Adsorvente
3.1 Estudos de caso
Para adsorventes derivados de lamas industriais, vários parâmetros precisam ser levados em consideração, tais como pH, dosagem de adsorvente, concentração de sorbato e tempo de contato, que podem influenciar significativamente a eficiência do processo. A descontaminação da água utilizando estes materiais tem sido estudada extensivamente e relatada na literatura (Devi e Saroha, 2016). Nesta seção, são discutidos apenas estudos de caso relativos ao uso de lodo de várias indústrias que comparam diferentes tipos de lodo industrial para o mesmo contaminante. Informações detalhadas sobre técnicas e resultados experimentais podem ser encontradas em cada fonte relacionada na lista de referência.
Pb, Cd e Cr são os principais metais pesados derivados de atividades industriais que ocorrem em altas concentrações nas águas residuais. Pb em particular é extremamente perigoso porque tende a bioacumular na cadeia alimentar, mesmo em baixas concentrações.
Martín et al. (2005) investigaram o uso de lodo de alto-forno para a remoção de Pb, zinco (Zn), e Cd de soluções aquosas poluídas. O lodo de alto-forno, composto de óxidos de ferro e coque, é um subproduto da indústria siderúrgica. Esses autores relataram uma área de superfície específica de 27,4 m2/g para esse lodo, bem como uma maior afinidade com o Pb. Na verdade, a adsorção de Pb variou de 64,2-79,9 mg/g, aumentando com temperaturas de 20°C a 80°C, assim como a adsorção de Zn e Cd, de 4,23 a 9,16 mg/g, e de 6,74 e 10,2 mg/g, respectivamente. Além disso, verificaram que o lodo do alto-forno adsorveu maiores quantidades de metais do que a escala de laminação, um subproduto da mesma indústria siderúrgica.
Foi relatada uma eficiência semelhante na adsorção de Pb pelo uso do lodo clarificado como adsorvente de baixo custo (Naiya et al., 2009), originário do espessador de lodo do forno básico de oxigênio na produção de aço. Nesse caso, embora a área de superfície específica fosse de cerca de 78,5 m2/g, que é maior do que a relatada por Martín et al. (2005), a capacidade de adsorção de cerca de 92,5 mg/g foi semelhante. Em condições óptimas (nomeadamente, um valor de pH de 5, uma dose de adsorção de 5 g/L, e 1 h de tempo de contacto), a percentagem de remoção de Pb diminuiu com um aumento da temperatura de 30°C para 50°C.
Lama vermelha é outro subproduto industrial generalizado frequentemente utilizado como adsorvente para tratamento de água. Este resíduo sólido deriva da digestão básica do minério de bauxita durante a produção de alumina (Bhatnagar et al., 2011). Devido às suas fortes propriedades básicas, a lama vermelha é frequentemente utilizada para adsorção de metais, incluindo Pb, Cr, Cd, e Zn. Santona et al. (2006) investigaram as capacidades de adsorção de Pb, Cd, e Zn com lama vermelha não tratada e tratada com ácido. O tratamento ácido foi realizado com HCl, seguido de lavagem com água destilada. Os valores de área específica obtidos com lama vermelha não tratada e tratada com ácido foram de 18,9 m2/g e 25,2 m2/g, respectivamente. Entretanto, a quantidade de metais adsorvidos pela lama vermelha não tratada foi maior do que aquela adsorvida pela lama vermelha tratada. Para ambos os adsorventes, Zn foi removido com mais eficiência do que Pb e Cd.
A aplicação de outros tratamentos na lama vermelha influenciou muito a área de superfície. O SBET mais alto, 28,0 m2/g, foi obtido após a ativação do HCl mais o aquecimento a 600°C. O valor SBET com apenas a ativação de HCl foi de 20,7 m2/g, enquanto o menor valor, 14,2 m2/g, foi obtido na lama vermelha lavada apenas com água. Novamente, o aumento da área superficial não refletiu as capacidades de adsorção dos adsorventes porque a adsorção máxima foi alcançada com lama vermelha não tratada para os três metais investigados, Pb, Cu, e Cr (Apak et al, 1998).
