Publicação: Estudo granulométrico, isotérmico, cinético e termodinâmico de adsorção do agroquímico 2,4-D a partir de HDL e HTL preparados com material catódico de baterias de íons lítio obtidas em escolas municipais de Uberlândia
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ANALISE DE TRACOS E QUIMICA AMBIENTAL
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Amaral, Fábio Augusto do
Resumo
Neste trabalho, a síntese de Hidroxido Triplo Lamelar (HTL) [Co-Mn-Al-Cl]BATERIA foi realizada a partir da lixiviação do material catódico de baterias de íons lítio exauridas e suas propriedades adsortivas comparadas com as do HTL [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA sintetizado a partir dos reagentes de grau analítico. Ambos preparados pelo método de Coprecipitação a pH constante 8 ± 0,5. Ademais, investigou-se a influência da granulometria do HTL [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA (<45 µm; <75 µm e <90 µm) nas propriedades cinética, isotérmica e termodinâmica de adsorção do agroquímico 2,4-D. Os elementos químicos majoritários cobalto (1,16%), manganês (2,90%), e alumínio (1,73%), foram identificados na solução lixiviada das baterias de íons lítio exauridas por Fluorescencia de raios X, o que permitiu estabelecer a composição elementar dos HTLs. Os difratogramas de raios X dos HTLs [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA e [Co-Mn-Al-Cl]BATERIA foram concordantes com a ficha da hidrotalcita (JCPDS 14-191), com valores de parâmetro d(003) de 7,8314 Å e 7,7651 Å respectivamente. O estudo granulométrico por Brunauer – Emmett – Teller (BET) apresentou áreas superficiais de 9,119, 11,825 e 11,973 m² g-1 para as granulometrias de < 45 µm, < 75 µm e < 90 µm, respectivamente. A granulometria de 45 µm apresentou estatisticamente a maior média de adsorção (13,621 mg g-1) indicando maior capacidade de adsorção do agroquímico 2,4-D pelo HTL [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA. A probabilidade de se obter uma adsorção do agroquímico 2,4-D acima de 96% a granulometria de 45 µm obteve melhor resposta (81,77%). O estudo cinético de adsorção de acordo com os dados experimentais, (R²=0,9945) para o HTL [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA, nas condições de 16,5 mg L-1 de 2,4-D, pH 4 e 50 mg de HTL mostrou que o modelo de pseudo-segunda ordem obteve melhor ajuste. As medidas isotérmicas nas diferentes temperaturas, 298, 308, 318 e 328 K, indicaram que a adsorção do 2,4-D pelos HTLs melhor se ajustou ao modelo de Freundlich sendo o HTL [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA (R² = 0,9407, 0,9272, 0,9371 e 0,9662) e HTL [Co-Mn-Al-Cl]BATERIA (R² = 0,9849; 0,9183; 0,9374 e 0,9453), respectivamente, indicando fisiossorção. O estudo termodinâmico de ambos HTLs indicou que a adsorção foi um processo exotérmico (ΔH ~ -5 KJ mol-1), espontâneo (ΔG < -10 KJ mol-1) e com o aumento de grau de liberdade (ΔS ≥ 16 J K-1 mol-1). Os espectros de IV dos HTLs [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA e [Co-Mn-Al-Cl]BATERIA após a adsorção mostraram a presença de bandas características do 2,4-D e dos HTLs, com deslocamentos da banda referente ao agrupamento carboxilato para menores números de onda, sugerindo interação entre 2,4-D e a superfície dos HTLs. A degradação do agroquímico 2,4-D adsorvido por foto-peroxidação aplicada nos HTLs [Co-Mn-Al-Cl]REFERÊNCIA e [Co-Mn-Al-Cl]BATERIA permitiu taxas de remoção de 95,27% e 94,98% do 2,4-D, respectivamente. Então, a adsorção associada ao Processo Oxidativo Avançado (POA) resultou em um processo de tratamento que permitiu capturar, concentrar e degradar o poluente 2,4-D na superfície dos HTLs investigados.
