Brazilian clays as natural cation exchangers for copper sorption in a batch system

Autor(es)

Ferreira, Rafaela Reis ; da Costa, Talles Barcelos ; Barbosa, Rennan Felix da Silva ; Camani, Paulo Henrique ; Menezes, Romualdo Rodrigues ; Rosa, Derval dos Santos

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ADSORPTION-JOURNAL OF THE INTERNATIONAL ADSORPTION SOCIETY; v. 30, n. 8, p. 21-pg., 2024-09-26.

Resumo

This study evaluated Brazilian natural clays for copper sorption from water. Clays were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET), and sorption tests. Affinity tests showed that brasgel (B, 69%), chocobofe (Cb, 46%), and chocolate (Ch, 41%) had higher Cu2+ capture potential than zeolite (Z, 26%), palygorskite (P, 18%), treated palygorskite (TP, 11%), and cloisite 20A (C20A, 4%). The capture of Cu2+ by clays and zeolite occurs with the release of light metal ions, especially Na+, Mg2+ and Ca2+, which were initially present in the nanomaterials structure. The organomodification of clays possibly altered specific surface area, affecting Cu2+ removal. Besides, the lamellae morphology of B, Cb, and Ch and their crystalline structure of smectites facilitated the metal ion removal. Next, B, Cb, and Ch clays were selected based on their affinity with Cu2+ to investigate these systems' sorption kinetics and equilibrium isothermal. The sorption kinetics showed that the equilibration time was reached within 120 min for all clays. The Pseudo-second order (PSOR) and External mass transfer resistance (EMTR) models effectively represented the kinetics data. The isothermal equilibrium revealed that the maximum uptake capacity for clays by Cu2+ increased in the following order: B (0.264 mmol g(-1)) > Cb (0.223 mmol g(-1)) > Ch (0.177 mmol g(-1)). The isothermal curves better fit the Freundlich (B nanoclay) and Langmuir (Cb and Ch clays) models. The findings suggest that Brazilian clay nanostructures, particularly B, Cb, and Ch, are promising nanoadsorbents for removing bivalent copper ions from aqueous solutions. (AU)

• Processo FAPESP: 20/13703-3 - Materiais porosos ecológicos para a recuperação e reavaliação de metais recuperados de água contaminada
• Beneficiário: Derval dos Santos Rosa
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 21/14714-1 - EMU concedido no processo 2020/13703-3 (projeto temático): Cromatógrafo de Íons Modular 940 Professional IC Vario
• Beneficiário: Derval dos Santos Rosa
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 24/08105-0 - Poli(alfa e beta-ciclodextrinas) contendo argilas brasileiras para remoção de elementos potencialmente tóxicos em águas contaminadas
• Beneficiário: Rafaela Reis Ferreira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 23/11229-0 - Membranas porosas biodegradáveis compósitas de PLA contendo nanoargila/nanocelulose para remoção e recuperação de EPTs de águas contaminadas
• Beneficiário: Paulo Henrique Camani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/08296-2 - Desenvolvimento de hidrogéis de quitosana contendo nanoestruturas de celulose modificada para remoção e recuperação de metais em águas contaminadas
• Beneficiário: Rennan Felix da Silva Barbosa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/11133-0 - Desenvolvimento de hidrogéis porosos biodegradáveis de amido contendo nanocelulose ou nanoargilas modificadas para remoção e recuperação de metais em águas contaminadas
• Beneficiário: Talles Barcelos da Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 23/11783-8 - Hidrogéis de amido compósito para sorção de elementos potencialmente tóxicos em águas contaminadas: interação sinérgica entre ligantes seletivos em nanocelulose modificada
• Beneficiário: Talles Barcelos da Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/16301-6 - Aerogéis de amido contendo nanocelulose modificada para remoção de metais pesados em águas residuais oriundas do setor industrial
• Beneficiário: Paulo Henrique Camani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/01382-3 - Hidrogéis de celulose contendo argilas modificadas para remoção e recuperação de íons metálicos presentes em águas contaminadas
• Beneficiário: Rafaela Reis Ferreira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado