SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E ESTUDOS DE ADSORÇÃO DO CÁDMIO(II) EM TROCADORES INORGÂNICOS SINTÉTICOS A BASE DE MANGANÊS


Jacinete Lima dos Santos(1)(PG); Maria Cláudia França da Cunha Felinto(1)(PQ)

1Departamento de Engenharia Química e Ambiental - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP)e-mail: mfelinto@net.ipen.br


“Palavras-chave”: trocadores inorgânicos, óxidos de manganês, íons Cd2+


Introdução


O aumento desordenado da população e como conseqüência à industrialização da sociedade tem causado severos danos às nossas fontes naturais de água. Significantes quantidades de poluentes especialmente íons de metais pesados encontram seu caminho no sistema biológico. O cádmio, por exemplo, quando presente em concentrações maiores do que a faixa permitida, 0,01 ppm, torna-se tóxico aos seres humanos, e outros organismos vivos. Então a remoção desses íons de águas e/ou efluentes torna-se de grande importância dentro do contexto ambiental.

A importância dos materiais inorgânicos para troca iônica surgiu com o avanço da tecnologia nuclear, e ainda hoje ocupa posição de destaque na pesquisa devido sua alta estabilidade térmica, boas propriedades de troca iônica e seletividade para íons específicos[1]. Dentro dessa classe de trocadores estudou-se a propriedades de adsorção dos íons Cd(II) no óxido de manganês do grupo a-MnO2 (criptomelana)[2] visando contribuir para o programa de reciclagem de baterias do Departamento de Engenharia Química e Ambiental do IPEN.


Objetivos


Sintetizar os trocadores inorgânicos a base de manganês e potássio; caracterizar estes materiais via espectroscopia no infravermelho, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, análise de distribuição granulométrica e estudar o comportamento de adsorção de íons cádmio(II) nesses trocadores.


Métodos


A análise de distribuição granulométrica foi obtida em um analisador de distribuição granulométrica, marca Cilas, modelo 1064. As micrografias eletrônicas foram obtidas em um MEV marca LEO 440i. Os espectros de absorção na região do Infravermelho foram registrados na faixa espectral de 4000 – 400 cm–1, em pastilhas de KBr utilizando o espectrofotômetro Perkin-Elmer FTIR-1750. Os difratogramas de raios-X foram feitos em um difratômetro de Raios-X, Philips PW1710 com radiação de CuKa, A concentração de cádmio foi determinada pelo método espectrofotométrico da ditizona, utilizando espectrofotômetro UV/Vis, marca Micronal, modelo B-380.

Resultados e Discussões


Os trocadores inorgânicos foram sintetizados via calcinação das misturas de oxalatos de manganês e potássio em temperaturas de aproximadamente 530°C. O teor de potássio nas amostras variou de 2 a 60%. Os óxidos obtidos foram lavados com HNO3 e secos a uma temperatura de 60 ºC antes de serem utilizados.

Na análise de distribuição granulométrica observou-se que à medida que o teor de potássio aumenta o tamanho médio das partículas/aglomerados diminui, variando entre 8,44 e 0,24 mm. Nas amostras com teores acima de 40% em K o tamanho médio das partículas/aglomerados diminuiu significativamente, porém a área superficial dessas amostras aumentou em um fator de sete vezes.

A caracterização microestrutural feita por MEV mostrou grãos de tamanhos e formas heterogêneos, com tamanho médio de partícula de 10 mm. Observou-se também a presença de grãos com formatos de agulhas sendo que o aumento do teor de potássio favorece essa formação. Nas amostras com teores acima de 40% em K nota-se que os grãos possuem formas mais definidas e arredondadas.

As análises de difração de raios-X confirmaram a formação de criptomelana, de acordo com os dados da literatura. [3].

Os espectros na região do infravermelho mostraram bandas de absorção na região de 493-672 atribuídas ao estiramento n Mn-O.

Os experimentos de adsorção foram efetuados utilizando-se a técnica em “batch”. Variou-se o pH das soluções de cádmio (c.a 0,01 g/L e 0,1g/L), de 0 a 9. Contactou-se as soluções e após o equilíbrio separou-se as fases e determinou-se a concentração de Cd2+ na fase aquosa por espectrofotometria UV/Vis utilizando o método da ditizona.

Observou-se também, que a extração do cádmio da fase aquosa é de cinética rápida, atingindo os seus máximos em um tempo de cinco minutos de contactação. Ela é favorecida pelo aumento do pH tendo seus máximos de extração em pH 9 para todos os trocadores estudados. Os trocadores com 2, 4 e 6% de K obtiveram valores de fatores de capacidade (Kd) para o Cd2+ bastante altos (Kd @ 5000). Para concentrações de K iguais a 30 e 40% o valor de Kd foi de 1300 e nas amostras com 8, 20, 50 e 60% de K obteve-se Kd @ 700. A amostra com 10% de K foi a que apresentou o menor valor de Kd( @ 26) no ponto máximo de extração diferindo dos demais trocadores. Os óxidos estudados mostraram-se excelentes trocadores para íons Cd2+.


Referências Bibliográficas


[1] Clearfield, A., Chem. Rev., 1988, 88, 125-148

[2] Hypolito, R., "Criptomelana - síntese e estabilidade", Tese de Livre Docência na Área de Petrologia das Rochas Ígneas do Departamento de Mineralogia e Petrologia do IG-USP, 1980, 08-14

[3] Chen, C.C., Golden, D.C., Dixon, J.B., Transformation of syntthetic birnessite to cryptomelane–an electron microscopic study, Clays Clay Mineral.,1986,34,565-571


Apoio financeiro: FAPESP