Reutilização catalítica de biosorventes suportados em zeólitos

Abstract

A presença de metais pesados em efluentes industriais constitui um problema ambiental para o qual várias tecnologias têm sido desenvolvidas. No entanto, a recuperação e reutilização dos metais é ainda limitada ou requer custos acrescidos. Neste contexto, o presente trabalho focou o desenvolvimento de um sistema de remoção de metais pesados que permite a reutilização dos metais como catalisadores para a oxidação de compostos orgânicos em fase líquida e gasosa. O sistema de remoção de metais pesados proposto consiste na associação de uma bactéria, Arthrobacter viscosus, com zeólitos sintéticos, o NaY ou o NaX. Estes sistemas foram testados para a remoção de Cr (VI) e Fe (III) em soluções aquosas, em reactor fechado. A bactéria Arthrobacter viscosus reduz o Cr (VI) a estados de oxidação mais baixos, que por sua vez podem permutar no zeólito (ao invés do Cr (VI)). Os valores de uptake mais elevados foram de 5 mgCr/gzeólito. A modificação superficial do NaY em meio alcalino demonstrou ser uma via que possibilita um aumento do desempenho do sistema bactéria – NaY para a remoção do Cr (VI). O uptake máximo obtido com um zeólito NaY modificado foi de 18 mgCr/gNaY. A remoção de Fe (III) é atribuída principalmente a permuta iónica no zeólito. Para esta espécie, o uptake mais elevado foi de 52 mgFe/gzeólito. A reutilização catalítica dos zeólitos contendo metal (crómio ou ferro) foi feita em duas vertentes. Na primeira, procedeu-se ao desenvolvimento de catalisadores para fase líquida. Para tal, imobilizaram-se complexos metálicos no interior dos zeólitos recolhidos dos ensaios de biossorção de Cr (VI) e Fe (III). As várias técnicas analíticas demonstraram que há imobilização de complexos de Fe e Cr nos zeólitos, sem alteração da estrutura e morfologia dos últimos. A segunda vertente estudada foi a catálise em fase gasosa. Para tal, foi realizada a oxidação catalítica de um composto orgânico volátil, o 1,2–diclorobenzeno. Apenas foram testados os zeólitos contendo crómio e os resultados demonstraram que a presença deste metal no NaY e NaX (possibilitada pela redução promovida pela bactéria Arthrobacter viscosus) melhora a eficiência do zeólito, quer em termos de conversão total do 1,2–diclorobenzeno, como na selectividade para o CO2, o produto de oxidação menos tóxico.

Heavy metal contaminated effluents present an environmental problem for which many technologies have been developed. Recovery of the removed metals is still limited or costly. The aim of the present work is the development of an heavy metal treatment system that allows the recovery of the metal as catalysts for the oxidation of organic compounds in both liquid and gas phase reactions. The proposed system results from the combination of a bacteria, Arthrobacter viscosus, with synthetic zeolites NaY or NaX. The system was tested for the removal of aqueous Cr (VI) and Fe (III) in batch reactors. The Arthrobacter viscosus bacterium promotes the reduction of Cr (VI) to lower valence states that can perform ionic exchange with the cations present inside the zeolite (unlike the Cr (VI) species). The highest uptake achieved was 5 mgCr/gzeolite. Surface treatment of NaY zeolite in alkaline medium proved to be a way for increasing the system’s performance for the removal of Cr (VI). The highest uptake achieved with treated NaY zeolite was 18 mgCr/gzeolite. Iron removal is mainly promoted by ionic exchange in the zeolite. The highest uptake achieved for Fe (III) was 52 mgFe/gzeolite. The reuse of the chromium and iron containing zeolites was conducted in two different paths. The first of them was the development of catalysts for liquid phase reactions. The immobilization of metal complexes was conducted inside the zeolites recovered from biosorption studies. Analytical data demonstrate the immobilization of chromium or iron complexes, without modification of the zeolitic matrix. The other path for metal reuse explored was the gas phase oxidation reaction of a volatile organic compound, 1,2-dichlorobenzene. Only Cr containing zeolites were tested and results showed that the presence of this metal in the NaY and NaX structure (promoted by the bacteriological action) improved the catalytic performance of these zeolites, both in total conversion of 1,2-dichlorobenzene and selectivity towards CO2, the least toxic reaction product.