ABSTRACT
RESUMO Óxidos de ferro recuperados da drenagem ácida de minas representam uma matéria-prima potencial para a produção de baixo custo de nanogoetita ou nanohematita, com grau de pureza adequado para o seu uso como catalisador em processos de tratamento de efluentes líquidos com ozônio. Assim, a toxicidade das nanopartículas de ferro precisa ser determinada para prever seu impacto no meio ambiente, antes e depois de terem sido utilizadas nesses processos. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a toxicidade de nanogoetita e nanohematita produzidas a partir da drenagem ácida de minas bem como comparar os resultados com hematita sintética de alta pureza. A nanogoetita foi obtida da drenagem ácida de minas e, após seu tratamento térmico a 450°C, produziu nanopartículas de hematita. Os materiais foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e determinação da área superficial específica e porosidade com base nas isotermas de adsorção/dessorção de N2. Foram realizados os ensaios de ecotoxicidade usando os protocolos padronizados para bioluminescência com Vibrio fischeri, letalidade da Artemia sp., germinação de sementes de Lactuca sativa L. (alface) e crescimento das raízes de Allium cepa L. (cebola). Os resultados de toxicidade indicaram estabilidade das nanopartículas, que não são alteradas significativamente pela ação do ozônio em meio aquoso. Para todas as amostras, os valores indicaram baixa ou nenhuma toxicidade nas condições dos experimentos, para os bioindicadores utilizados. Esses resultados fornecem indicação de que as nanopartículas de ferro recuperadas da indústria de resíduos podem ser usadas como catalisadores sem efeitos adversos ao meio ambiente.
ABSTRACT Iron oxides recovered from acid mine drainage represent a potential raw material for the low-cost production of nanogoethite or nanohematite, with a degree of purity suitable for its use as a catalyst in processes for treating liquid effluents with ozone. Thus, the toxicity of iron nanoparticles needs to be determined to predict their impact on the environment, before and after they have been used in these processes. In this context, the objective of this study was to evaluate the toxicity of nanogoethite and nanohematite produced from acid mine drainage as well as to compare the results with high-purity synthetic hematite. Nanogoethite was obtained from acid mine drainage and, after its heat treatment at 450°C, produced nanoparticles of hematite. The materials were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and determination of the specific surface area and porosity based on N2 adsorption/desorption isotherms. Ecotoxicity tests were carried out using standardized protocols for bioluminescence with Vibrio fischeri, lethality of Artemia sp, germination of Lactuca sativa L (lettuce) seeds, and growth of Allium cepa L (onion) roots. The toxicity results indicated stability of the nanoparticles, which are not significantly altered by the action of ozone in aqueous medium. For all samples, the values indicated low or no toxicity under the conditions of the experiments. These results provide an indication that the iron nanoparticles recovered from the waste industry can be used as catalysts without adverse effects on the environment.
ABSTRACT
Resumo A drenagem ácida de mina da mineração de carvão é um dos mais graves problemas ambientais que existem atualmente e é caracterizada, principalmente, por apresentar elevada acidez, baixo pH e expressiva concentração de metais tóxicos, como ferro, Mn e muitos outros, afetando diretamente mananciais e rios. Em busca de uma alternativa que pudesse melhorar, de forma eficiente e econômica, os níveis de acidez e ferro da água impactada pela drenagem ácida de mina, foi desenvolvido um adsorvente geopolimérico à base de materiais residuais da indústria cerâmica e do beneficiamento de arroz (cinzas da casca de arroz). O objetivo desta pesquisa foi avaliar a eficiência do geopolímero na remoção de íons ferro em água contaminada com drenagem ácida de mina. Foram avaliados aspectos de dosagem do adsorvente, efeito da temperatura, concentrações iniciais de ferro, cinética e parâmetros termodinâmicos do processo de adsorção. O percentual de ferro removido foi de 92,76%, à temperatura de 25 °C, em um período de 20 min, com uma concentração de adsorvente de 4 g L-1. A capacidade máxima de adsorção de ferro pelo geopolímero foi de 7,18 mg.g-1. O principal mecanismo de adsorção ocorreu em razão da quimissorção, que segue o modelo cinético de pseudossegunda ordem. O geopolímero se mostrou como uma alternativa eficiente ao tratamento de água contaminada com drenagem ácida de mina.
Abstract Acid mine drainage is a worldwide problem and is characterized by high acidity, low pH and expressive concentration of heavy metals, such as iron, Mn and many others, directly affecting water sources and rivers. In search of an alternative that could efficiently and economically improve the levels of acidity and water iron impacted by acid mine drainage, a geopolymeric adsorbent based on residual materials was developed: from the ceramic industry and rice processing (rice husk ash). In this work, it was evaluated the efficiency of the geopolymer in removing iron ions in water contaminated with acid mine drainage. Aspects of adsorbent dosage, temperature effect, initial iron concentrations, kinetics and thermodynamic parameters of the adsorption process were evaluated. The percentage of iron removed was 92.76%, at a temperature of 25 °C, for 20 min, with an adsorbent concentration of 4 g L-1, with the maximum capacity for adsorption of iron by the geopolymer being 7.18 mg.g-1. The main mechanism of adsorption occurred due to chemisorption, which follows the kinetic model of pseudo-second order. Geopolymer appears potentially useful an efficient alternative in the treatment of water contaminated with acid mine drainage.