Recuperação de metais pesados com recurso a líquidos iónicos

Abstract

A poluição dos meios aquáticos por efluentes domésticos e industriais contaminados com metais pesados é um dos mais sérios problemas a nível dos dias de hoje. A persistência destes elementos químicos no meio aquoso e a sua consequente acumulação na cadeia alimentar e nos organismos vivos, tem consequências nefastas nos mesmos. Os líquidos iónicos são uma nova classe de solventes, que se apresentam como alternativa interessante aos métodos comuns de remoção de metais pesados de matrizes aquosas. A presente dissertação aborda a extração de Zn(II) e Cr(III) com recurso ao IL [TOMA][Cl]. Foi estudada a influência do pH, do tempo de contato entre as fases de líquido iónico e aquosa, da razão volumétrica entre estas fases e a concentração inicial dos iões metálicos em solução aquosa na eficiência de extração. Outros estudos efetuados foram a determinação da capacidade de loading do líquido iónico e testes de stripping. No estudo da extração de Cr(III), as percentagens de remoção foram praticamente nulas, concluindo-se que o [TOMA][Cl] não é o IL mais apropriado para a extração deste metal. Por sua vez, o CYPHOS® IL 104 apresenta uma boa percentagem de remoção de Cr(III) (81%). No estudo de extração de Zn(II), as percentagens de remoção foram sempre acima dos 65 % em todas as condições testadas e chegaram ao máximo de 100 %. As condições ótimas de extração são: pH < 2 ; O/A = 2 ; C0 = 50 mg/L ; t = 60 min. Após a determinação da capacidade de loading, averiguou-se que o IL consegue reter cerca de 9 g/L de iões de Zn(II) na sua estrutura, ao longo de 10 ciclos de extração. O stripping do IL carregado com iões de Zn(II) foi realizado com recurso a uma solução de NaOH. A eficiência de stripping máxima foi de aproximadamente 68%, considerada satisfatória. Conclui-se também que a eficiência de stripping diminui com o loading do IL. No decorrer das experiências de stripping, verificou-se que o [TOMA][OH], formado nestas condições, atinge eficiências de 100% de remoção para o Zn (II) .

Pollution of water resources by heavy metal contaminated domestic and industrial wastewater is one of the most serious environmental issues nowadays. The accumulation of heavy metals in the food chain and consequently in living organisms, caused by the persistence of these chemical elements within the aquatic medium, may lead to health complications. Ionic liquids are a new class of solvents, that have been making a case for themselves as an interesting alternative to common heavy metal removal techniques from aqueous matrixes. This paper explores the liquid-liquid extraction of Zn(II) and Cr(III) using the ionic liquid [TOMA][Cl]. The influence of several operating parameters on the removal efficiency such as pH, contact time between ionic liquid and aqueous phase, volumetric ratio between said phases and initial concentration of metal ions in the aqueous solution was investigated. Other studies within this paper were the determination of the loading capacity of the IL [TOMA][Cl] and stripping tests. Regarding Cr(III) extraction, the removal efficiency was near zero therefore concluding that [TOMA][Cl] isn’t the right IL to extract this metal. On the other hand, CYPHOS® IL 104 can remove Cr(III) quite well, with a removal efficiency of 81%. Concerning Zn(II) extraction, the removal efficiency was pretty high across all the tests made, with a minimum 65 % and maximum 100 % removal of these metal ions. Optimal extractions conditions are: pH < 2; O/A = 2; C0 = 50 mg/L; t = 60 min. In the loading capacity experiments, it was found that the IL can load about 9 g/L of Zn(II), across 10 extraction cycles. Stripping tests of the loaded ionic liquid phase were made with NaOH as the stripping agent. Stripping efficiency reached a maximum of approximately 68 %, considered good. Another conclusion was that the stripping efficiency is inversely proportional to the loading of the IL with Zn(II) ions. In the midst of these experiments, it was discovered that the IL [TOMA][OH], formed during on these experiments, guarantees complete removal of Zn(II) .