Reciclagem de Recursos de Solo Vermelho para Sintetizar Material Compósito de Zeólita do Tipo Fe2O3/FAU para Remoção de Metais Pesados
Summary
Este artigo apresenta uma rota nova e conveniente para sintetizar material compósito de zeólita do tipo Fe2O3/faujasite (FAU) a partir de solo vermelho. Os parâmetros de síntese detalhados foram ajustados. O material compósito obtido pode ser usado para remediação eficiente de água contaminada por metais pesados, indicando suas potenciais aplicações em engenharia ambiental.
Abstract
A água poluída por metais pesados é motivo de grande preocupação para a saúde humana e para o ecoambiente. As técnicas de remediação de água in situ possibilitadas por materiais de adsorção altamente eficientes são de grande importância nessas circunstâncias. Entre todos os materiais utilizados na remediação hídrica, os nanomateriais à base de ferro e os materiais porosos são de grande interesse, beneficiando da sua rica reatividade redox e função de adsorção. Aqui, desenvolvemos um protocolo fácil para converter diretamente o solo vermelho amplamente difundido no sul da China para fabricar o material compósito zeólito do tipo Fe2O3/faujasite (FAU).
O procedimento de síntese detalhado e os parâmetros de síntese, como temperatura de reação, tempo de reação e a relação Si/Al nas matérias-primas, foram cuidadosamente ajustados. Os materiais compósitos sintetizados como mostram boa capacidade de adsorção para íons típicos de metais pesados (loid). Com 0,001 g/mL de material compósito zeólito do tipo Fe2O3/FAU adicionado a diferentes soluções aquosas poluídas por metais pesados (loide) (tipo único de concentração de metal pesado (loide): 1.000 mg/L [ppm]), a capacidade de adsorção mostrou-se de 172, 45, 170, 40, 429, 693, 94 e 133 mg/g para (II), Cr (III), Cr (VI), Remoção de (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) e Ni (II), respectivamente, que podem ser expandidos ainda mais para água poluída por metais pesados e remediação do solo.
Introduction
Metais pesados (loid) provenientes de atividades antropogênicas e naturais são onipresentes no ambiente aéreo, aquático e do solo1. São de alta mobilidade e toxicidade, representando um risco potencial para a saúde do ser humano por contato direto ou via transporte da cadeia alimentar2. A água é vital para a vida dos seres humanos, uma vez que é a matéria-prima de todas as famílias. Restaurar a saúde da água é crucial. Portanto, é de grande importância diminuir a mobilidade e a biodisponibilidade de metais pesados tóxicos (loid) na água. Para manter a boa saúde na água, materiais de remediação hídrica, como biocarvão, materiais à base de ferro e zeólita, desempenham um papel essencial na imobilização ou remoção de metais pesados (loid) de ambientes aquosos 3,4,5.
As zeólitas são materiais altamente cristalinos com poros e canais únicos em suas estruturas cristalinas. Eles são compostos de TO4 tetraedros (T é o átomo central, geralmente Si, Al ou P) conectados por átomos de O compartilhados. A carga superficial negativa e os íons trocáveis nos poros o tornam um adsorvente popular para captura de íons, que tem sido amplamente utilizado em água poluída por metais pesados e remediação do solo. Beneficiando-se de suas estruturas, os mecanismos de remediação envolvidos na remoção de contaminantes por zeólitas incluem principalmente a ligação química6, a interação eletrostática de superfície7 e a troca iônica8.
A zeólita do tipo faujasita (FAU) tem poros relativamente grandes, com um diâmetro máximo de poros de 11,24 Å. Apresenta alta eficiência e amplas aplicações para remoção de contaminantes 9,10. Nos últimos anos, uma extensa pesquisa tem se dedicado ao desenvolvimento de rotinas verdes e de baixo custo para a síntese de zeólitas, como o uso de resíduos sólidos industriais11 como matéria-prima para fornecer fontes de silício e alumínio, ou a adoção de receitas diretas sem agentes12. Os resíduos sólidos industriais alternativos relatados que podem ser fontes de silício e alumínio incluem ganguede carvão 13, cinzas volantes11, peneiras molecularesresiduais 14, resíduos de mineração e metalurgia15, solo abandonado por engenharia8 e solo agrícola6, etc.
