A eficiência da remoção de íons de metais pesados ​​de águas residuais de eletropolimento industrial usando materiais naturais

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 17766 (2022) Citar este artigo

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Os metais pesados ​​estão presentes nas águas residuais geradas pelos setores industriais, representando uma ameaça ao meio ambiente, incluindo os recursos hídricos superficiais e subterrâneos. Com isto em mente, há um interesse crescente em encontrar métodos alternativos, mas eficazes, de remoção de íons de metais pesados ​​de águas residuais industriais. A sorção é uma das técnicas de fácil aplicação devido à simplicidade, alta eficiência, produção de pequenas quantidades de lodo, baixo investimento e viabilidade do processo em uma ampla faixa de pH e temperatura. Este artigo trata do tratamento de efluentes industriais provenientes do eletropolimento de aço inoxidável contendo altas concentrações de íons metálicos Fe(III), Cr(III), Ni(II) e Cu(II). Levando em consideração a eficácia, disponibilidade e aplicabilidade de biossorventes para águas residuais ácidas, cascas de laranja, algas, Eclipta alba e cascas de ovo foram selecionadas para o estudo. Foram realizados testes de sorção para Eclipta alba e os resultados obtidos mostraram melhor ajuste para o modelo cinético de segunda ordem (R2 > 0,99) e o modelo de isoterma de Langmuir (R2 > 0,99). A capacidade máxima de adsorção foi de 17,92 mg/g para mistura de íons metálicos. Foi estabelecido o potencial uso de cascas de ovos secas e calcinadas. Ambos os materiais alcançaram uma alta taxa de remoção de mais de 95%. O ferro e o cromo são removidos primeiro da solução (cerca de 100% e 90%, respectivamente), seguidos pelos íons de níquel e cobre. Medições de FT-IR e MEV com EDS utilizadas para caracterização de materiais, juntamente com testes laboratoriais com efluentes industriais reais, permitiram determinar seu mecanismo de ação. A área superficial específica foi determinada para todos os materiais testados e os valores foram: 1,63, 0,15 e 5,15 m2/g para Eclipta alba, cascas de ovos secas e cascas de ovos calcinadas, respectivamente. Os resultados fornecem motivos para otimismo na aplicação de materiais selecionados para tratamento de águas residuais industriais.

A poluição por metais pesados ​​tornou-se um sério problema ambiental que tem atraído cada vez mais atenção nos últimos anos. Os íons de metais pesados ​​estão entre os poluentes mais indesejáveis1,2. Muitos setores industriais geram águas residuais contaminadas com íons metálicos3,4,5,6,7,8,9, que em quantidades excessivas podem causar sérios danos ao meio ambiente. Um exemplo é a indústria de galvanoplastia, que libera águas residuais principalmente da produção e processamento de produtos metálicos. Uma das técnicas utilizadas para tratar aços inoxidáveis ​​é o eletropolimento10,11,12,13,14. Este processo visa alterar as propriedades superficiais de um objeto, a fim de melhorar seu valor estético, suavizando e tornando a superfície brilhante e ao mesmo tempo aumentando sua resistência à corrosão12,15,16,17,18,19. Este método tem muitas aplicações, incluindo indústrias alimentícias, automotivas e médicas20,21,22. Plantas típicas de galvanoplastia produzem grandes quantidades de águas residuais geradas durante o enxágue das peças de trabalho. Estas águas residuais contêm grandes quantidades de iões metálicos que excedem em muito os limites de qualidade para descarga de águas residuais industriais e devem, portanto, ser tratadas em estações de tratamento de águas residuais no local antes da descarga no sistema de esgotos devido à sua elevada toxicidade23.

As técnicas mais comumente utilizadas para remover íons metálicos tóxicos de águas poluídas e águas residuais incluem precipitação química, filtração por membrana, eletrocoagulação, sorção, troca iônica, etc.24,25,26. A precipitação química é o processo de formação de depósitos metálicos insolúveis pela reação de um agente precipitante, muitas vezes hidróxidos, com íons metálicos dissolvidos27. Esta técnica é atualmente o método de tratamento mais utilizado na indústria de galvanoplastia, onde o ajuste do pH para uma reação alcalina é usado para maximizar a precipitação de metais na forma de hidróxidos em águas residuais. O uso de hidróxidos no processo de precipitação é preferido devido à disponibilidade e ao baixo custo dos precipitantes na maioria dos países. Os precipitados metálicos gerados são recuperados por processos de separação de sólidos como coagulação e/ou sedimentação ou filtração, entre outros, e os metais podem ser extraídos28,29,30,31. As vantagens deste método são principalmente a sua simplicidade e baixo custo, enquanto as desvantagens incluem a lenta precipitação de metais, a geração de lamas excessivas que requerem tratamento adicional e os impactos ambientais a longo prazo associados à eliminação de lamas32.