Síntese e caracterização de membranas a partir da ativação alcalina de rejeitos de fosfato para remoção de ácido húmico e cobre em águas

Abstract

A disposição de rejeitos produzidos pelo processamento de rocha fosfática cria uma gama de problemas ambientais. Usualmente, esse material é armazenado em barragens, que requerem grandes áreas, contaminando recursos hídricos, demandando grandes custos de construção e um longo período de monitoramento de acordo com as legislações ambientais. Para superar essas dificuldades, esses resíduos sólidos podem ser utilizados na produção de materiais geopoliméricos com diferentes aplicações. Neste estudo, os rejeitos de mineração de fosfato foram utilizados para produzir membranas de geopolímero para aplicação na remoção de íons de cobre e ácido húmico em soluções aquosas. Para fabricação das membranas com poros bem desenvolvidos, utilizou-se peróxido de hidrogênio como agente porogênico em diferentes concentrações, e as membranas apresentaram boa resistência à compressão (11,5 ? 43,67 Mpa) e alta área superficial (321 ? 382 m2 g-1). A permeabilidade das membranas aumentou de 4,12x x10-5 para 11,84 x10-5 m s-1 bar-1 quando o peróxido de hidrogênio foi adicionado, sem prejuízo à rejeição dos solutos. A avaliação dos efeitos do fouling indicam que os íons de cobre são adsorvidos na superfície da membrana, enquanto que o ácido húmico não é adsorvido na superfície das membranas. As membranas geopoliméricas removeram eficientemente o Cu2+ da água através da ação combinada de adsorção dos íons metálico e rejeição pela membrana inorgânica durante o processo de separação. A performance da membrana com 0,88% de peróxido de hidrogênio (na remoção de cobre e ácido húmico da água) aumentou entre 7 e 19 vezes em comparação com a membrana produzida sem a adição de peróxido de hidrogênio.

Abstract: The disposal of mining tailings produced from phosphate rock processing creates a wide range of environmental issues. This is usually carried out in reservoirs contained by dams, which require very large areas, contaminating hydric resources, generating high construction costs and requiring long-term monitoring in accordance with environmental regulations. To overcome these difficulties, solid residues can be immobilized and used to produce geopolymeric materials for different uses. In this study, we used phosphate mine tailings to produce a novel geopolymeric membrane to be applied for the removal of copper ions and humic acid from an aqueous solution. To produce a membrane with well-developed pores, hydrogen peroxide was used as a porogenic agent in different concentrations, and the membranes exhibited good compressive strength (11.15 ? 43.67 MPa) and high BET surface area (321 ? 384 m2 g-1). The hydraulic permeability of the membranes increased from 4.12x10-5 to 11.84 x10-5 m s-1 bar-1 when hydrogen peroxide was added, but the rejection of copper and humic acid remained nearly the same. The evaluation of fouling effects indicated that copper ions are adsorbed on the membrane surface while negligible adsorption was measured for humic acid. The geopolymeric membranes efficiently removed Cu2+ from water through the combined action of metal ion adsorption and rejection by the geopolymer inorganic membrane during membrane separation. The performance of the membrane with 0.88% of hydrogen peroxide (in the removal of copper or humic acid from water) increased by factors of 7 - 19 in comparison to the membrane with no hydrogen peroxide.