Investigação da capacidade adsortiva de nanopartículas magnéticas híbridas modificadas com L-cisteína na remoção de chumbo de soluções aquosas

Abstract

A contaminação dos recursos hídricos por chumbo tornou-se a principal forma de poluição por metais potencialmente tóxicos em todo o mundo, representando mais de cem mil mortes anualmente. Devido ao uso inapropriado de materiais à base de chumbo, águas residuais e esgotos contendo rejeitos de chumbo acabam sendo lançados no meio aquático, causando sérios problemas do ponto de vista ambiental e de saúde. Devido à sua natureza não biodegradável, diferentes formas de chumbo acumulam-se nos ecossistemas e, por meio das cadeias alimentares, é transferido a diversos animais. Até em quantidades extremamente baixas, o chumbo pode apresentar riscos ao ser humano e ao meio ambiente. Objetivando proteger as pessoas e o meio ambiente, intensificou-se a busca por técnicas de remoção de chumbo de águas residuais para que seus teores se adequem às normas vigentes. O presente estudo propõe a utilização de nanopartículas híbridas bimagnéticas do tipo core@shell, compostas por ferrita de cobalto (núcleo) revestida de maguemita (casca), recobertas por uma camada superficial de L-cisteína (CoFe2O4@ɣ-Fe2O3@Cys) para a remoção de chumbo (Pb2+) de soluções aquosas. Amostras de nanoadsorventes de dois tamanhos médios distintos foram elaborados pelo método de coprecipitação por via úmida em meio alcalino, seguido de tratamento superficial com Fe(NO3)3. A modificação da superfície foi realizada misturando as nanopartículas e L-cisteína em uma solução metanol / água. Difratometria de raios X e experimentos de MET foram utilizados para determinar o tamanho médio cristalino das nanopartículas precursoras (PACo = 13,5 nm e PACoM = 7,9 nm) e dos nanoadsorventes (PACo@Cys = 14,1 nm e PACoM@Cys = 7,9 nm) e medidas de FTIR foram usadas para evidenciar a modificação da superfície. A influência do pH, tempo de contato e concentração inicial de Pb (II) foram avaliadas a partir de estudos em batelada usando 1,33 g / L de nanoadsorvente e as condições ótimas encontradas para maximizar a eficiência do processo de adsorção foram: pH = 5; tempo de contato = 120 min e concentração inicial de chumbo = 2,5 mg/L. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram aplicados para avaliar a capacidade máxima de adsorção e as características do processo de adsorção. Os dados de cinética dos

estudos em batelada foram analisados com modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo- segunda ordem para avaliar o tempo de equilíbrio e as constantes cinéticas. O processo de

adsorção foi melhor ajustado pela isoterma de Langmuir e quanto a cinética pelo modelo de pseudo-segunda ordem. A capacidade de adsorção encontrada é de 1,16 mg/g para PACo@Cys e 1,11 mg/g para PACoM@Cys. Por fim, os nanoasdorventes utilizados passaram por processo de dessorção para recuperação e posterior reutilização e a capacidade de recuperação obtida é 72,2% para PACo@Cys e 88,8% para PACoM@Cys.