Aplicação de uma nova geração de agentes de complexação na remoção de íons de metais pesados a partir de diferentes resíduos | Jiotower

Introdução

Aminopolycarboxylates (APCA) tem sido usado desde o final dos anos 1940, como efetivos agentes de complexação em diversos ramos da indústria. Por exemplo, EDTA (ácido etilenodiaminotetraacético), neta (ácido nitrilotriacético) e DTPA (ácido dietileno-triaminepentaacético), entre outros, podem ser utilizados na limpeza industrial, detergentes domésticos e cosméticos, nas indústrias de pasta e papel, nuclear, fotográfica, farmacêutica, têxtil, couro e borracha.

Formando complexos estáveis com íons metálicos, eles podem mobilizar contaminar os íons do metal adsorvida em sedimentos, solubilizar radioativos íons metálicos e aumentar a sua mobilidade ambiental, contribuir para a água, eutrofização, uma vez que contêm nitrogênio, que poderia estar disponível para os organismos aquáticos microbiota e redissolve de cálcio e de ferro, fosfatos, liberando o fósforo e como ligante–metal complexos podem aumentar significativamente a biodisponibilidade de extremamente perigoso, metais pesados, por exemplo, o Cu(II)-EDTA e Cd(II)-EDTA complexos são mais tóxicos do que os respectivos livre de metais. Outro argumento importante para abandonar as complexonas tradicionais é a falta de sua Biodegradabilidade. It has been reported that the biodegradability of aminopolycarboxylic group complexing agents depends on the character as well as the number of substituents and nitrogen atoms in the molecule. Assim, os derivados substituídos tetra-(EDTA) ou penta – (DTPA) com dois ou mais átomos de nitrogênio terciário e grupos carboximetil são altamente estáveis e são relatados como sendo fotodegradáveis apenas como seus complexos Fe (III).No entanto, novos agentes complexantes introduzidos no final do século XX são uma alternativa importante para os quelatos pouco biodegradáveis utilizados até agora principalmente em campos como detergentes, microelementos líquidos modernos e agroquímicos. Neste grupo, os seguintes agentes de complexação deve ser mencionado: IDS (N-(1,2-dicarboxyethyl)-D,L-ácido aspártico (iminodisuccinic ácido), DS (polyaspartic ácido), EDDS (N,N’-ethylenediaminedisuccinic ácido), GLDA (N,N-bis(carboxylmethyl)-L-ácido glutâmico) e MGDA (methylglycinediacetic ácido). Todos eles são facilmente biodegradáveis, embora no caso de IDS ou EDDS, a biodegradabilidade depende significativamente da forma isomérica do composto (Knepper 2003; Nowack 2007).

Em 1997/1998, iminodisuccinic ácido (IDS) foi introduzido pela Bayer AG (agora Lanxess) como Baypure CX 100 (Brochura de Baypure CX 100; Kołodyńska de 2011). Sua produção é baseada na reação de anidrido maleico com amônia e hidróxido de sódio. A mistura isomérica de IDS é constituída por 25%, 25% e 50% (Cokesa et al. 2004a; Vasilev et al. 1996, 1998). Após 7 dias, verificou-se que 80% da IDS sofreu biodegradação. A IDS também é caracterizada por excelentes propriedades de ligação ao cálcio, estabilidade em uma ampla gama de pH, boa complexação de íons de metais pesados e baixo impacto ambiental devido à baixa toxicidade e boa biodegradabilidade (Cokesa et al. 2004a, b).

Em 2005, a empresa polaca ADO, em cooperação com a Bayer AG, desenvolveu um processo para produzir facilmente biodegradável quelatos (IDHA-marca) que são aplicados como pulverizações foliares em agricultura e horticultura, em solo de aplicações, bem como a hidroponia e fertirrigação (Brochura de ADO de 2012).

