Adsorção de fluoreto em resina aniônica modificada com zircônio complexado com sulfato

Abstract

O fluoreto é um poluente hídrico que pode causar sérios problemas de saúde, haja vista que a exposição prolongada a águas com concentrações de fluoreto superiores a 1,5 mg.L-1 pode provocar doenças como a fluorose dental e esquelética. Nos últimos anos, diversas tecnologias para a remoção de fluoreto em meio aquoso têm sido desenvolvidas e estudos apontam que a adsorção é um dos processos mais atraentes para este fim. No presente estudo avaliou-se a capacidade de adsorção da resina Amberlite IRA-400 na forma de zircônio complexado com sulfato para remoção de altas concentrações de fluoreto em amostras aquosas, utilizando o processo de adsorção em coluna de leito fixo.Um planejamento experimental composto central foi utilizado para estimar o efeito do pH e da vazão de alimentação sobre a capacidade máxima de adsorção do leito e com base nesses resultados determinou-se a condição ótima de operação do processo. Observou-se que no intervalo estudado; 0,35 a 11,6 ml·min-1 e ph 1,6 a 4,4; a vazão de alimentação exerce efeito significativo no desempenho da coluna, todavia o pH da solução é um fator ainda mais significativo. A maior capacidade de adsorção de fluoreto, 38,53 mg.g-1, foi alcançada nas condições de maior vazão de alimentação (11,6 mL.min-1) e pH 3. O modelo de Thomas foi utilizado para prever o comportamento da curva de ruptura completa e se mostrou adequado para representar o sistema. Entretanto, o modelo de Adams- Bohart não ofereceu concordância com os dados experimentais. Nos estudos de regeneração do adsorvente, o material apresentou bom potencial, podendo ser reutilizado por pelo menos cinco ciclos de adsorção-dessorção. Na presença de íons sulfato e cloreto na solução aquosa, a capacidade máxima de adsorção de fluoreto do leito não foi prejudicada de forma expressiva, passando a ser 33,40 mg.g-1. Os resultados obtidos sugerem que resina Amberlite IRA-400 na forma de zircônio complexo comsulfato se mostra um interessante material adsorvente de fluoreto em amostras aquosas utilizando o processo de adsorção em coluna de leito fixo.

Abstract : Fluoride is one of the main pollutants in water and it causes health problems, whereas prolonged exposure to water fluoride concentrations greater than 1.5 mg.L-1 can cause some diseases such as dental and skeletal fluorosis. Recently, many technologies to removal of fluoride from aqueous medium have been developed and studies have shown that adsorption is one of the most attractive processes for this purpose. Hence, the aim of this study, the adsorption capacity of Amberlite IRA- 400 resin modified with zirconium-sulfate complex was evaluated to removal of high fluoride concentrations from aqueous samples, in fixed bed column. Through a central composite design it was possible estimate the effect of pH and flow rate on the adsorption capacity of the bed and based on these results the best operating conditions were determined. It was noticed by the experimental design that the variation of flow rate had significant effect on the performance of the column; however, the pH of the solution is a crucial factor. Highest fluoride adsorption capacity, 38,53 mg.g-1, was achieved under the conditions of highest flow rate (11.6 mL.min-1) and pH 3. Thomas model was used to predict the breakthrough curves, and reproduced adequately the system. However, Adams-Bohart model did not agree with the experimental data. Regeneration studies showed that the adsorbent presented high efficiency of removal of fluoride for, at least, five cycles of adsorption- desorption. Slight decreases of fluoride adsorption were observed in presence of coexisting ions in aqueous samples, in this case the fluoride adsorption capacity was 33,40 mg.g-1. The results suggest that Amberlite IRA-400 resin modified with zirconium-sulphate complex is a potential adsorbent material, and can be used to removal of fluoride from aqueous samples in fixed bed column.