Aplicação de líquido iônico à base de fosfônio para remoção de corantes reativos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2022.

Os processos envolvendo as indústrias têxteis são conhecidos por causar impactos negativos ao meio ambiente devido a seu alto consumo de água e geração de efluentes contendo corantes. Constantemente, novos processos de tratamento vêm sendo reportados na literatura. Nos últimos anos, o interesse por solventes no tratamento de efluentes, com qualidades diferenciadas, recebeu grande destaque. Nesse cenário destacam-se os líquidos iônicos (LIs), que são semelhantes aos solventes orgânicos tradicionais, entretanto possuem vantagens de ter pressão de vapor baixa, excelentes propriedades de solubilidade e miscibilidade, além de serem facilmente sintetizados. Dentre as diversas aplicações, a utilização do LI em processos de Extração Líquido-Líquido (ELL) para remoção de poluentes vem sendo abordada por diversos autores. Neste trabalho, foi proposto o estudo do LI decanoato de trihexiltetradecilfosfônio, na aplicação da ELL para remoção de corantes reativos de efluentes têxteis. Inicialmente foram identificados os fatores de influência no processo de ELL na extração do corante, como pH (2 a 12), temperatura (20 a 50°C), efeitos da adição de sal, concentração de corante (0,5 a 50 mg/L) e razão de volume de fase (900 a 9000) aplicando o LI na sua forma livre. Os resultados mostraram percentuais de remoção de até 97% e uma capacidade de extração acumulada de 620 mg/g para o corante navy e 425 e 553 mg/g, para o corante black e royal, respectivamente, quando reaplicado a ELL seis vezes. Os testes de toxicidade realizados envolveram os organismos Lactuca sativa, Triticum aestivium L e Daphnia magna como bioindicadores. A diferença entre a toxicidade das soluções corantes antes e após a extração não foi estatisticamente significativa quando L. sativa e T. aestivum foram utilizados como bioindicadores. No entanto, a solução extraída apresentou maior toxicidade para D. magna devido a traços de LI presentes na solução. Além disso, foi estudada a imobilização do LI em uma matriz polimérica, visando a aplicação em sistemas contínuos. As cápsulas de polissulfona impregnadas foram produzidas, caracterizadas e aplicadas em sistema de adsorção em fluxo de batelada para remoção do corante reativo black (RB). O modelo cinético que melhor representou a adsorção de RB foi o de pseudoprimeira ordem. A análise da variação da concentração do corante (150 mg/L a 1000 mg/L) foi realizada e os modelos de Langmuir, Freundlich e Redlich-Peterson foram apresentados na sua forma não linear. A capacidade máxima de adsorção identificada pelo modelo de Langmuir foi ???? of 276,94 mg/g e as cápsulas puderam ser reutilizadas por até 4 ciclos, atingindo percentuais de remoção acima de 50% e carregamento acumulado de 520,8 mg/g. A toxicidade do material imobilizado foi considerada moderadamente tóxica quando testada para L. sativa, entretanto para D. magna, foi considerada tóxica, pois mesmo imobilizado, ocorreu solubilização de LI para a solução. O processo de imobilização reduziu a toxicidade considerando o fator de diluição, entretanto, ainda apresentou efeitos tóxicos para D. magna. Além disso, as cápsulas foram aplicadas em um sistema de fluxo contínuo e o modelo que descreveu melhor os mecanismos adsortivos foi o modelo de Thomas. Esse estudo apresentou resultados promissores, indicando que tanto o LI na sua forma livre como imobilizada, possui potencial para utilização no tratamento de efluentes têxteis industriais, visando aplicações em escalas industriais.

Abstract: Processes involving textile industries are known to cause negative impacts on the environment, due to their high consumption of water and generation of colored effluents. Constantly, new treatment processes have been reported in the literature. The interest in solvents with differentiated qualities has been highlighted in recent years. In this scenario, ionic liquids (ILs) stand out, which are similar to traditional organic solvents, however, they have the advantages of having low vapor pressure, excellent solubility and, miscibility properties, in addition to being easily synthesized. Among the many applications, the use of LI in Liquid-Liquid Extraction (LLE) processes to remove pollutants has been addressed by several authors. In this work, the study of trihexyltetradecylphosphonium decanoate LI was proposed, in the application of ELL for the removal of reactive dyes. Initially, the factors that interfere in the LLE process in the dye extraction were identified, such as pH (2 to 12), temperature (20 to 50°C), effects of salt addition, dye concentration (0.5 to 50 mg/ L), and phase volume ratio (900 to 9000) applying IL in its free form.The results showed removal percentages of up to 97% and a cumulative extraction capacity of 620 mg/g for navy dye and 425 and 553 mg/g for black and royal dye, respectively, when reapplied to ELL six times. The toxicity tests carried out involved the organisms L. sativa, T. aestivium, and Daphnia magna as bioindicators. The difference between the toxicity of the dye solutions before and after extraction was not statistically significant when L. sativa and Triticum aestivum L were used as bioindicators. However, the extracted solution showed greater toxicity to D. magna due to traces of IL present in the solution. Furthermore, the immobilization of IL in a polymeric matrix was studied, aiming at the application in continuous systems. The impregnated polysulfone capsules were produced, characterized, and applied in a batch flow adsorption system to remove the reactive dye black (RB). The kinetic model that best represented the adsorption of RB was the pseudo-first-order. The analysis of the variation of the dye concentration (150 mg/Lto1000 mg/L) was performed and the Langmuir, Freundlich, and Redlich-Peterson models were presented in their non-linear form. The maximum adsorption capacity identified by the Langmuir model was ???? of 276.94 mg/g and the capsules could be reused for up to 4 cycles, reaching removal percentages above 50% and cumulative loading of 520.8 mg/g. The toxicity of the immobilized material was considered moderately toxic when tested for L. sativa, however for D.magna it was considered toxic because even immobilized, IL leaks occurred in the solution. The immobilization process reduced the toxicity considering the dilution factor, however, it still presented toxic effects for D. magna. In addition, the capsules were applied to a continuous flow system and the model that best described the adsorptive mechanisms was the Thomas model. This study presented promising results, indicating that both LI in its free and immobilized form has potential for use in the treatment of industrial textile effluents, aiming at applications on industrial scales.