SELETIVIDADE DE RETENÇÃO DE METAIS PESADOS PELA ZEÓLITA NATURAL ESCOLECITA

Wagner Alves Carvalho (PQ), Leonardo Augusto Silvestre Silva (IC)

Depto. de Química e Bioquímica, Instituto de Ciências Biológicas e Química,
PUC-Campinas, e-mail: wagnerac@excite.com

palavras-chave: zeólitas naturais, troca iônica, peneiras moleculares

A composição das zeólitas pode ser representada genericamente por:

M_x/nA_xSi_yO_2(x+y).wH₂O

Nas zeólitas naturais o cátion M freqüentemente corresponde ao Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ ou Ba²⁺. O uso de zeólitas como trocadores iônicos na remoção seletiva de cátions poluentes de meios aquosos tem sido objeto de vários estudos.¹ É de particular interesse a remoção de metais pesados, uma vez que eles podem estar presentes nos mais variados processos industriais e apresentam efeitos tóxicos em animais e plantas, via cadeia alimentar.² Portanto, o uso deste tipo de material no tratamento de efluentes pode representar uma alternativa eficiente e de baixo custo. Todavia, durante muitos anos as zeólitas naturais foram consideradas meramente como impurezas presentes em rochas vulcânicas e basálticas, o que inviabilizava o seu uso comercial. Hoje já são reconhecidas e utilizadas comercialmente zeólitas provenientes de rochas sedimentares e metamórficas.

Na Província Ígnea Continental do Paraná (PICP), destacam-se inúmeras ocorrências de zeólitas, normalmente associadas às porções superiores (esponjosas / escoriáceas) dos derrames basálticos.³ Nesse estudo é feita a avaliação da capacidade de troca iônica das variedades de zeólitas presentes na ocorrência da Pedreira Municipal de Morro Reuter (RS), bem como sua habilidade na remoção de metais pesados de efluentes aquosos. Este material foi inicialmente submetido a caracterização, que indicou a predominância da zeólita escolecita, com fórmula estrutural Na_0,3Ca_1,0Al_2,0Si_3,0O₁₀.3H₂O.

Para a avaliação da capacidade troca iônica, foram realizados testes de retenção mediante agitação de 1g da amostra da zeólita finamente dividida, em contato com 60mL de uma solução 0,01M de cádmio(II), ferro(III), chumbo(II) ou cromo(III). A concentração do metal em solução foi determinada em alíquotas do meio reacional, isentas de material sólido e retiradas em intervalos de tempo variáveis. Os cátions chumbo(II) e cádmio(II) foram quantificados por complexometria, utilizando-se EDTA 0,01M e alaranjado de xilenol como indicador. Os cátions ferro(III) e cromo(III) foram quantificados por método espectrofotométrico. Também foi avaliada a capacidade de retenção dos cátions metálicos chumbo(II), cádmio(II) e ferro(III) na presença de cátions interferentes, mediante a utilização de soluções contendo concentrações variáveis do cátion metálico de interesse e do íon sódio.

Os testes de troca iônica utilizando uma solução 0,01M do cátion de interesse indicaram que o poder de adsorção do mineral aumenta com o tempo de agitação da fase líquida, em condições ambientais de temperatura e pressão.

Houve um aumento gradativo na porcentagem de cromo(III) retido pela amostra, não sendo possível alcançar o equilíbrio do sistema dentro do período de 48 horas. A remoção de cátions chumbo (II) da fase aquosa ocorre lentamente, sendo que após 72h sob agitação o sistema ainda não atingiu o equilíbrio. Os resultados indicaram que a escolecita apresenta uma elevada capacidade de retenção de cátions cádmio(II), tendo removido a quase totalidade do íon metálico presente em solução em um período de 24h. O máximo de retenção observado corresponde a 22,7% da capacidade de troca iônica do material. A retenção de Fe(III) pela zeólita atinge o equilíbrio após cerca de 48 h em contato. A quantidade de Fe(III) adsorvido corresponde a 30,6% da capacidade de troca iônica da zeólita.

A baixa quantidade de cromo e chumbo retidos está relacionada ao elevado raio iônico do cromo (III) hidratado (4,61 Å) e do chumbo (II) hidratado (4,01Å), o que dificulta sua entrada nos canais da escolecita (2,6 x 3,9 Å).

Os testes de retenção na presença de quantidades variáveis de sódio permitiram avaliar a seletividade do material na retenção de cátions de interesse. Dos três metais testados, a menor retenção foi observadas com o chumbo(II), enquanto o cádmio(II) e o ferro(III) foram eficientemente retidos. Em nenhum dos casos foi observada a interferência dos cátions sódio, mesmo quando este foi adicionado em concentração vinte vezes superior à do metal de interesse. Este é um bom indicativo da seletividade da escolecita na retenção de metais pesados em efluentes industriais onde, além das espécies de interesse, pode ocorrer a presença de vários interferentes, como os cátions sódio, utilizados neste procedimento.

Os resultados obtidos até o momento indicam que o uso dessas zeólitas naturais em processos de troca iônica fornecem uma alternativa ecologicamente viável para a purificação de sistemas aquosos. As possibilidades de aplicação do material ainda dependem de maiores estudos envolvendo procedimentos de regeneração e influência de outros cátions na adsorção dos cátions de interesse.

CEAP, PUC-Campinas