Preparo e avaliação do hidróxido duplo lamelar de cálcio e alumínio na remoção de cobre(II), níquel(II), zinco(II) e cromo(VI) de solução aquosa

Abstract

O presente trabalho avaliou a aplicação do hidróxido duplo lamelar (HDL) de cálcio e alumínio (Hidrocalumita, HC) na remoção dos íons metálicos Cu2+, Ni2+ e Zn2+, por meio do processo de reconstrução lamelar com base no método de precipitação química. A hidrocalumita obtida neste estudo foi sintetizada pelo método de coprecipitação em diferentes proporções de cálcio e alumínio (Ca:Al), sendo que a proporção de 4:1 (4HC) apresentou o melhor resultado na remoção dos cátions metálicos da solução aquosa. A 4HC mostrou-se adequada para ser utilizada na remoção dos cátions metálicos em soluções aquosas com valores de pH acima de 3. Os experimentos feitos com 1,0 g L-1 de 4HC e com soluções separadas de 300 mg L-1 de Cu2+, Ni2+ e Zn2+, possibilitou obter uma remoção de 100 % dos metais. Nos estudos de cinética verificou-se que em um tempo de 10 minutos atingiram-se valores de remoção para o Cu2+, Ni2+ e Zn2+ na ordem de 87,6; 97,2 e 77,5 %, sendo que neste tempo a solução atingiu valores de pH próximos a 9,0; 10,5 e 11,0, respectivamente. O pH da solução foi diminuindo com o tempo, onde atingiu o valor próximo a 7,0 em um tempo 420 minutos. A caracterização por difração de raio-x e espectrofotometria na região do infravermelho dos HDLs de CuAl, NiAl e ZnAl obtidos no final do processo de remoção (pH 7,0), possibilitou verificar que os HDLs formados apresentam estruturas lamelares e contem como ânion interlamelar o íon carbonato (CO32-). A construção de curvas de precipitação para a remoção dos cátions metálicos pela 4HC, possibilitou verificar que ocorre uma troca equimolar entre o cálcio e os cátions Cu2+, Ni2+ e Zn2+ da solução. A capacidade de remoção utilizando a 4HC foi de 444,8; 410,0 e 412,0 mg g-1 para o cobre, níquel e zinco, respectivamente, sendo superior a outros trabalhos que envolvem a adsorção na remoção desses metais. Os estudos de competição entre os metais Cu2+, Ni2+ e Zn2+ foram feitos com uma solução contendo 200 mg L-1 de cada metal, onde determinou-se que, na reconstrução lamelar, a troca do cálcio da 4HC pelos metais segue a seguinte ordem de preferência: Cu2+ >> Zn2+ ≅ Ni2+. O processo de reconstrução lamelar com a 4HC foi avaliado na remoção de oxiânions. Neste estudo foram preparadas soluções de 200 mg L-1 de íons Cr(VI) contendo separadamente 400 mg L-1 de cada um dos cátions Cu2+, Ni2+ ou Zn2+. A reconstrução lamelar utilizando a 4HC com os íons metálicos em solução formaram os HDLs de CuAl, NiAl e ZnAl, que possibilitaram realizar a adsorção do íons Cr(VI) com uma capacidade de remoção de 120,0; 113,0; 103,0 mg g-1, respectivamente. A 4HC quando utilizada com a solução contendo apenas 200 mg L-1 de íon Cr(VI), apresentou uma capacidade de remoção de 28,0 mg g-1. A hidrocalumita (4HC) pode ser utilizada com sucesso na remoção dos cátions Cu2+, Ni2+ e Zn2+ e de oxiânions (Cr(VI)) pelos HDLs formados no processo de reconstrução lamelar com base no método de precipitação química.

This study evaluated the application of the layered double hydroxide (LDH) of calcium and aluminum (Hydrocalumite, HC) in the removal of metal Cu 2+, Ni2+ and Zn2+ ions, by means of layered reconstruction process based on the chemical precipitation method. The hydrocalumite obtained in this study was synthesized by coprecipitation method in different proportions of aluminum and calcium (Ca: Al), with the ratio of 4:1 (4HC) showed the best result in the removal of metal cations from aqueous solution. The 4HC proved to be suitable for use in the removal of metal ions in aqueous solutions with pH values above 3. The experiments made with 1.0 g L-1 of 4HC and separate solutions of 300 mg L-1 Cu2+, Ni2+ and Zn2+, possible to get a 100% removal of metals. In kinetic studies it was found that in a 10 minute time is reached, removal values for Cu2+, Ni2+ and Zn2+ on the order of 87,6; 97,2 and 77,5%, and this time the solution reached pH close to 9.0; 10.5 and 11.0, respectively. The pH of the solution decreased with time, which reached a value close to 7,0 at a time of 420 minutes. The characterization by x-ray diffraction and infrared spectrophotometry in the region of LDHs CuAl, NiAl and ZnAl obtained at the end of the removal process (pH 7,0), allowed to verify that the lamellar structures formed LDHs present and contains as interlayer anion the carbonate ion (CO32-). The construction of precipitation curves for the removal of metal cations by 4HC, it is possible to verify an equimolar exchange between the calcium and the Cu2+, Ni2+ and Zn2+ cations into the solution. The removal capacity using 4HC was 444,8; 410,0 and 412,0 mg g-1 for copper, nickel and zinc, respectively, higher than other jobs involving adsorption in removing these metals. The competition studies between Cu2+ metal, Ni2+ and Zn2+ were made with a solution containing 200 mg L-1 of each metal where it has been determined that in the lamellar reconstruction, the exchange of calcium of 4HC by metals follows the following order preferably: Cu2+ >> Zn2+ ≅ Ni2+. The lamellar reconstruction process with 4HC was evaluated in the removal of oxyanions. In this study, solutions were prepared of 200 mg L -1 Cr(VI) ion separately containing 400 mg L-1 of each of the Cu2+, Ni2+ or Zn2+ cations. The layered reconstruction using 4HC with the metal ions in the solution formed LDHs of CuAl, NiAl and ZnAl, which make it possible adsorption of Cr(VI) ions with a removal capacity 120,0; 113,0; 103,0 mg g-1, respectively. The 4HC when used with the solution containing only 200 mg L-1 of Cr(VI) ion showed a removal capacity of 28,0 mg g-1. The hydrocalumite (4HC) can be successfully used in the removal of the Cu2+, Ni2+ and Zn2+ cations and (Cr(VI)) oxyanions by LDHs formed in the layered reconstruction process based on the chemical precipitation method.