Pesquisa sobre o desempenho do coque azul modificado na adsorção de cromo hexavalente

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7223 (2023) Citar este artigo

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Para resolver o problema da contaminação por cromo hexavalente (Cr(VI)) em corpos d'água, o pó de coque azul (LC) foi quimicamente alterado usando hidróxido de potássio para criar o material modificado (GLC), que foi então usado para tratar um Cr(VI). -contendo solução de águas residuais. As diferenças entre as características de adsorção do coque azul modificado e não modificado para Cr(VI) foram estudadas, e o impacto do pH, da concentração inicial da solução e do período de adsorção no desempenho de adsorção do GLC foi investigado. O comportamento de adsorção do GLC foi analisado utilizando modelos de adsorção isotérmica, modelos cinéticos e análise termodinâmica de adsorção. O mecanismo de adsorção de Cr (VI) pelo GLC foi investigado usando técnicas de caracterização como Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Microscópio Eletrônico de Varredura de Emissão de Campo (FE-SEM), Difração de Raios X (XRD) e Fotoelétron de Raios X. Espectroscopia (XPS). Com a maior diferença na taxa de remoção em pH = 2, que foi 2,42 vezes maior que a do LC, os experimentos de adsorção em lote revelaram que, sob as mesmas condições de adsorção, o GLC sempre teve um desempenho melhor que o LC. Com uma área superficial específica três vezes maior que a do LC e um diâmetro médio de poro 0,67 vezes maior que o do LC, o GLC tinha uma estrutura mais porosa que o LC. A alteração aumentou significativamente o número de hidroxilas na superfície do GLC, alterando a composição estrutural do LC. O pH ideal para remoção de Cr(VI) foi 2, e a dosagem ideal do adsorvente GLC foi 2,0 g/L. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem (PSO) e o modelo Redlich-Peterson (RP) podem descrever efetivamente o comportamento de adsorção do GLC para Cr (VI). A adsorção física e química trabalham juntas para remover Cr (VI) por GLC em um processo espontâneo, exotérmico e de aumento de entropia, com processos de oxidação-redução desempenhando um papel fundamental. GLC é um adsorvente potente que pode ser usado para remover Cr(VI) de soluções aquosas.

Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da indústria, da agricultura e da urbanização, as questões de protecção ambiental suscitaram uma ampla preocupação pública1. O cromo, um importante material industrial, é amplamente utilizado em processos como fabricação de papel, galvanoplastia, fabricação de corantes, curtimento de couro e pintura2,3. Se grandes quantidades de resíduos contendo cromo forem lançadas no meio ambiente, poderá ocorrer grave poluição ambiental. O cromo existe principalmente na natureza na forma de Cr(VI) e Cr(III)4. Cr(VI), como Cr2O72− e HCr2O7−, é altamente tóxico e móvel, enquanto Cr(III) tem baixa solubilidade em água, baixa mobilidade de fluxo e bioliberação5,6. O principal alvo do manejo da poluição por cromo é o Cr(VI), que tende a se acumular no corpo humano durante o processo metabólico e pode causar uma série de problemas de saúde, como irritação de pele e câncer de pulmão7,8. Para resolver os problemas causados ​​pela poluição por Cr(VI), os pesquisadores desenvolveram vários métodos para tratar o Cr(VI), incluindo redução química, adsorção, biorremediação, eletrocoagulação, etc.9. Dentre elas, a adsorção tem atraído muita atenção devido às suas vantagens como economia, alta eficiência e viabilidade10. Materiais de carbono como adsorventes têm sido amplamente utilizados para remover metais pesados ​​devido à sua elevada área superficial, grupos funcionais abundantes e boa estabilidade química5.

Considerando a sustentabilidade e a conservação, um adsorvente de carbono com boa relação custo-benefício, como os resíduos industriais acessíveis, é uma escolha prática para o tratamento de águas residuais11. O coque azul, um tipo de semicoque produzido pela pirólise de carvão não aglomerante ou fracamente endurecido com um componente altamente volátil a baixas temperaturas12, é o produto da utilização limpa do carvão12. Tem sido amplamente utilizado como redutor para a fabricação de ferroligas e carboneto de cálcio, como matéria-prima para jatos em altos-fornos e como combustível limpo para uso industrial e público13. Geralmente é coque granular com tamanho de partícula maior que 6 mm12. O semicoque em pó é um subproduto da produção e processamento do coque azul, que é descartado ou vendido a baixo custo14. No entanto, devido ao seu baixo preço, alto valor calórico e capacidade de ser utilizado como combustível para um forno de coque para recuperar energia e remover os poluentes resistentes absorvidos, tornou-se recentemente um adsorvente popular15. O custo de produção de carvão ativado (CA) pode ser reduzido em cerca de 500 CNY t-1 adicionando 5% de coque azul em pó no processo16. No entanto, o coque em pó bruto não é frequentemente utilizado devido à sua área superficial limitada e caráter como adsorvente não seletivo e produto químico não reativo17. Por ser um adsorvente potente, deve ser modificado antes do uso. Verificou-se que o coque azul em pó pode ter bom desempenho de adsorção e função de carga ao usar uma superfície de múltiplas aberturas e grandes proporções . No entanto, as características do adsorbato objetivo podem afetar o método de modificação do pó de coque azul . Ao fornecer grupos funcionais suficientes e uma elevada área superficial específica, o Cr(VI) pode ser eliminado das águas residuais.