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Título [PT]: Adsorção de fósforo e chumbo em ferrihidritas-2 linhas coprecipitadas com Cr(III), Zn(II), Ni(II), Pb(II) e Al(III)
Autor(es): Cesar Crispim Vilar
Palavras-chave [PT]:

Solo. Propriedades química. Adsorção de chumbo. Ferrihidritas sintéticas. Adsorção de fósforo. Modelos de complexação. Modelo da capacitância constante. Modelo da tripla camada modificado. Brasil.

Soil. Chemical properties. Adsorption of lead. Synthetic Ferrihidritas. Adsorption of phosphorus. Complexation models. The constant capacitance model. Modified triple-layer model. Brazil.

Antonio Carlos Saraiva da Costa [Orientador] - UEM Marcelo Augusto Batista - UEM Vitor de Cinque Almeida - UEM Dimas Augusto Morozin Zaia - UEL Cristine Elizabeth A. Carneiro - UEL

Resumo: Este trabalho foi realizado com o objetivo de estudar as alterações de propriedades químicas e mineralógicas de ferrihidrita coprecipitadas com metais e seu comportamento quanto a adsorção de fósforo e chumbo. Para tanto, foram sintetizadas amostras de ferrihidrita pura (F0) e coprecipitadas com duas concentrações dos metais Cr(III), Zn(II), Ni(II), Pb(II) e Al(III). No capítulo 1, é apresentada uma introdução geral sobre o tema em estudo. Depois, no capítulo 2, estão os dados obtidos durante a síntese e caracterização dos minerais. Em seguida, nos capítulos 3 e 4, são apresentados os resultados dos experimentos de adsorção de fósforo e chumbo, respectivamente. As alterações na estrutura das ferrihidrita foram estudadas por análise térmica e de difração de raios-X. Foram realizados experimentos de adsorção de fósforo e chumbo variando pH, força iônica e concentração inicial de fósforo. Aos dados de adsorção, foram ajustados modelos de adsorção empíricos (Langmuir e Freudlich) e químicos (Modelo da capacitância constante - MCC e modelo da tripla camada difusa modificado - TLM). Foi possível coprecipitar ferrihidritas com cátions substituindo o Fe em concentrações que variaram de 0,3 a 11 mol%. A ordem crescente de substituição do Fe pelos cátions para a menor concentração de metais foi: F6,4Ni > F5,3Al > F4,2Zn > F3,9Cr > F0,3Pb. Para as amostras que receberam maior concentração de metais, a ordem se modificou para F11Al > F9,8Zn > F8,4Ni > F7,6Cr > F0,9Pb. A capacidade dos metais substituírem o Fe foi determinada pelo raio iônico e solubilidade dos metais. As amostras F0,3Pb e F0,9Pb apresentaram posição dos reflexos em valores menores e menor cristalinidade. As análises de calorimetria diferencial de varredura mostraram temperatura de evolução da ferrihidrita para hematita de 371ºC na amostra F0, sendo que, para todas as outras, foi maior do que 449ºC. A amostra que apresentou maior adsorção de fósforo independente da concentração inicial foi a F0,9Pb e a que apresentou menor foi a F0. Estas amostras também foram a que menor e maior quantidade de fósforo dessorveram. Os experimentos de adsorção de fósforo variando o pH mostraram comportamento semelhante para todas as amostras de ferrihidrita, sendo que houve diferença muito pequena entre a menor e a maior força iônica. O MCC ajustou os dados de adsorção de P variando o pH, sendo melhor para a maior força iônica. As reações de formação de complexos monodentados foram as selecionadas nesse modelo. O TLM não ajustou os dados de adsorção de fósforo. A adsorção de chumbo foi máxima em valores de pH acima de 5,5. O MCC ajustou os dados de adsorção com a utilização de somente um complexo de esfera interna bidentado. O TLM apresentou um erro menor, provavelmente porque foi possível o ajuste com um maior número de espécies (1 bidentada, 1 monodentada e 1 complexo de esfera externa). A coprecipitação da ferrihidrita com os diferentes metais não afetou o ajuste dos modelos químicos à adsorção de chumbo, se comparados à ferrihidrita pura, exceto às amostras F0,3Pb e F0,9Pb. Abstract: This work was carried out to study the changes on chemical and mineralogical properties of ferrihydrites coprecipitaded with metals and their phosphorus and lead adsorption behavior. For this purpose, samples of pure (F0) and two metal concentration (Cr(III), Zn(II), Ni(II), Pb(II) and Al(III)) were synthesized. A general introduction to the topic under study is presented in Chapter 1. Then, in Chapter 2, the data obtained during the synthesis and characterization of minerals. Moreover, in Chapters 3 and 4 the results of the adsorption and modeling experiments are presented for phosphorus and lead, respectivelly. Changes in ferrihydrite structure were studied by thermal analysis and X-ray diffraction. Phosphorus and lead sorption experiments with varying pH, ionic strength and initial concentration of phosphorus were performed. Empirical (Langmuir and Freudlich) and surface complexation models (Constant Capacitance Model - MCC and modified Triple Layer Model - TLM) were adjusted to data. Ferrihydrites were coprecipitate with cations and metal concentrations ranged from 0.3 to 11 mol%. The order of increasing metal content in the lower initial metal content was: F6,4Ni > F5,3Al > F4,2Zn > F3,9Cr > F0,3Pb. For samples with higher initial metal content the order changed to: F11Al > F9,8Zn > F8,4Ni > F7,6Cr > F0,9Pb. The ability of metals to substitute Fe was determined by their ionic radius and solubility. Lead coprecipitaded samples presented lower position of reflexes and lower crystallinity values by X-rays analysis. Differential scanning calorimetry showed the evolution of ferrihydrite to hematite at 371ºC for F0, and for all other was greater than 449°C. The sample that showed the highest phosphorus adsorption capacity was F0,9Pb and the lowest F0. These minerals desorbed also the smaller and larger amount of phosphorus. The sorption experiments varying the pH showed similar behavior for all ferrihydrite samples. The MCC adjusted to phosphorus adsorption data varying the pH and ionic strength, being better for the highest ionic strength. The monodentate complexes were selected in this model. The TLM did not fit to phosphorus adsorption data. Lead adsorption was higher at pH values above 5.5. MCC fit to the data using only one inner sphere bidentate complex. TLM presented a better fit, probably because it was possible to fit a larger number of species (1 bidentate, 1 monodentate 1 and 1 outer sphere complex). Coprecipitation of ferrihydrite with different metals did not affect the fit of the surface complexation models, except to lead ferrihydrites that interfere at lead adsorption experiments.

Idioma: Português Data de Publicação: 2013 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos Saraiva da Costa Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Centro de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Agronomia Nível: Tese (doutorado em Agronomia)/ UEM: Departamento de Agronomia

Responsavel: zenaide
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: TeseDR-Versão CD - PGA (1).pdf
Tamanho: 8355 Kb (8556028 bytes)
Criado: 11-11-2014 11:25
Atualizado: 11-11-2014 11:35
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