Caracterização e capacidade sortiva de elementos potencialmente tóxicos de um subproduto da indústria cerâmica | Characterization and sorption capacity for potentially toxic elements from a ceramic industry by-product

Elements potentially toxic to plants, animals and humans are found naturally in nature. However, some anthropogenic activities concentrate these elements in the air, soil, and water, endangering the lives of plants, animals, and humans. Additionally, there exist those anthropogenic activities that can also generate materials with the potential to be reused, and thus avoid environmental damage, which may result when disposing of such elements in the natural environment. Some of these materials may present the potential for reuse as adsorbents of toxic elements and enable the decontamination of effluents. Ceramic industry by-product (SIC) formed by the fragments/shards of tiles and bricks could, in this sense, be an interesting alternative for reducing zinc, copper, cadmium, and lead concentrations in aqueous solutions. This by-product is found in large amounts in the tile and brick ceramic industry and has the added benefit of low cost. In this context, the present study aimed to characterize the SIC and evaluate its zinc, copper, cadmium and lead adsorption and desorption capacity compared to its raw material (MP) used during the tile and brick manufacturing process, and a Typic Dystrustox sample (LV). Fragments/shards of tiles and bricks (SIC), as well as their PM, based on a mixture of clays used in their manufacturing, were collected from a ceramic industry for characterization and adsorption and desorption assays. An LV sample was also collected for comparison. The samples were processed, and chemical and physical analyses were performed for characterization, as follows: particle size (pipette method), chemical attributes (available concentrations of plant nutrients), trace element concentrations (microwave oven acid digestion) and point of zero salt effect (potentiometric titration curves). Adsorption and desorption assays were carried out at pH 5.75(±0.12), using 10 mmol L-1 Ca(NO3)2 as the background solution. The adsorbent: solution ratio was of 1:100, with addition of 0.3 g of adsorbent and 30 mL of solution containing zinc, copper, cadmium, and lead concentrations varied from 0 to 0.75 mmol L-1 added as nitrate salts. SIC presented the highest percentage of coarser particles (0.053 - 2.0 mm), higher pH value, phosphorus and potassium available, remaining phosphorus and point of zero salt effect compared to MP and LV. Zinc, copper, cadmium, and lead sorption were described through the Langmuir and Freundlich models, except for cadmium with respect to Langmuir model. In general, sorption parameters indicated lower adsorption capacity for SIC compared to MP and LV, with lead being the most adsorbed and least desorbed element, followed by copper, zinc, and cadmium. In general, lower adsorbed amounts and desorbed percentages were observed for the SIC, when compared to MP and LV.

Dissertação (Mestrado)

Elementos potencialmente tóxicos às plantas, animais e humanos são encontrados naturalmente na natureza. No entanto, algumas atividades antropogênicas concentram esses elementos no ar, no solo e na água colocando em risco a vida de plantas, animais e humanos. Há algumas atividades antropogênicas que também geram materiais que apresentam potencial para serem reutilizados evitando o passivo ambiental decorrente do seu descarte no ambiente. Alguns desses materiais podem apresentar potencial para serem reutilizados como adsorventes de elementos tóxicos e possibilitar a descontaminação de efluentes. O subproduto da indústria cerâmica (SIC) formado pelos fragmentos/cacos de telhas e tijolo pode ser uma alternativa interessante para reduzir a concentração de zinco, cobre, cádmio e chumbo em soluções aquosas. Esse subproduto é encontrado em grandes quantidades nas indústrias cerâmicas de fabricação de telhas e tijolos e apresenta baixo custo. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo caracterizar o SIC e avaliar sua capacidade de adsorção e dessorção de zinco, cobre, cádmio e chumbo comparativamente a sua matéria-prima (MP) e a uma amostra de Latossolo Vermelho (LV). Para caracterização e testes de adsorção e dessorção, fragmentos/cacos de telhas e tijolos (SIC), bem como sua MP, constituída por uma mistura de argila, foram coletados em uma indústria cerâmica. Além da MP usada para comparação, coletou-se também uma amostra de LV. Essas amostras foram processadas e submetidas a análises químicas e físicas, tais como: análise granulométrica (método da pipeta), análise química (teores disponíveis de nutrientes de plantas), determinação dos teores semitonais dos elementos avaliados (digestão acida em forno micro-ondas) e ponto de efeito salino nulo (curvas de titulação potenciométrica). A adsorção e dessorção foram realizadas a pH 5,75(±0,12) utilizando como solução de fundo o Ca(NO3)2 10 mmol L-1. A relação adsorvente:solução foi de 0,3 g do adsorvente para 30 mL de solução (1:100) contendo zinco, cobre, cádmio e chumbo nas concentrações de 0 a 0,75 mmol L-1 adicionados na forma de sais de nitrato. O SIC apresentou maior quantidade de partículas mais grosseiras (0,053 – 2,0 mm), maior valor de pH, de fósforo e potássio disponíveis, de fósforo remanescente e de ponto de efeito salino nulo comparado a MP e ao LV. O comportamento sortivo do zinco, cobre, cádmio e chumbo foi descrito pelos modelos de Langmuir e de Freundlich, com exceção para o cádmio em relação ao modelo de Langmuir. Os parâmetros sortivos, de maneira geral, indicam menor capacidade sortiva do SIC comparado a MP e LV, sendo o chumbo, o elemento mais adsorvido e menos dessorvido seguido cobre, zinco e cádmio. De maneira geral, menores quantidades adsorvidas e porcentagens dessorvidas foram observadas para o SIC comparado à MP e ao LV.