Degradação de corante têxtil por nanopartículas bimetálicas à base de Fe/Ni em suporte de esferas de quitosana utilizando reator de leito fluidizado

Abstract

Neste trabalho, estudou-se a degradação do corante Vermelho Direto 80 (VD-80) por nanopartículas à base de ferro e níquel (NP Fe/Ni) em suporte utilizando reator de leito fluidizado (FBR). Inicialmente, o suporte das NP Fe/Ni em sílica, em bentonita e em esferas de quitosana (EQ) foi avaliado. O material gerado pelo suporte em EQ (EQ-Fe/Ni) apresentou características mais vantajosas para utilização em FBR, como distribuição de tamanho estreita e maior resistência mecânica que os demais. No entanto, devido à elevada lixiviação de material por parte das EQ-Fe/Ni no sistema em condições de aplicação e a sua instabilidade química, foram propostas três metodologias para otimização do seu preparo, nomeadas “Vias A, B e C”. As principais diferenças entre as metodologias foram: (i) o emprego ou não de uma etapa prévia de secagem das EQ, (ii) o tempo de contato das EQ com os metais antes da redução química e (iii) a forma de separação dos materiais do meio líquido pós suporte. As EQ-Fe/Ni produzidas pela “Via C”, por apresentarem baixa lixiviação de Fe e Ni para o meio, alta estabilidade química e comportamento hidrodinâmico estável, foram utilizadas nos estudos de degradação do VD-80. O efeito das variáveis pH inicial (4, 7 e 10) e dose de EQ-Fe/Ni (20, 35 e 50 g L -1 ) na remoção do VD-80, em ensaios em batelada, foi estudado por meio de um planejamento fatorial 22, com repetições no ponto central. A remoção foi monitorada por espectrofotometria de absorção molecular UV/Vis, sendo as amostras analisadas sem e com ajuste prévio de pH (7,6). Foram observadas remoções da ordem de 45,6-98,9% (pH 7,6), e, 32,9-71,4% (pH sem ajuste) após 22 h de reação. Foi verificado que a remoção ocorreu tanto por adsorção como degradação. Pela análise de variância do planejamento fatorial, foi determinado que a dose foi a única variável que afetou significativamente a remoção. Portanto, não se ajustou o pH inicial no ensaio de degradação utilizando o FBR. Os valores de velocidade mínima de fluidização calculados teoricamente apresentaram desvios relativos da ordem de 5,58-41,86% em relação ao experimental. A remoção do VD-80 no FBR atingiu aproximadamente 38% após 2,5 h de reação e foi superior a 60% ao final de 22h, resultando em baixa geração de lodo residual e baixa lixiviação de Fe e Ni para o meio.

In this work, the Red Direct 80 dye (DR-80) degradation by iron and nickel bimetallic nanoparticles (Fe/Ni-NP) supported chitosan beads using fluidized bed reactor (FBR) was studied. Initially, the Fe/Ni-NP support on silica, bentonite and chitosan beads (CB) was evaluated. The material generated by the Fe/Ni-NP support on CB (Fe/Ni-CB) presented more advantageous characteristics for use in FBRs, such as narrow size distribution and greater mechanical resistance than the others did. However, due to its high leaching of material in the system under application conditions and its chemical instability, three methodologies were proposed to optimize the Fe/Ni-CB preparation, named "Pathways A, B and C". The main differences between the methodologies were: (i) the use or not of a previous drying stage of the CB, (ii) the contact time of the CB with the metals before the chemical reduction and (iii) the separation of the material from the liquid medium after the support. The Fe/Ni-CB produced by "Pathway C", due to its low leaching of Fe and Ni to the medium, high chemical stability and stable hydrodynamic behavior, were used in the DR-80 degradation studies. The study of the initial pH (4, 7 and 10) and Fe/Ni-CB dose (20, 35 and 50 g L -1 ) effects on DR-80 removal was performed in batch assays, part of a 22 factorial design with repetitions in the central point. The DR-80 removal was monitored by UV/Vis molecular absorption spectrophotometry, and the samples were analyzed without and with pH adjustment (7.6). Removal values of the order of 45.6-98.9% (pH 7.6), and, 32.9-71.4% (without pH adjustment) were observed after 22 h of reaction. It was found that the removal occurred by both adsorption and degradation. The analysis of variance of the factorial design determined the Fe/Ni-CB dose was the only variable that significantly affected the DR-80 removal. Therefore, the initial pH was not adjusted in the degradation assay using the FBR. The minimum fluidization velocity values theoretically calculated presented relative deviations of the order of 5,58-41,86% in relation to the value determined experimentally. The DR-80 removal in the FBR reached approximately 38% after 2.5 h of reaction and was higher than 60% at the end of 22h, resulting in low residual sludge generation and low Fe and Ni leaching into the medium.