Estudo da remoção de Cr(VI) de solução aquosa pelo processo de redução fotocatalítica combinado com biossorção

Abstract

Neste trabalho foi investigada a capacidade de remoção da espécie hexavalente de cromo de solução aquosa, utilizando a redução fotocatalítica combinada com adsorção, tendo como biossorvente algas marinhas modificadas. O mecanismo da redução de Cr(VI) a Cr(III) e posterior adsorção do cromo na forma catiônica, pelos grupos funcionais das algas marinhas, já é detalhado e discutido na literatura, sendo a contribuição deste trabalho, a modificação inovadora da superfície do biomaterial por meio da protonação de seus grupos de funcionais seguida pela impregnação com ferro, alumínio e titânio, visando aumentar a eficiência de remoção de cromo pela adsorção de espécies aniônicas e catiônicas. As algas testadas e caracterizadas neste estudo foram a alga marrom Laminaria hyperborea, alga vermelha Gracilaria cerviconis e alga verde Ulva sp. A primeira etapa foi a seleção do material adsorvente com maior eficiência na remoção do Cr(VI) de solução através de um ponto de equilíbrio de adsorção a pH = 2,5. Com relação à capacidade de remoção de cromo das algas investigadas, em ordem decrescente, a de maior capacidade foi a alga marrom (Laminaria hyperborea), seguida pela alga vermelha (Gracilaria cerviconis) e, por último, a alga verde (Ulva sp.), com os seguintes valores 70, 65 e 25%, respectivamente. A alga marrom selecionada foi protonada usando ácido nítrico 0,2 M, e impregnada com Fe, Al e Ti utilizando soluções de FeCl3 (0,1 M), AlCl3 (0,1 M) e TiO2 (2%). O produto de cada tratamento foi caracterizado e selecionado através de um ponto de equilíbrio de adsorção em batelada, que revelou uma baixa eficiência de remoção de Cr(VI) para alga tratada com Al. As maiores porcentagens de remoção de Cr(VI) foram obtidas utilizando as algas marrons protonada (alga-H+), bruta + Fe (alga+Fe), protonada + Fe (alga-H+Fe) e protonada + Ti (alga-H+Ti). Foram utilizadas apenas as algas previamente protonadas nos experimentos seguintes. Estudos cinéticos e de equilíbrio usando como adsorvente a alga marrom protonada, protonada e tratada com FeCl3 e protonada e tratada com TiO2, mostraram que o material previamente protonado e impregnado com Fe foi o que apresentou os melhores resultados de remoção de Cr(VI). O efeito da radiação UV foi estudado através de ensaios cinéticos, onde foi possível concluir que a radiação não melhorou a eficiência de remoção das espécies iônicas de cromo, para os experimentos realizados com a alga protonada e protonada e impregnada com Fe. Já para os experimentos realizados com a alga protonada e impregnada com titânio, a exposição da radiação UV contribuiu para a remoção de Cr(VI) da solução. As algas H+Fe e H+Ti foram também usadas como adsorventes para remoção de Cr(VI) em reator radial com lâmpada UV concêntrica em batelada, com uma solução [Cr(VI)]0 = 20 mg/L e 30 g/L de adsorvente, em um período de 210 min. Para a alga H+Fe, ocorreu o desaparecimento total da espécie de Cr(VI) em 120 min, enquanto que, para a alga H+Ti, não houve a completa redução de Cr(VI) nos 210 min do ensaio, indicando que a alga protonada e impregnada com Fe apresenta potencial para ser utilizada no tratamento de efluentes contaminados com Cr(VI), alcançando o restrito limite de descarte desse metal.

Abstract: In this work, the ability to remove the hexavalent chromium species from aqueous solution was investigated, using a photocatalytic reduction combined with adsorption, using modified marine bio-absorbent algae. The mechanism of reduction of Cr(VI) to Cr(III) and subsequent adsorption of chromium in cationic form, by the functional groups of seaweed, is already detailed and discussed in the literature, being the contribution of this work the innovative modification of the biomaterial surface through the protonation of its functional groups followed by impregnation with iron, aluminum, and titanium, in order to increase the efficiency of chromium removal by the adsorption of anionic and cationic species. As algae tested and characterized in this study were brown algae Laminaria hyperborea, red algae Gracilaria cerviconis and green algae Ulva sp. The first step was the selection of the material adsorbent with greater efficiency in removing Cr(VI) from the solution through an adsorption equilibrium point at pH = 2.5. Regarding the chromium removal capacity of the investigated algae, in decreasing order, the largest capacity was brown algae (Laminaria hyperborea), followed by red algae (Gracilaria cerviconis) and, lastly, green algae (Ulva sp.), with the following values 70, 65 and 25%, respectively. A selected brown alga was protonated using 0.2 M nitric acid, and impregnated with Fe, Al and Ti using solutions of FeCl3 (0.1 M), AlCl3 (0.1 M) and TiO2 (2%). The product of each treatment was selected and selected through a batch adsorption equilibrium point, which revealed a low removal efficiency of Cr(VI) removal for Al treated seaweed. The highest Cr(VI) removal percentages were used as protonated brown algae (H + algae), raw + Fe (algae + Fe), protonated + Fe (algae-H + Fe) and protonated + Ti (algae-H + Ti). They were used only protected algae in the following experiments. Kinetic and equilibrium studies using protonated, protonated and treated with FeCl3 and protonated and treated with TiO2 as algae adsorbent, reproduces the material that is protonated and impregnated with Fe, which shows the best Cr(VI) results. The effect of UV radiation was studied through clinical trials, where it was possible to conclude that a lesion did not improve the reduction of the removal of ionic species of chromium, for the experiments carried out with protonated and protonated algae and impregnated with Fe. performed with protonated algae and impregnated with titanium, an exposure of the UV lesion contributed to the removal of Cr(VI) from the solution. As the H + Fe and H + Ti algae were also used as adsorbents for removing Cr(VI) in a radial reactor with a concentric batch UV lamp, with a solution [Cr (VI)]0 = 20 mg/ L and 30 g /L of adsorbent, in a period of 210 min. For the H + Fe alga, the total of the Cr(VI) species occurred or disappeared in 120 min, while for the H + Ti alga, there was no complete reduction of Cr(VI) in the 210 min test, which a protonated algae impregnated with Fe has the potential to be used in the treatment of effluents contaminated with Cr(VI), reaching or restricting the discharge limit of this metal.