Remoção de fósforo de águas residuárias utilizando nanoadsorventes core-shell bimagnéticos (CoFe2O4@γ-Fe2O3)

Abstract

Fósforo (P) é um elemento fundamental e limitante às formas de vida aquáticas. Entretanto, altas concentrações de nutrientes (P e nitrogênio) podem ocasionar eutrofização de ambientes aquáticos. O P é comumente encontrado nas águas residuárias e este deve ser removido para se evitar problemas na qualidade da água de corpos receptores. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a remoção de P de soluções aquosas de fosfato e efluentes de estação de tratamento de esgoto (ETE) utilizando nanoadsorventes core-shell bimagnéticos (CoFe2O4@γ-Fe2O3). O material foi sintetizado a partir de uma coprecipitação hidrotérmica, seguida de um tratamento de superfície para a síntese da camada externa. Dois nanoadsorventes de tamanhos médios diferentes (PACoM e PACo) foram sintetizados para se avaliar a influência do tamanho na adsorção. Ensaios de difração de raios X, de microscopia eletrônica de transmissão, de espectroscopia de infravermelho, de caracterização magnética e textural foram realizados para caracterizar os nanoadsorventes estudados. Os parâmetros avaliados na remoção de P foram: pH do meio, tempo de contato, concentração inicial de P, temperatura e presença de íons interferentes. Experimentos com efluente de estação de tratamento de esgoto foram realizados para a análise preliminar da capacidade de remoção de P pelas nanopartículas em matrizes reais. Quanto menor o pH da solução, maior é o percentual de remoção de P. O estado de equilíbrio foi atingido dentro de 2 horas. O modelo de pseudo- segunda-ordem apresentou o melhor ajuste aos dados cinéticos. Em relação aos dados de equilíbrio, o modelo de Freundlich se ajustou melhor, indicando que multicamadas são formadas e que fisissorção acontece na adsorção de P. Valores de capacidade máxima de adsorção de 71,2 e 46,9 mg/g foram obtidos para PACoM e PACo, respectivamente. A partir da análise termodinâmica do processo verificou-se que a adsorção é espontânea, endotérmica e há um aumento da desordem na interface sólido/líquido. O material apresentou boa performance em matriz de efluente secundário de ETE com uma remoção de P de 70% para PACoM e de 49% para PACo sem prévio ajuste de pH da amostra. Os testes de reuso comprovaram que os nanoadsorventes podem ser reutilizados. Por fim, conclui-se que o material possui grande potencial para ser aplicado como tecnologia de remoção de P a partir de águas residuárias de origem doméstica.