Alumina ativada modificada por ozonização: preparação, caracterização e aplicação na remoção de íons fluoreto presentes em água subterrânea
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Data
2021-08-31Primeiro membro da banca
Dotto, Guilherme Luiz
Segundo membro da banca
Silva, William Leonardo da
Metadata
Mostrar registro completoResumo
A concentração de íons fluoreto nas águas utilizadas para abastecimento é um importante parâmetro a ser monitorado. Em concentrações entre 0,6 e 1,5 mg L-¹ promove melhorias na saúde bucal da população prevenindo as cáries. Entretanto, o consumo, a longo prazo, de água com concentrações de íons fluoreto maiores do que 1,5 mg L-¹ pode resultar em fluorose dentária e óssea e, em casos mais severos, osteoporose e outros graves problemas de saúde. Apesar disso, muitas comunidades se abastecem de águas que contêm valores maiores do que os estabelecidos pelos padrões de potabilidade. Tal fato ocorre em consequência da escassez de água provocada pela localização geográfica, pelos baixos volumes precipitados e pela falta de planejamento e gestão dos recursos hídricos. Visando a desfluoretacão das águas, vários métodos de tratamento são estudados, testados e utilizados ao redor do mundo. Essas técnicas são baseadas nos princípios da precipitação-coagulação, troca iônica, eletrodiálise, adsorção e processos de separação por membranas. Dentre essas técnicas, a adsorção se sobressai em razão da facilidade de operação, elevada eficiência de remoção de íons fluoreto mesmo em baixas concentrações e ampla variedade de adsorventes disponíveis. Adsorventes a base de alumínio destacam-se na remoção de íons fluoreto em função da alta afinidade entre estes elementos, sendo que, a alumina ativada é um dos adsorventes mais aplicados para a desfluoretação de águas e em decorrência do seu baixo custo, é amplamente utilizada em processos industriais. No entanto este material apresenta algumas limitações que interferem no seu desempenho. O pH da água deve ser menor que 6,0 para que sejam alcançados elevados níveis de remoção de íons fluoreto. Contudo, o pH de águas subterrâneas varia entre 5,5 e 8,5. O presente trabalho teve como objetivo principal modificar a superfície da alumina ativada (AA) através da técnica de ozonização e avaliar a influência deste tratamento na capacidade de remoção de íons fluoreto do material. As propriedades físico-químicas da alumina ativada ozonizada (AAO) foram determinadas através de vários métodos analíticos (MEV, EDS, DRX, FTIR, Porosimetria de N2, RMN, PZ e pHpzc). Todos os experimentos foram realizados em sistema descontínuo (batelada). Foi verificado que a capacidade de adsorção de íons fluoreto pela AAO foi superior ao da AA em todas as condições de modificações realizadas. O parâmetro que mais afetou a modificação superficial foi a concentração de AA no meio reacional. Comparativamente, a AAO, obtida na melhor condição, apresentou 98,3% de remoção de íons fluoreto, contra 77,4% da AA. Através de estudo por planejamento experimental foi identificado que a maior remoção de íons fluoreto ocorreu com a utilização de 4,35 g L-¹ de AAO e pH do meio de 8,0. Por meio de estudos de equilíbrio verificou-se que a capacidade de adsorção máxima do material foi de 15,80 mg g-¹. O modelo de isoterma que mais se adequou aos resultados experimentais foi o de Sips, obtendo qms de 15,80 mg g-¹. Entre os modelos cinéticos, o modelo de Ordem Geral foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais. Através da análise de termodinâmica, verificou-se predominância de fenômenos de quimissorção e processo endotérmico, obtendo ΔG° de -10,73 kJ mol-¹, ΔH° de 312,07 kJ mol-¹, ΔS° de 1,54 kJ mol-¹. Os resultados mostraram que a modificação da alumina ativada por processo de ozonização foi efetiva, visto que a modificação proporcionou ao novo material adsorvente maior capacidade de remoção de íons fluoreto. Outro ponto importante a destacar é que a cinética de remoção de íons fluoreto aumentou consideravelmente após a modificação com ozônio. Por fim, a AA e a AAO foram utilizadas para remover íons fluoreto de uma amostra real de água subterrânea. Nesta condição, ambos os materiais apresentaram uma redução na capacidade de adsorção, apesar disso, a AAO ainda foi mais eficaz (50,9%) do que a AA (16,8%).
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