Um tratamento da lama vermelha com H2O2 e ar parecia produzir um ISBA eficiente, tanto em termos de adsorção (64,8 mg/g para Pb e 35,7 mg/g para Cr), quanto de área de superfície específica (108 m2/g) (Gupta et al., 2001). Lama vermelha também foi utilizada para remover outros metais pesados, como íons Zn, da solução aquosa (Sahu et al., 2011). O tratamento da lama vermelha neutralizada pelo sequestro de CO2 e calcinação a 500°C obteve uma capacidade máxima de adsorção de 14,9 mg/g, o que corresponde a uma capacidade de remoção de 96% Zn. Os autores destacaram que esse método de ativação melhorou a SBET, atingindo 68,2 m2/g, que é cerca do dobro do valor da área superficial da lama vermelha não tratada (31,7 m2/g). Embora os valores de área de superfície específica tenham sido superiores aos encontrados em estudos anteriores sobre a lama vermelha, a capacidade de adsorção de Zn foi inferior à de Pb.
Baixo valor de adsorção de Zn, na faixa de 7 mg/g, também foram encontrados por Mishra et al. (2013) quando utilizaram como adsorvente uma lama seca de uma usina siderúrgica. Embora o valor SBET (média 7,5 m2/g) tenha sido muito inferior ao encontrado por Martín et al. (2005), as capacidades de adsorção foram comparáveis.
ISBAs também são amplamente utilizadas para remoção de corantes de soluções poluídas. Numerosos estudos sobre adsorção de corantes foram realizados com ISBAs tanto inorgânicos como orgânicos. Entretanto, os resultados mostram que os adsorventes industriais orgânicos são mais eficientes que os inorgânicos para remoção de corantes básicos ou ácidos (Bhatnagar e Jain, 2005; Jain et al, 2003).
Do resíduo industrial examinado por Jain et al. (2003), o lodo obtido da indústria de fertilizantes foi mais adequado para a remoção de corantes básicos como a crisoidina G, violeta cristal e azul meldola do que os das usinas siderúrgicas (ou seja, escória de alto-forno, poeira e lodo). Todos estes resíduos foram activados com base em tratamentos semelhantes. Todos os adsorventes mostraram uma tendência de adsorção semelhante para cada corante, mas a melhor afinidade foi para o meldola blue. A adsorção máxima para este corante foi de 170 mg/g em adsorventes carbonáceos, 67 mg/g em lamas de alto-forno, 34 mg/g em pó de alto-forno e 3,7 mg/g em escória de alto-forno. Além disso, estes valores seguiram precisamente a tendência de diminuição da área de superfície dos adsorventes (ou seja, 380, 28, 13 e 4 m2/g, respectivamente).
Tintura também pode ser removida com a lama derivada da fabricação de papel e celulose. A principal vantagem deste tipo de adsorvente é o alto teor de matéria orgânica e sua produção em grandes quantidades pela indústria do papel (Jaria et al., 2017). Embora esse lodo possa conter substâncias tóxicas e aditivos químicos e, portanto, necessite de tratamento e ativação, sua reutilização como adsorvente de baixo custo parece altamente eficiente.
Após o tratamento de ativação, esse adsorvente carbonoso removeu mais efetivamente o corante catiônico (azul de metileno, 263 mg/g) do que o corante aniônico (vermelho reativo, 34,3 mg/g) da solução aquosa (Li et al., 2011). Além disso, a área de superfície específica deste adsorvente (média 135 m2/g) obtida após carbonização a baixas temperaturas e após ativação física com vapor foi cerca de cinco vezes maior do que a de lama bruta (25 m2/g). Nasr et al. (2017) mostraram que a ativação química com carbonato de potássio (K2CO3), seguida da ativação física com vapor, de uma lama de papel utilizada como um precursor bruto para preparação de adsorventes de baixo custo, atingiu altos níveis de remoção de corante azul de metileno a partir de soluções aquosas. Em condições óptimas, a capacidade máxima de adsorção foi de 260 mg/g. Isso refletiu o desenvolvimento das estruturas de poros obtidos a uma temperatura de ativação de 900°C, o que contribuiu para uma área de superfície específica de 908 m2/g, cerca de 56 vezes maior do que a de lama de papel bruto. Bhatnagar et al. (2007) descobriram que corantes aniônicos são removidos em menores quantidades do que corantes catiônicos por adsorventes da lama da fábrica de papel. Esses resultados indicaram que mesmo após ativação física com ar (a 500°C), a capacidade de adsorção do corante laranja G era de apenas 62,3 mg/g. Entretanto, a eficácia da lama da fábrica de papel na remoção de corantes aniônicos foi ligeiramente menor do que a dos carbonos ativos comerciais. Portanto, dado seu baixo custo, a lama da fábrica de papel ainda pode ser considerada um adsorvente eficiente para remoção de corantes da água.
Em conclusão, a adsorção de poluentes no caso dos ISBAs depende de vários fatores relacionados ao material precursor, bem como dos vários parâmetros relativos ao método de preparação. Estes fatores precisam ser estudados para obter a descontaminação da água mais eficaz possível.