Nano-adsorventes para remoção magnética de corantes orgânicos de águas

Abstract

O presente trabalho teve como principal objetivo estudar a remoção do corante azul de metileno de soluções aquosas, através do processo de adsorção utilizando como adsorvente nanopartículas magnéticas funcionalizadas com biopolímeros com elevada afinidade para o corante em estudo, os carragenanos. Os adsorventes sintetizados consistiram em nanoparticulas de magnetite com um tamanho médio de 8 nm, revestidas com uma capa de sílica amorfa e ligadas covalentemente ao carragenano (-, ὶ- e λ-) metilcarboxilado, apresentando uma elevada área superficial específica (>100 m2/g) e propriedades magnéticas. A preparação dos adsorventes incluiu várias etapas de síntese que foram acompanhadas por técnicas experimentais tais como difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho, análise elementar e medidas de potencial zeta. A remoção do azul de metileno foi estudada efetuando-se, primeiramente, estudos de cinética para os diferentes tipos de nanopartículas, tendo-se verificado que a cinética de remoção é bastante rápida atingindo-se o equilíbrio em menos de 2 horas. Os resultados cinéticos foram ajustados a modelos de pseudo 1ª ordem e pseudo 2ª ordem tendo-se verificado que o modelo de pseudo 2ª ordem se ajusta melhor às nanopartículas kappa e iota e o modelo de pseudo 1ª ordem se ajusta melhor às nanopartículas lambda. Numa segunda etapa efetuou-se o estudo das isotérmicas verificando-se que as isotérmicas de nanopartículas funcionalizadas com - e λ-carragenano apresentam um comportamento pouco habitual, do tipo-Z. O modelo que melhor descreveu a isotérmica das nanoparticulas funcionalizadas com ὶ-carragenano foi o de Sips. A capacidade máxima de adsorção de azul de metileno aumentou com o crescente numero de grupos sulfato presentes no carragenano (NP-kappa < NP-iota < NP-lambda) o que confirma o papel relevante destes grupos na remoção do azul de metileno. A regeneração e reutilização das nanopartículas foi igualmente estudada tendo-se verificado que estas são regeneráveis.

The present work aimed to study the removal of the dye methylene blue from aqueous solutions, by adsorption, using as adsorbent magnetic nanoparticles functionalized with biopolymers (carrageenans) with high affinity with the dye under study. The synthesized adsorbents consisted of magnetite nanoparticles with an average size of 8 nm coated with a layer of amorphous silica and covalently bonded to carrageenan (-, ὶ- and λ-) methyl-carboxylated, having a high specific surface area (>100 m2/g) and magnetic properties. The preparation of adsorbents include various synthesis steps which were followed by experimental techniques such as X-ray diffraction, infrared spectroscopy, elemental analysis and zeta potential measurements. The removal of the methylene blue was studied by performing, first, kinetics studies for the different types of nanoparticles, and it was found that the removal kinetics is very fast reaching to equilibrium in less than 2 hours. The kinetics results were adjusted to models of pseudo 1st order and pseudo 2nd order and it was verified that the pseudo 2nd order model is better adjusted to kappa and iota nanoparticles whilst the pseudo 1st order adjusts itself better to lambda nanoparticles. In a second step, was performed the isotherm study verifying that nanoparticles functionalized with - and λ-carrageenan exhibit an unusual behavior, the Z-type. The model that best described the isotherm of nanoparticles functionalized with ὶ-carrageenan was the Sips model. The maximum capacity of adsorption of methylene blue increased with increasing number of sulfate groups present in carrageenan (NP-kappa < NP-iota < NP-lambda) confirming the relevant role of these groups in the removal of methylene blue. Regeneration and reuse of the nanoparticles was also studied and it was found that these are regenerable.