EDDS (ácido n, n ‘ – etilenodiaminedisuccínico) é um isómero estrutural do EDTA (Schowanek et al. 1997; Kołodyńska 2011). O EDDS existe sob a forma de quatro isómeros: S, S – (25%), R,R- (25%) e S, R- (50%). O S, S-isómero de EDDS produzidos por algumas bactérias e fungos (Nishikiori et al. 1984; Takahashi et al. 1999) é facilmente biodegradável, em contraste com os isômeros R,R – E S, R-(Takahashi et al. 1997; Luo et al. 2011). A biodegradação dos complexos EDDS depende fortemente do tipo de metal e não está relacionada com a constante de estabilidade do complexo quelato (Vandevivere et al. 2001a, b).

a Partir do final da década de 1990, muitas investigações têm examinado a adequação de EDDS como um substituto para o EDTA para muitos propósitos, não só em detergentes, onde ele é usado em um nível baixo (<1%), mas também em cosméticos, papel e celulose, fotografia e indústrias, bem como na purificação de solos contaminados e fitorremediação (Jones e Williams, 2002; Folheto de Enviomet™ 2009; Wu et al. 2004).

GLDA (ácido tetrassódico de n, n-bis(carboximetil) glutâmico) também conhecido como dissolvente GL-38 foi introduzido na escala comercial pela AkzoNobel Functional Chemicals (Kołodyńska 2011). A sua produção baseia-se no intensificador de sabor glutamato monossódico (MSG) a partir da fermentação de açúcares de milho facilmente disponíveis (Seetz 2007; Seetz e Stanitzek 2008). A GLDA é caracterizada por uma boa solubilidade sobre uma ampla gama de pH. mais de 60% da L-GLDA degrada-se em 28 dias. Deve mencionar-se que a dissolução GL-38 consiste apenas na forma L, porque a forma D não é biodegradável. Devido à sua estabilidade térmica, a GLDA é utilizada em sistemas de tratamento de água de caldeiras para reduzir o efeito da água dura (brochura de dissolução GL-38, 2007). Siegert (2008) concluiu que os agentes complexantes de nova geração, tais como GLDA, IDS ou EDDS, podem potenciar o efeito de conservantes, tais como fenoxietanol/etilhexilglicerina (Euxyl PE 9010). A GLDA tem ainda outras utilizações potenciais na produção de adubos micronutrientes (Borowiec e Hoffmann 2005; Borowiec et al. 2007). As fórmulas estruturais dos agentes complexantes acima, bem como algumas tradicionais, são apresentadas na Fig. 1.

The great progress observed in the field of complexing agents (Fig. 2) is the result, among others, of legislative changes. Em setembro de 2002, a Comissão Europeia adoptou uma proposta de regulamento para detergentes e respectivos ingredientes, tais como EDTA, tensioactivos não biodegradáveis, alquilfenoletoxilatos (APEO) ou lixívia à base de cloro. Portanto, as seguintes propostas de substituição foram feitas: poliacrilato deve ser substituído por polyaspartates (como Baypure DS 100), citrato por iminodisuccinate (Baypure CX 100) e phosphonate por iminodisuccinate (Baypure CX 100; Avaliação de Riscos Ambientais de Agentes Agentes 2001).

Para remover íons de metais pesados, muitos métodos físicos e químicos, incluindo comuns como precipitação química, coagulação, filtração, troca iônica, processos de membrana e adsorção podem ser aplicadas. Os métodos de adsorção baseados em agentes complexantes e em permutadores de iões oferecem novas perspectivas de remoção de iões de metais pesados.

para compreender a remoção de iões metálicos, é importante conhecer as interações de iões–ligandos metálicos. A complexação pode ser considerado como o equilíbrio da reação entre o ligante e os íons do metal:

onde M é o íon do metal (e− par acceptor), m é o custo de M, L é o ligante (e− par doador) e n é a taxa de ligante.

de Acordo com o princípio de ação de massa, as atividades de M, L e ML são como segue:

onde KML é a constante de equilíbrio (também indicado como a estabilidade constante). No caso quando o pH deve ser levado em conta, a estabilidade condicional constante Kcond pode ser definido como:

foram Kcond é condicional estabilidade constante, K é a estabilidade constante (igual a KML), aHL é o coeficiente de ligante protonation e aM é o coeficiente de lado reações competir com o ligante para o metal de íons (formação de hidróxidos de metal, efeitos de buffers e formação de MLH ou MLOH espécies).

