Nanocompósito celulose bacteriana e hidroxiapatita para remoção de zinco de efluentes industriais

Abstract

Efluentes industriais contendo altas concentrações de metais pesados, que não foram adequadamente removidos pelas técnicas convencionais de tratamento de efluentes, podem ser tóxicos para os seres vivos, como os íons metálicos de zinco (Zn2+) dos processos de galvanoplastia. A adsorção tem se mostrado bastante eficiente como tecnologia aplicada à remoção dos íons Zn2+ de efluentes industriais, considerando-se a variedade de materiais adsorventes. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo principal desenvolver um material adsorvente constituído de celulose bacteriana (CB) e hidroxiapatita (HAp), e estudar a sua capacidade para adsorção de íons Zn2+, visando a aplicação em efluentes industriais. O nanocompósito celulose bacteriana e hidroxiapatita (CB-Hap) foi produzido pela síntese de HAp nas nanofibras de CB. A capacidade de remoção de íons Zn2+ de soluções aquosas foi avaliada através de titulação complexométrica. Ensaios de cinética e isoterma foram realizados para definição dos modelos de adsorção. As caracterizações foram realizadas através de microscopia eletrônica de varredura com canhão de emissão por campo (MEV-FEG), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX), método de infiltração de etanol e espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-AES). O MEV-FEG dos nanocompositos CB-HAp revelou a síntese e adesão da HAp nas nanofibras de CB. A presença de P e Ca nos espectros EDS provaram a incorporação bem sucedida da HAp. O FTIR revelou a modificação dos grupos funcionais, o que sugeriu a interação entre os componentes. A difração de raios-X exibiu os picos de reflexões principais atribuídos aos planos de difração característicos de celulose tipo I e HAp na CB. A capacidade máxima de adsorção de íons Zn2+ pelo nanocompósito CB-HAp foi de 39,75 mg g-1. A cinética de adsorção de Zn2+ seguiu o modelo de pseudossegunda ordem e modelo de Langmuir. Este trabalho demonstrou que o nanocompósito CB-HAp apresentou propriedades adequadas e potencial paraser aplicado como dsorvente de íons Zn2+ de efluentes industriais.

Abstract: Wastewater containing high concentrations of heavy metals that have not been appropriate removed by conventional wastewater treatment techniques can be toxic, as zinc (Zn2+) metal ions from electroplating process. The adsorption has been shown to be very efficient as a technology applied to the removal of Zn2+ ions from wastewater, considering the variety of adsorbent materials. In this context, this work has as main objective to develop an adsorbent material constituted of bacterial cellulose (BC) and hydroxyapatite (HAp) and to study its capacity for adsorption of Zn2 + ions, aiming at the application in wastewater. The bacterial cellulose and hydroxyapatite (BC-Hap) nanocomposite was produced by the synthesis of HAp in BC nanofibers. The ability of nanocomposite to remove Zn2+ ions of aqueous solutions was assessed using complexometric titration. Kinetics and isotherm tests were performed to define the adsorption models. The characterizations were carried out using scanning electron microscopy with a field emission gun (SEM-FEG), dispersive energy spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction, ethanol infiltration method and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The SEM-FEG of BC-HAp nanocomposite revealed the synthesis and adhesion of HAp in BC nanofibers. The presence of P and Ca in the EDS spectra proved the successful incorporation of HAp. The FTIR revealed the modification of the functional groups, which suggested the interaction between the components. X-ray diffraction showed the main reflection peaks attributed to the characteristic diffraction planes of cellulose type I and HAp in BC. The maximum adsorption capacity of Zn2+ ions by the BC-HAp nanocomposite was 39.75 mg g-1. The adsorption kinetics of Zn2+ followed the pseudo-second order model and the Langmuir model. This work demonstrated that the BC-HAp nanocomposite had adequate properties and potential to be applied as an adsorbent for Zn2+ ions in wastewater.