Síntese de adsorventes à base de lantânio ativados por CO2 para a remoção de fluoretos

Abstract

Resumo: Neste projeto foi utilizado um adsorvente à base de lantânio para a adsorção de fluoretos em solução aquosa. O adsorvente foi obtido a partir da funcionalização do sabugo de milho com lantânio. A biomassa funcionalizada foi exposta a atmosfera de CO2 por 2, 6 e 24 horas para ativação. Posteriormente, foram obtidas isotermas de adsorção de flúor a 20, 30 e 40 °C. As capacidades de adsorção variaram entre 3,82 e 13,21 mg/g e foram diretamente proporcionais ao tempo de ativação, sugerindo que o CO2 fornece sítios oxigenados que favorecem a remoção de fluoretos. As capacidades de adsorção obtidas a 30 e 40 °C foram superiores em até 18-75% e 23-102%, respectivamente, em comparação com as obtidas a 20 °C. Esse comportamento indica que o processo de adsorção é de natureza endotérmica. Em temperaturas mais elevadas, os íons fluoreto na solução possuem maior energia para interagir com os sítios de adsorção, facilitando a mesma na superfície do adsorvente. Esta informação foi consistente com a mudança na entalpia que variou entre 7,3 e 28,9 kJ/mol e indicou que o processo de adsorção é de natureza física. Os dados experimentais foram correlacionados de maneira satisfatória com as isotermas de Langmuir, Freundlich e Sips. Contudo, o modelo de Sips descreve melhor o processo de adsorção. Os adsorventes foram caracterizados antes e depois do processo de adsorção. Os resultados destas análises indicaram que os grupos hidroxila e carbonato presentes na superfície do adsorvente desempenham um papel importante na remoção do contaminante de interesse. A estrutura cristalina do hidróxido carbonato de lantânio foi identificada nos diferentes adsorventes sintetizados e na do fluoreto carbonato de lantânio após o processo de adsorção. Finalmente, as informações obtidas indicam que o sabugo de milho pode ser um bom precursor para a síntese de adsorventes que podem ser utilizados na remoção de contaminantes geogênicos

Abstract: In this study, a lanthanum-based adsorbent was used for the adsorption of fluoride from aqueous solution. The adsorbent was obtained from the functionalization of corn cob with lanthanum. The functionalized biomass was exposed to a CO2 atmosphere for 2, 6 and 24 h its activation. Subsequently, fluoride adsorption isotherms were obtained at 20, 30 and 40 °C. The adsorption capacities ranged from 3.82 to 13.21 mg/g and were directly proportional to the activation time, suggesting that CO2 provides oxygenated sites that favor the removal of fluoride ions. The adsorption capacities obtained at 30 and 40 °C were higher up to 18-75 and 23-102% than those obtained at 20 °C, respectively. This behavior indicates that the adsorption process is endothermic in nature. With the raise in the temperature, the fluoride ions present in the aqueous phase have more energy to interact with the adsorption sites from adsorbent surface, facilitating their adsorption. This information was consistent with the change in the enthalpy, which ranged between 7.3 and 28.9 kJ/mol and indicated that the adsorption process is physical in nature. The experimental data were satisfactorily correlated with the Langmuir, Freundlich, and Sips isotherms. However, the Sips model better describes the adsorption process. The adsorbents were characterized before and after the adsorption process. The results of these analyzes indicated that the hydroxyl and carbonate groups present on the adsorbent surface play a significant role in the removal of fluoride ions. The crystalline structure of the lanthanum hydroxide carbonate was identified in all the synthetized adsorbents, while that ascribed to lanthanum fluoride carbonate was found after fluoride uptake. Finally, the obtained information indicates that corn cob can be a suitable precursor for the synthesis of adsorbents that can be used in the removal of geogenic contaminants

Resumen: En el presente proyecto se empleó un adsorbente a base de lantano para la adsorción fluoruros en solución acuosa. El adsorbente se obtuvo a partir de la funcionalización del olote de maíz con lantano. La biomasa funcionalizada se expuso a una atmósfera de CO2 durante 2, 6 y 24 h para su activación. Posteriormente, se obtuvieron isotermas de adsorción de fluoruros a 20, 30 y 40 °C. Las capacidades de adsorción oscilaron entre 3.82 y 13.21 mg/g y fueron directamente proporcionales al tiempo de activación, lo que sugiere que el CO2 proporciona sitios oxigenados que favorecen la remoción de los fluoruros. Las capacidades de adsorción obtenidas a 30 y 40 °C fueron superiores hasta en un 18-75 y 23-102 %, respectivamente, con respecto a las obtenidas a 20 °C. Este comportamiento indica que el proceso de adsorción es de carácter endotérmico. A temperaturas más altas, los iones de fluoruros en la solución tienen una mayor energía para interactuar con los sitios de adsorción, lo que facilita su adsorción en la superficie del adsorbente. Esta información fue consistente con el cambio en la entalpia la cual osciló entre 7.3 y 28.9 kJ/mol e indicó que el proceso de adsorción es de naturaleza física. Los datos experimentales fueron correlacionados satisfactoriamente con las isotermas de Langmuir, Freundlich y Sips. No obstante, el modelo de Sips describe mejor el proceso de adsorción. Los adsorbentes se caracterizaron antes y después del proceso de adsorción. Los resultados de estos análisis indicaron que los grupos hidroxilo y carbonato presentes en la superficie del adsorbente juegan un rol importante en la remoción del contaminante de interés. Se identificó la estructura cristalina del carbonato hidróxido de lantano en los diferentes adsorbentes sintetizados y la del carbonato fluoruro de lantano después del proceso de adsorción. Finalmente, la información obtenida indica que el olote puede ser un buen precursor para la síntesis de adsorbentes que pueden utilizarse en la remoción de contaminantes geogénicos