Nanomagnetes para remoção de iões metálicos de águas residuais

Abstract

Os metais são uma matéria-prima muito utilizada no sector industrial, conferindo-lhes este uso importância económica e tecnológica. A sua vasta aplicação e utilização têm originado, ao longo dos anos, efluentes industriais ricos em metais e, apesar de nos últimos anos existir uma maior consciencialização por parte das indústrias e das entidades reguladoras para a importância de os remover dos efluentes industriais, muitas das vezes os efluentes não recebem o tratamento mais adequado e uma grande quantidade de metais são libertados para o ambiente. Consequentemente, a contaminação de águas superficiais por metais é cada vez mais um problema mundial e representa um risco acrescido para a saúde pública, uma vez que a maioria desses metais são tóxicos e tendem a acumular-se nos organismos vivos. Por estes motivos, é extremamente importante e urgente desenvolver tecnologias e materiais que conciliem elevada eficiência e baixo custo e que possam ser utilizados para a remoção de metais de efluentes. Neste trabalho desenvolveu-se um método promissor de remoção de metais de soluções aquosas, baseado na utilização de nanopartículas de magnetite revestidas com sílica, posteriormente modificadas à superfície com ligandos orgânicos contendo grupos ditiocarbamato. As nanopartículas funcionalizadas apresentaram grande afinidade para a remoção de metais, tais como mercúrio (II) e chumbo (II), quer de soluções sintéticas contendo o metal, quer de água salgada recolhida em alto mar e fortificada com o metal. A influência da massa de nanopartículas usadas e do tamanho das nanopartículas na remoção dos metais foram parâmetros estudados neste trabalho, assim como a avaliação da cinética do processo de remoção e a isotérmica de adsorção. Os resultados obtidos mostraram que os nanomateriais estudados são capazes de remover quantidades apreciáveis de metais, nomeadamente mercúrio (II), mesmo quando se usam apenas alguns miligramas de nanopartículas (~0,2 mg/L) e que é possível obter água considerada com qualidade para consumo humano (<1,0 μg/L de mercúrio) com apenas cerca de 6 mg/L de nanopartículas e uma concentração inicial de metal de 50 μg/L. O material estudado mostrou também ser igualmente eficiente (99,9% de remoção) em água do mar, cuja matriz apresenta uma elevada complexidade, mostrando assim o seu grande potencial para tratamentos de águas residuais e efluentes reais.

Due to its economical and technological impact, metals are among the most used raw materials in industry. Its wide range of applications have been the major cause for their increasing quantities in industrial effluents, and despite the crescent industries and regulator organizations awareness for the importance of metals removal from industrial effluents in the last few years, most of the times, effluents treatment is insufficient, and as a consequence, many of these metals are released to the environment. Surface waters contamination by metals is of great concern all over the world and it represents a huge health human problem, since these metals are very toxic and tend to accumulate in living organisms. Therefore, it is extremely important and urgent to develop new techniques and materials that can combine high efficiency and low cost, allowing them to be used in the metal removal from effluents. In this work a promising method for the uptake of metals from aqueous solutions, based on the magnetic separation of magnetite nanoparticles coated with silica and then functionalized with organic moieties containing dithiocarbamate groups is presented. The functionalized nanoparticles exhibit great affinity for mercury (II) and lead (II), in synthetic solutions as well as in salt waters. The influence of nanoparticle mass and size in metal removal was studied in this work. The kinetic of the separation process and the isotherm adsorption were also evaluated. The obtained results showed that the studied nanomaterials can remove remarkable quantities of metals, namely mercury (II), even with a few milligrams of nanoparticles (~0,2 mg/L). It was also shown that is possible to achieve drinking water quality (<1,0 μg/L of mercury) with only 6 mg/L of nanoparticles, with an initial mercury concentration of 50 μg/L. The studied material also presented a high efficiency (99,9% of removal) in salt waters, which had a complex matrix, showing its great potential for the removal of metals from polluted waters.