Extração de Zn(II) e Cr(III) de soluções aquosas através de cloreto de trioctilmetilamónio

Abstract

A extração de metais pesados é, tradicionalmente, realizada utilizando solventes convencionais que apresentam algumas desvantagens entre as quais toxicidade, volatilidade e inflamabilidade. Como alternativa, neste trabalho pretende-se estudar a utilização de líquidos iónicos (ILs) como solventes alternativos. Neste trabalho, o objetivo é estudar a extração de Zn(II) e Cr(III) de soluções aquosas com recurso a cloreto de trioctilmetilamónio, [TOMA][Cl]. Para alcançar o objetivo, foi determinada a eficiência de extração (EE) e em particular a sua dependência do pH e da concentração inicial dos iões metálicos. Também a cinética de extração, a capacidade de loading do líquido iónico, e a influência de grupos funcionais presentes no IL ao longo do mecanismo de loading foram aspetos considerados neste estudo.A extração de Zn(II) com recurso a [TOMA][Cl] pode atingir eficiências de extração acima de 85%, para diferentes concentrações iniciais de metal tanto para o sal metálico de nitratos como de cloretos. Em alguns ensaios foram obtidos valores próximos de 100%. Verificou-se que o pH ótimo de extração é inferior a 2 e que nestas condições o tempo de contacto para atingir o equilíbrio entre as fases com uma concentração inicial de 1000 mg⸳L-1 do sal metálico Zn(NO3)2·6H2O, foi de 30 min.A determinação da capacidade de loading do [TOMA][Cl] para iões zinco divalente foi de 13543,1 mg⸳L-1 para uma concentração inicial de 1000 mgL-1 e 25 ºC. As eficiências de extração do 1º e 25º ciclos foram de 95,4 e 19,3%, respetivamente. A 50 ºC, a capacidade de loading máxima foi de 7971,7 mg⸳L-1 ao fim de 12 ciclos. As eficiências de extração no 1º e no 12º ciclos foram de 96,9 e 28,6%.De acordo com a espectrometria FTIR foi possível identificar os grupos funcionais do [TOMA][Cl] que interacionam com as espécies da fase aquosa, e desta forma foram selecionados da literatura mecanismos de equilíbrio que melhor explicam o comportamento observado.No estudo da extração de Cr(III) com recurso a [TOMA][Cl] as eficiências de extração foram praticamente nulas na gama de pH testada.No estudo da extração da mistura dos iões Zn(II) e Cr(III) com recurso a [TOMA][Cl] a eficiência de extração do Zn(II) foi próxima de 100% e a do Cr(III) próxima de zero, em toda a gama de pH estudada (1,5 a 5,5). Estes resultados mostram que o [TOMA][Cl] tem elevada seletividade para o Zn(II) face ao Cr(III), podendo ser usado para separar estes metais de uma corrente aquosa. Este resultado é importante dado que na literatura não foi reportado nenhum estudo semelhante.

The extraction of heavy metal is, traditionally, realized using conventional solvents that show some disavantages including toxicity, volatility and inflammability. As na alternative, this work intends to study the use of ionci liquids (ILs) as alternative solventes. In this work the objective is to study the extration of Zn(II) and Cr(III) from aqueous solutions resourcing an ionic liquid, the trioctylmethylammonium chloride [TOMA[[C1]. To archieve the objective, it was determined the extraction efficiency (EE) and in particular its dependence of the pH and the inicial concentration of the metalic ions. Also the extraction kinetics, the loading capacity of the ionic liquid, and the influence of funtional groups presente in the IL along the loading mechanism were aspects considerated in this study.The extraction of Zn(II) resourcing to [TOMA][C1] can archieve extraction efficiencies above 85%, for different initial concentraions of both metal and metallic salt of nitrates and of chlorides. In somo experiments were obtained values close to 100%. It is verified that the optimal pH of exctration is below 2 and that in this conditions and the contact time can reach a balance between the fases with a initial concentration of 1 000 mg L-1 of the metallic salt Zn(NO3)2·6H2O, was 30 minutes.The determination of the loading capacity of [TOMA][Cl] to zinc ions divalent was 13543,1 mg⸳L-1 for a initial concentration of 1000 mgL-1 and 25ºC. The extraction efficiencies of the first and the twenty-fifth cicles was 95,4% and 19,3% respectively. At 50ºC the maximum loading capacity was de 7971,7 mg⸳L-1 to the end of 12 cicles. The extraction efficiencies in the first and twelfth cicles was 96,9 and 28,6%.According to the spectrometry FTIR it was possible to identify the functional groups of [TOMA][Cl] that interact with the species from the aquous fase, and in this way were selected balance mechanisms from the literatute that better explain the observed behavior. In the study of the extraction of Cr(III) resourcing to [TOMA][Cl] the extraction efficiencies were virtually null in the tested pH range.In the study of extraction of the ion mixture Zn(II) e Cr(III) resourcing to [TOMA][Cl] the extraction efficiency of the Zn(II) was about 100% and the Cr(III) was close to null, in all the pH range studied (1,5 to 5,5). These results show that the [TOMA][Cl] has high selectivity to the Zn(II) compared to Cr(III) that can be used to separate these metals from na aqueous stream. This result is importante given that in the literature no similar study was enunciated.