deve− se notar que a quantidade de Ln livre aumenta com o valor de pH crescente. Os passos simples de protonação são descritos pelas constantes de equilíbrio K1, K2,.. , Kn e aHL pode ser definido como:

considerando que o aM pode ser expressa como:

onde s é o fator que determina se as espécies n existe (s = 1) ou não (s = 0) e KI e KII são as constantes de equilíbrio para insolúveis metal hidróxidos de formação.

a constante de estabilidade condicional dá uma relação entre as concentrações do complexo solvado formado (ML), a concentração do metal não reagido (M) e a concentração do agente de limpeza não reagido (L). A figura 3 mostra a comparação dos valores constantes de estabilidade condicional de alguns complexos de Metais com EDTA e EDDS, IDS e GLDA. Também se descobriu que estas constantes passam por todos os complexos metálicos através de um máximo em função do valor de pH (Treichel et al. 2011).

Apenas alguns exemplos de aplicação de troca iônica para a remoção de íons de metais pesados e/ou quelantes de ligantes e trocadores de ânions de ter sido publicado. Um dos primeiros artigos de Nelson et al. (1960) tratava da separação das terras alcalinas e dos íons mn(II), Co(II), Ni(II) e Zn(II) na presença de EDTA no permutador de aniões Dowex 1 × 4 na forma EDTA. Há alguns anos, complexones também foram utilizados para a determinação de, entre outros, Cu(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II) e Co(II) em solução e metalúrgica de resíduos, bem como em estudos de reações de complexação e determinação de constantes de estabilidade de complexones (Hering e Morel, 1990).

the pioneer papers by Dyczyński lided with the application of EDTA and DCTA to the separation of microquantities of rare earth elements (Dybczyński 1964; Wódkiewicz and Dybczyński 1968). Séries de afinidade não monotônica foram usadas por Hubicka e Hubicki (1992) para a separação de pares escolhidos de complexos de elementos de terras raras com neta, HEDTA e IMDA no sistema macro-microcomponente. Os estudos da aplicação de tais agentes de complexação EDTA, NTA e ácido cítrico no heavy metal íons de remoção foram iniciadas por Bolto, Dudzińska, Clifford ou Juang (Dudzinska e Clifford 1991/1992; Juang e Shiau 1998). Os autores mostraram a superioridade dos trocadores de aniões de poliacrilato sobre os de poliestireno. Além disso, as obras de Juang e de outros trabalhadores provam que a remoção da Cu(II) é possível na presença de EDTA e formaldeído (Juang et al. 2005). Além disso, em um jornal (Juang et al. 2003) aquando da remoção dos iões Co(II), Ni(II), Mn(II) e Sr(II) das soluções que contêm EDTA, neta e ácido cítrico, foi demonstrado que o processo é afectado não só pelas soluções de pH, mas também pelo tipo de agente complexante e pela razão agente complexante–metal do molar. Portanto, os trocadores de aniões Poliacrílicos também foram usados para a remoção de Cu (II) com IDA, neta e EDTA (Hubicki e Jakowicz 2003; Juang et al. 2006).Neste artigo, apresenta-se a optimização da remoção de Cu(II), Zn(II), Cd(II) e Pb(II) de águas e águas residuais utilizando o método de permuta iónica e a possibilidade de aplicar uma nova geração de agentes complexantes biodegradáveis. Para este estudo foram selecionados os agentes complexantes IDS, EDDS e GLDA. Como trocadores de aniões, Lewatit MonoPlus m 800 e Ionac SR7 foram escolhidos. Deve-se também mencionar que estes compostos não são bem conhecidos e a literatura existente sobre o assunto não é sistemática e está geralmente relacionada com necessidades específicas. Por conseguinte, tais investigações são de grande importância.