no mercado. Dentre esses adsorventes, os materiais de carbono são altamente preferidos devido à diversificação de matérias-primas e baixo custo, sendo considerados os materiais mais promissores para a remoção de metais pesados5. No entanto, muitos adsorventes atualmente apresentam algumas desvantagens, como baixa capacidade de adsorção e baixa taxa de adsorção, que limitam a aplicação e o desenvolvimento de adsorventes e, portanto, correspondem à necessidade de desenvolver adsorventes com melhor capacidade de adsorção e menores custos de produção para tratar águas residuais contendo cromo6 .

Resíduos e subprodutos de processos industriais são considerados como uma das fontes de adsorventes de baixo custo7. As cinzas volantes podem não apenas resolver o problema da poluição de resíduos, mas também reduzir significativamente o custo de preparação de compósitos dopados com nitrogênio mesoporosos. As cinzas volantes são um tipo de resíduo sólido industrial produzido pela combustão de vários componentes orgânicos e inorgânicos no processo de geração de energia a carvão em temperaturas que variam de 1200 a 1700 °C. A produção anual de cinzas volantes no mundo é de cerca de 450 milhões de toneladas, e a produção anual na China é de cerca de 100 milhões de toneladas. O método de tratamento atual é principalmente o empilhamento, e o tratamento inadequado pode causar poluição do ar, da água e do solo, o que é prejudicial ao meio ambiente e à ecologia8. O lodo Fenton é um tipo de resíduo perigoso produzido pelo processo Fenton, que é composto principalmente de íons de ferro e precisa ser tratado adequadamente. É tratado principalmente por incineração ou aterro, mas causará poluição secundária ao meio ambiente. É considerado um recurso potencial devido ao seu alto teor de ferro, e muitos estudos têm sido dedicados à sua conversão em recursos para aproveitamento secundário. Ye et al.9 usaram a pirólise para converter o lodo de Fenton em biocarvão à base de lodo magnético, que foi usado como catalisador para ativar o peróxido de hidrogênio para a remoção do azul de metileno das águas residuais, e este estudo descobriu que a capacidade catalítica do catalisador preparado poderia ser mantido em 88,13% e foi capaz de degradar 98,56% de 100 mg/L de azul de metileno em 3 min, o que foi econômico, bom e muito amigável ao meio ambiente. Tong et al.10 usaram o lodo de Fenton para sintetizar carbono hidrogenado amida por um método hidrotérmico de uma etapa e o usaram para adsorver Pb2+ e descobriram que sua capacidade de adsorção pode chegar a 359,83 mg/L com bons resultados. Este estudo fornece uma maneira para a utilização de recursos de cinzas volantes e lodo de Fenton. A síntese de carvão ativado convencional usa matéria-prima rica em carbono para carbonização anaeróbica, e compostos mesoporosos dopados com nitrogênio baseados em resíduos sólidos usam carbono repetidamente aquecido para regenerar compostos de ferro e compostos contendo carbono11. As questões de alto custo e risco ambiental limitam o desenvolvimento de métodos convencionais. Compósitos mesoporosos dopados com nitrogênio tornaram-se um dos focos de pesquisa para o tratamento de efluentes contendo cromo devido ao seu baixo custo e vantagens ambientais. E o lodo de Fenton tem alto teor de ferro e pode fornecer uma fonte de ferro para a preparação de compósitos mesoporosos dopados com nitrogênio11,12,13,14, enquanto as cinzas volantes usadas têm alto teor de carbono e podem fornecer uma fonte de carbono para a preparação de o material; portanto, é teoricamente possível usar lodo Fenton e cinzas volantes para preparar compósitos mesoporosos dopados com nitrogênio.