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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Ferreira, Odair Pastor
Título: Desenvolvimento de Materiais Porosos Bidimensionais, à Base de Al e M (Zn, Mg), para Uso na Remediação de Efluentes de Indústrias Têxteis
Ano: 2001
Orientador: Prof. Dr. Oswaldo Luiz Alves
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: Hidróxidos duplos lamelares, Intercalação de corantes aniônicos, Efluente têxtil, Adsorção
Resumo: O despejo, sem tratamentos prévios, de resíduos têxteis contendo elevado teor de corantes nos rios, pode provocar vários problemas ao ambiente aquático, incluindo o problema estético e contaminar os mananciais com corantes e seus produtos de degradação. Uma vez que não há um método universal para a remoção da cor dos efluentes têxteis, tecnologias eficientes e de baixo custo para a remediação de tais efluentes têm sido extensivamente pesquisadas. Os Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) são materiais porosos bidimensionais que pertencem à família das argilas aniônicas. Apresentam fórmula geral, M xMy(OH)2x+3y-nz(A)z.tH20, onde M e M são metais di e trivalentes e A é um ânion. Possuem camadas tipo brucita carregadas positivamente, levando à necessidade de ânions interlamelares para compensar tais cargas. Na superficie externa dos HDL também existem cargas positivas residuais. Portanto, tais materiais podem atuar como um sorvente de espécies aniônicas solubilizadas em água e que podem trazer algum risco para o meio ambiente. Neste trabalho, há um interesse específico pelos corantes aniônicos utilizados na indústria têxtil pertencentes à classe dos Corantes Reativos. Os HDL foram sintetizados contendo Al como cátion trivalente e Mg ou Zn como cátions divalentes, sendo o NO3 o ânion da região interlamelar (sistemas[Mg-Al-NO3] e [Zn-Al-NO3]), com razão M/Al próxima de 2. As sínteses foram realizadas com diferentes tempos de envelhecimento dos precipitados, visando a obtenção de materiais com diferentes características quanto à cristalinidade e área superficial. Primeiramente, os HDL foram utilizados como matrizes hospedeiras para a intercalação de dois corantes aniônicos, Azul Reativo 19 e Vermelho Reativo 195, via troca iônica. Obteve-se compostos de intercalação semente para o primeiro, onde buscou-se investigar a natureza das interações hospedeiro-convidado nestes sistemas. Entretanto, o corante Vermelho Reativo 195 foi somente adsorvido na superficie externa do HDL. Compostos de intercalação com Azul Reativo 19 também foram obtidos a partir dos óxidos mistos formados na calcinação do HDL contendo carbonato na região interlamelar. Tal procedimento foi possível devido ao "efeito memória" apresentado por estes materiais, cuja reconstrução estrutural pode permitir a reciclagem da matriz porosa no processo de sorção. As interações do corante Azul Reativo 19 com a superfície externa dos HDL foram estudadas através de isotermas de adsorção. As isotermas obtidas foram do tipo H-2 (alta afinidade) e seguem muito bem o modelo de Langmuir. O mecanismo proposto para a adsorção foi uma troca iônica superficial. O HDL contendo Mg e Al quando aplicado na amostra real do efluente têxtil (efluente contendo corante reativo e sulfuroso) reduziu drasticamente a cor (eficiência acima de 98%). Além da redução da coloração, houve redução do pH, da concentração de carbono orgânico total (COT) e da demanda química de oxigênio (DQO). O processo de descoloração foi, principalmente, através da adsorção do corante na superfície externa do HDL, pois a região interlamelar (ocupada por ânions) não contribui para a redução da cor. A reciclabilidade do HDL utilizado na remediação da cor foi avaliada. Foram possíveis no mínimo cinco ciclos de adsorção/decomposição térmica/adsorção sem ocorrer a "saturação" do adsorvente. O processo de descoloração do efluente na reciclagem também foi através da adsorção do corante na superfície externa do HDL, que reconstruiu sua estrutura a partir do óxido misto formado na decomposição térmica do sistema HDL/corante.
Abstract: The wastewater from textile industries usually has high contents of dyes and has been discharged into the rivers, without previous treatment. This action may cause several problems to the aquatic environment, including the aesthetic effect and the contamination of the water sources by dyes themselves and by their products of biodegradation. As long as there are no universally useful methods available for color removal of textile effluents, efficient and low cost technologies for remediation of dyes in these effluents have been extensively studied. The Layered Double Hydroxides (LDHs) are bidimensional porous materials belonging to the class of anionic clays and present the general formula MxMy(OH)2x+3y-nz (A)z. tH2O, where M and M are di and trivalent metal ions, respectively, and A is an anion. They exhibit positively charged brucite-like layers which are neutralized by the interlayer anions. Their external surface also exhibits residual positive charges. Thus, these materials can be used as sorbents for anionic species which eventually could bring some damage to the aquatic environment. In this work there is a specific interest in the anionic dyes belonging to the class of Reactive Dyes. The LDHs were synthesized using Al as trivalent metal, Mg or Zn as divalent metals and nitrate as counter anion (systems [Mg-Al-NO3] and [Zn-Al-NO3]). M/Al molar ratio values in the synthesized materials were found to be close to two. The syntheses were performed varying the time interval for aging the LDH precipitates, with the aim of producing materials with different degrees of crystalinity and specific surface area. Firstly, the LDHs were used as host matrices in the intercalation processes of two anionic dyes, Reactive Blue 19 and Reactive Red 195, via anion exchange. Only the former was really intercalated in these matrices and the nature of host-guest interactions were investigated. On the other hand, the latter was just adsorbed on the external surface of the host. The Reactive Blue 19 intercalation compounds were also obtained from the mixed oxide prepared by the thermal decomposition of the carbonate LDH. This procedure was feasible due to the "memory effect" showed by these matrices, whose structural reconstruction can permit their recycle in the sorption process. The interactions between the Reactive Blue 19 dye and the external surface of LDHs were studied by adsorption isotherms. These isotherms were of the H-2 type and fitted the Langmuir equation model, indicating a mechanism of adsorption based on a external anion exchange. The application of the LDH containing Mg and Al to treat a textile effluent sample (containing sulfur and reactive dyes) allowed to reduce the dye concentration with an efficiency of 98 %. Decreases of the pH, of the total organic carbon (TOC) and of the chemical oxygen demand (COD) were also observed. The mechanism of color removal from textile effluent was based mainly in the adsorption of the dye on the LDH external surface since the interlayer region, occupied by anions, does not contribute to the color removal. The recyclability of the LDH for remediation of dye in textile effluent was evaluated. The results showed that the "saturation" of the adsorbent does not occur before at least five adsorption/thermal decomposition/adsorption cycles. The mechanism for color removal of the effluent in the recycle was also identified as an adsorption process of the dye on the external surface of the LDH, which has been structurally reconstructed from the mixed oxide obtained by the thermal decomposition of the preformed LDH/dye system, due to the "memory effect".
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