Utilização de títanosilicato ETS-4 na remoção de Cd2+ em solução aquosa

Abstract

A capacidade do titanosilicato microporoso ETS-4 para remover o ião Cd2+ de soluções aquosas foi investigada para avaliar o seu potencial na remediação de águas. Para estudar a cinética e o equilíbrio do processo, realizaram-se experiências em descontínuo em vaso agitado, contactando-se um volume de solução de Cd2+ com massas bem conhecidas de ETS-4. A evolução da concentração do Cd2+ com o tempo foi medida por Espectrometria de Massa com Plasma Acoplado Indutivamente. Os resultados obtidos permitem concluir que o ETS-4 exibe uma elevada capacidade de permuta iónica. Mostrou-se que duas horas são suficientes para remover 94% do catião de uma solução com concentração inicial de 0,62x103 kg/m3, quando se utiliza 50 g de ETS-4 por m3 de solução. A isotérmica de Freundlich representou bem o equilíbrio na gama de condições experimentais estudadas. A capacidade de permuta iónica deste material supera significativamente os valores encontrados na literatura para outros materiais microporosos à mesma temperatura. A modelação foi realizada com as expressões clássicas de pseudo 1§ ordem, pseudo 2§ ordem, e com um modelo baseado nas equações de fluxo Nernst-Planck, que integra as resistências de difusão externa e interna. O coeficiente de transferência de massa por convecção e as auto-difusividades dos contra iões, Cd2+ e Na+, são os únicos parâmetros do modelo. Este representa bem os dados experimentais, inclusivamente na transição da queda abrupta inicial da concentração de Cd2+ para o seu patamar de equilíbrio. O desvio absoluto médio obtido foi 6.32%.

The ability of microporous titanosilicate ETS-4 to uptake the Cd2+ ion from aqueous solutions has been investigated, assessing the potential of this material in water remediation. In order to study the equilibrium and the kinetics of the process, batch stirred tank experiments have been carried out by contacting a fixed volume of solution with known masses of ETS-4. The evolution of the cadmium concentration with time has been monitored by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. ETS-4 exhibits a large ion-exchange capacity, and 2 hours are sufficient to remove 94% of Cd2+ from a solution with initial concentration 0,62x10-3 kg/m3, when 50 g of ETS-4 is per m3 of solution. Concerning equilibrium, Freundlich isotherm performs accurately in the range of experimental conditions studied. The solid loadings measured in this essay surmount significantly the values found in literature for different ion exchangers in the same range of temperatures. A Nernst-Planck based model combining internal and external diffusion resistances has been used to describe the ion exchange process along time, where the convective mass transfer coefficient and the self-diffusivities of the counter ions Cd2+ and Na+ are the unique parameters. The Nernst-Planck based model accomplishes good representations ( A A D = 6,32%), even in the transition from the steep descent to the horizontal branch of the bulk concentration v e r s u s time curve.