Neste contexto, o solo vermelho, um material abundante e de fácil obtenção rico em silício e alumínio, foi adotado como matéria-prima, e uma abordagem química verde fácil foi desenvolvida para a síntese de materiais compósitos zeólitos do tipo Fe2O3/FAU (Figura 1). Os parâmetros de síntese detalhados foram ajustados. O material sintetizado apresenta alta capacidade de imobilização para remediação de água contaminada por metais pesados. O presente estudo deve ser instrutivo para pesquisadores relacionados que estão interessados nesta área para usar o solo como matéria-prima para a síntese de ecomateriais.
Protocol
Representative Results
Discussion
A zeólita é tipicamente um material de aluminossilicato. Em teoria, materiais que são ricos em silicato e aluminato podem ser escolhidos como matérias-primas para a síntese de zeólitas. A relação Si/Al da matéria-prima deve ser semelhante à do tipo selecionado de zeólita para minimizar o uso de fontes adicionais de silício/alumínio 6,8,16. A relação Si/Al da zeólita do tipo FAU é de 1,2 e a relação Si/Al do so…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado financeiramente pelos Fundos de Ciências Naturais para Jovens Acadêmicos Distintos da Província de Guangdong, China, No. 2020B151502094; Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, No. 21777045 e 22106064; Fundação da Comissão de Ciência, Tecnologia e Inovação de Shenzhen, China, JCYJ20200109141625078; Projeto de inovação juvenil 2019 das universidades e faculdades de Guangdong, China, No. 2019KQNCX133 e um fundo especial para a estratégia de inovação científica e tecnológica da Província de Guangdong (PDJH2021C0033). Este trabalho foi patrocinado pelo Laboratório Chave de Ciência Interfacial e Engenharia de Materiais de Shenzhen (No. ZDSYS20200421111401738), Laboratório Chave Provincial de Guangdong de Controle de Poluição do Solo e Águas Subterrâneas (2017B030301012) e Laboratório Chave de Proteção Ambiental do Estado de Controle Integrado de Poluição de Águas Superficiais e Subterrâneas. Em particular, reconhecemos o apoio técnico das Instalações de Pesquisa Básica do SUSTech.
Materials
| Chemicals | |||
| Cadmium nitrate tetrahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C102676 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Chromium(III) nitrate nonahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C116446 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Copper sulfate pentahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C112396 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Lead nitrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | L112118 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Nickel nitrate hexahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | N108891 | AR, 98%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Nitric acid | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | N116238 | AR, 69.2%. Used as solvent in ICP-MS test. |
| Potassium dichromate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | P112163 | AR, 99.8%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Silicon dioxide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | S116482 | AR, 99%. For synthesis of zeolite. |
| Sodium (meta)arsenite | Sigma-aldrich | S7400-100G | AR, 90%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Sodium hydroxide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | S111502 | Pellets. For the synthesis of zeolite. |
| Zinc nitrate hexahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | Z111703 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Equipment | |||
| Air-dry oven | Shanghai Yiheng Technology Instrument Co.,LTD. | DHG-9075A | Used for hydrothermal crystallization and drying of sample |
| Analytical balance | Sartorius Scientific Instruments Co.LTD | BSA224S-CW | Used for weighing samples |
| Centrifuge tubes | Nantong Supin Experimental Equipment Co., LTD | ||
| High speed centrifuge | Hunan Xiang Yi Laboratory Instrument Development Co.,LTD | H1850 | Used for separation of solid and liquid samples |
| Multipoint magnetic stirrer | IKA Equipment Co.,LTD. | RT15 | Used for stirring samples |
| Oscillator | Changzhou Guohua Electric Appliances Co.,LTD. | SHA-B | For uniform mixing of samples |
| Syringe-driven filter | Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co.,LTD. | 0.22 μm. For filtration. | |
| Softwares | |||
| JADE 6.5 | Materials Data& (MDI) | ||
| Mercury | Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) | ||
| Materials Studio | Accelrys Software Inc. | ||
| Websites | |||
| Database of Zeolite Structures: http://www.iza-structure.org/databases/ | |||
| ICSD: https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en |
References
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