Recuperação de metais pesados de efluentes industriais por resinas de permuta iónica impregnadas com líquidos iónicos

Abstract

Atualmente políticas ambientais cada vez mais restritivas obrigam ao desenvolvimento de sistemas de remoção de metais pesados cada vez mais eficientes. Os líquidos iónicos (ILs) são uma nova classe de solventes que oferecem oportunidades únicas como alternativas ambientalmente sustentáveis aos processos químicos tradicionais no tratamento de efluentes industriais. O presente trabalho investiga a adsorção de iões de Cr (III) e Cd (II) usando a resina Amberlite XAD-7 impregnada com os líquidos iónicos (ILs) butilmetilimidazólio tetrafluoroborato (Bmim BF4) e butilmetilimidazólio hexafluorofosfato (Bmim PF6), bem como com a mistura dos ILs + agente extratante comercial (Cyanex 272). Foi estudada a influência de vários parâmetros operatórios (pH, quantidade de resina, concentração inicial dos metais, tempo de contato e temperatura) que influenciam a capacidade de adsorção da resina XAD-4 com o IL e a resina XAD-4 com IL+ Cyanex 272, na remoção de iões de crómio e cádmio em soluções aquosas. A impregnação dos ILs e do Cyanex na resina Amberlite XAD-4 foi confirmada qualitativamente pelas técnicas de FTIR e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). No estudo da resina impregnada com IL Bmim BF4 + Cyanex 272 verificou-se ser a mais eficiente na extração de crómio, a pH 5. Na extração de cádmio foi estudado principalmente o IL Bmim BF4, pois apresenta melhores eficiências de extração que o IL Bmim PF6. Os resultados mostraram que o equilíbrio de adsorção no sistemas Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 foi atingido entre 40 e 60 min. O modelo cinético de pseudo segunda ordem é o que descreve melhor a cinética de adsorção. As isotérmicas de adsorção de Langmuir mostram que a capacidade máxima de adsorção para o sistema Cr (III)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 + Cyanex foi de 8.8 mg/g a 50°C; para o sistema Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 foi de 28.3 mg/g a 25°C; e para o sistema Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 + Cyanex foi de 44 mg/g a 25°C. Estudos termodinâmicos permitiram concluir que a adsorção de crómio pela resina impregnada é de natureza endotérmica, já a adsorção de cádmio é de natureza exotérmica.

Currently increasingly restrictive environmental policies require the development of more effective systems for the removal of heavy metals from aqueous solutions. Ionic liquids (ILs) are a new class of solvents that offers unique opportunities as environmentally friendly alternatives to traditional chemical processes in the treatment of industrial effluents. The present study investigates the adsorption of Cr (III) and Cd (II) ions into a synthetic resin (Amberlite XAD-7) impregnated with a butyl-methylimidazolium tetrafluoroborate ionic liquid (Bmim BF4) or a butyl methylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquid (Bmim PF6), as well with the mixture of commercial ILs and extractant agent (Cyanex 272). The influence of various operating parameters (pH, amount of resin, initial concentrations of the metals, contact time and temperature) on the adsorption capacity of XAD-4 resin IL and XAD-4 resin IL + Cyanex 272 towards to removal of chromium and cadmium ions from aqueous solutions was investigated. The impregnation of ILs and Cyanex on Amberlite XAD-4 resin was confirmed qualitatively by FTIR and scanning electron microscope (SEM) techniques. In the study concerning to resin impregnated with IL Bmim + BF4 with Cyanex 272, it was found to be the most effective in chromium extraction at pH 5. The cadmium extraction was studied mostly with IL Bmim BF4, since it presents better extraction efficiencies than IL Bmim PF6. The results showed that the adsorption equilibrium for the system Cd (II) / Amberlite XAD-4 Bmim BF4 was reached between 40 and 60 min. Moreover, it was observed that the pseudo second order kinetic model is one that better describes the adsorption kinetics. The Langmuir adsorption isotherm enabled to get maximum adsorption capacities corresponding to 8.8, 28.3 and 44 mg/g for the systems Cr (III)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 + Cyanex (at 50 °C), Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 (at 25 °C) and Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 + Cyanex (at 25 °C). Thermodynamic studies have concluded that the chromium adsorption with the impregnated resin is endothermic process, but the adsorption of cadmium presents an exothermic nature.