Abstract
In this work, the synthesis of Layered Triple Hydroxide (LTH) [Co-Mn-Al-Cl]BATTERY was carried out by leaching the cathodic material from spent lithium-ion batteries, and its adsorptive properties were compared with those of LTH [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE. Both prepared by the constant pH co-precipitation method at pH 8 ± 0.5. Furthermore, the influence of the granulometry of LTH [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE (<45 µm, <75 µm, and <90 µm) on the kinetic, isothermal, and thermodynamic properties of 2,4-D agrochemical adsorption was investigated. The major chemical elements cobalt (1.16%), manganese (2.90%), and aluminum (1.73%) were identified in the leachate solution of exhausted lithium-ion batteries by X-ray fluorescence. The X-ray diffraction patterns of LTHs [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE and [Co-Mn-Al-Cl]BATTERY were consistent with the hydrotalcite sheet (JCPDS 14-191), with d(003) parameter values of 7.8314 Å and 7.7651 Å, respectively. The granulometric study by Brunauer – Emmett – Teller (BET) presented surface areas of 9.119, 11.825, and 11.973 m² g-1 for the granulometries of <45 µm, <75 µm, and <90 µm, respectively. The 45 µm granulometry statistically showed the highest adsorption average (13.621 mg g-1), indicating a higher adsorption capacity of 2,4-D agrochemical by LTH [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE. The probability of 2,4-D agrochemical adsorption above 96% achieved a better response (81.77%) for the 45 µm granulometry. The kinetic adsorption study showed that the pseudo-second-order model fit better to the experimental data (R²=0.9945) for LDH [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE, indicating that under conditions of 16.5 mg L-1 of 2,4-D, pH 4, and 50 mg of LDH. Isothermal measurements at different temperatures (298, 308, 318, and 328 K) indicated that the adsorption of 2,4-D by LTHs best fit the Freundlich model, with LDH [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE (R² = 0.9407, 0.9272, 0.9371 and 0,9662) and LTH [Co-Mn-Al-Cl]BATTERY (R² = 0.9849, 0.9183, 0.9374 and 0.9453), respectively, indicating physiosorption. The thermodynamic study of both LDHs indicated that the adsorption was an exothermic process (ΔH ~ -5 KJ mol-1), spontaneous (ΔG < -10 KJ mol-1), and with an increase in the degree of freedom (ΔS ≥ 16 J K-1 mol-1). The IR spectra of LDHs [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE and [Co-Mn-Al-Cl]BATTERY after adsorption showed the presence of characteristic bands of 2,4-D and LDHs, with shifts of the carboxylate group band to lower wavenumbers, suggesting interaction between 2,4-D and the surface of the LTHs. The degradation of the adsorbed 2,4-D agrochemical by photo-peroxidation applied to LTHs [Co-Mn-Al-Cl]REFERENCE and [Co-Mn-Al-Cl]BATTERY allowed removal rates of 95.27% and 94.98% of 2,4-D, respectively. Therefore, the adsorption associated with Advanced Oxidative Process (AOP) resulted in a treatment process that allowed capturing, concentrating, and degrading the pollutant 2,4-D on the surface of the investigated LTHs.
Palavras-chave
Hidróxidos triplos lamelares, Adsorção, Agroquímico 2,4-D, Granulometria, Cinética, Isoterma, Termodinâmica, Layered triple hydroxides, Adsorption, Agrochemical 2,4-D, Kinetics, Isotherm, Thermodynamics, Granulometry
Citação
FREITAS, Leonardo Luis de. Estudo granulométrico, isotérmico, cinético e termodinâmico de adsorção do agroquímico 2,4-D a partir de HDL e HTL preparados com material catódico de baterias de íons lítio obtidas em escolas municipais de Uberlândia. 2023. 149 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.482.