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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Estudo da adsorção da espécie metálica zn2+ em resinas de troca iônica para a remoção de poluentes de efluentes aquosos
Autor(es): Moraes, Lucas Soares de
Primeiro Orientador: Silva, Júlio César José da
Co-orientador: Lima, Eduardo de Oliveira
Membro da banca: Adriano, Luiz Henrique Cantarino
Resumo: Este estudo teve como objetivo investigar a remoção de íons Zn2+ de efluentes aquosos utilizando uma resina de troca iônica, com ênfase na otimização dos parâmetros de adsorção, validação do método analítico e aplicação em amostras reais provenientes da flotação reversa de minério de ferro. Inicialmente, as amostras foram submetidas à digestão ácida conforme o método EPA 3005A, envolvendo acidificação com HNO3, digestão overnight, adição de HCl e aquecimento controlado, garantindo a solubilização dos metais presentes. A quantificação foi realizada por espectrometria de absorção atômica com chama (F AAS), com otimização dos parâmetros instrumentais e validação baseada em figuras de mérito, apresentando elevada linearidade (R2 = 0,9998), limite de detecção de 0,02 mg L-1 e limite de quantificação de 0,06 mg L-1. Os estudos de adsorção avaliaram a influência de parâmetros como pH, massa de resina, tempo de contato e concentração inicial do íon metálico. O pH mostrou-se um fator determinante, com eficiência máxima em pH 2,0, onde a competição com íons H+ é reduzida sem ocorrência de precipitação do Zn2+, atingindo remoções superiores a 97%. A massa de adsorvente também influenciou diretamente o processo, sendo 0,6 g a condição ótima, proporcionando remoções de até 95% para soluções mais concentradas. A cinética de adsorção revelou um processo rápido, com equilíbrio atingido em aproximadamente 20 minutos e remoção superior a 93%. O ajuste aos modelos cinéticos indicou melhor concordância com o modelo de pseudo-segunda ordem (R2 = 0,9999), sugerindo que o mecanismo predominante é de natureza química, associado à troca iônica entre os íons Zn2+ e os grupos sulfonatos da resina. A análise das isotermas de adsorção evidenciou comportamento típico de saturação, sendo os dados bem descritos pelos modelos de Langmuir e Freundlich. O modelo de Langmuir apresentou excelente ajuste (R2 = 0,9992), indicando formação de monocamada e resultando em capacidade máxima de adsorção de aproximadamente 21,66 mg g-1. O modelo de Freundlich também apresentou bom ajuste (R2 = 0,9558), com valor de n = 5,70, indicando alta afinidade entre adsorvato e adsorvente e caráter favorável do processo em superfície heterogênea. Nos ensaios de dessorção, verificou-se que a utilização de solução de HCl 10% (v v -1) foi altamente eficiente, promovendo recuperação próxima a 100% dos íons Zn2+ em cerca de 40 minutos, enquanto a solução de 5% apresentou eficiência inferior (68%). Esses resultados demonstram a viabilidade de regeneração e reutilização da resina, contribuindo para a sustentabilidade do processo. A aplicação do método em amostra real de efluente demonstrou que o Zn2+ estava inicialmente abaixo do limite de detecção, sendo necessária a etapa de fortificação da amostra com concentração conhecida do metal para avaliar a eficiência do processo. Após a dopagem, os ensaios de adsorção realizados nas condições otimizadas evidenciaram elevada eficiência de remoção, com valores próximos a 99% e baixa variabilidade experimental (RSD = 0,12%), confirmando a alta reprodutibilidade do método. Esses resultados demonstram que a resina apresenta excelente desempenho mesmo em matrizes complexas, sendo capaz de remover eficientemente o Zn2+ em condições realistas, o que reforça o potencial do processo para aplicação no tratamento de efluentes aquosos e na recuperação seletiva de metais.
Abstract: This study aimed to investigate the removal of Zn2+ ions from aqueous effluents using an ion exchange resin, with emphasis on optimizing adsorption parameters, validating the analytical method, and applying it to real samples from reverse iron ore flotation. Initially, the samples were subjected to acid digestion according to the EPA 3005A method, involving acidification with HNO3, overnight digestion, addition of HCl, and controlled heating, ensuring complete solubilization of the metals present. Quantification was performed by flame atomic absorption spectrometry (F AAS), with optimized instrumental parameters and validation based on figures of merit, showing high linearity (R2 = 0,9998), a detection limit of 0,02 mg L-1, and a quantification limit of 0,06 mg L-1. The adsorption studies evaluated the influence of parameters such as pH, resin mass, contact time, and initial metal ion concentration. pH was found to be a determining factor, with maximum efficiency at pH 2,0, where competition with H+ ions is minimized without Zn2+ precipitation, achieving removal efficiencies above 97%. The adsorbent mass also directly influenced the process, with 0,6 g identified as the optimal condition, providing removals of up to 95% for more concentrated solutions. Adsorption kinetics revealed a rapid process, with equilibrium reached in aproximately 20 minutes and removal efficiencies above 93%. Kinetic modeling showed better agreement with the pseudo-second-order model (R2 = 0,9999), suggesting that the predominant mechanism is chemical in nature, associated with ion exchange between Zn2+ ions and sulfonate groups in the resin. Adsorption isotherm analysis showed a typical saturation behavior, with data well described by the Langmuir and Freundlich models. The Langmuir model exhibited an excellent fit (R2 = 0,9992), indicating monolayer formation and a maximum adsorption capacity of approximately 21,66 mg g-1. The Freundlich model also showed a food fit (R2 = 0,9558), with an n value of 5,70, indicating high affinity between adsorbent and favorable adsorption on a heterogeneous surface. Desorption experiments demonstrated that the use of a 10% (v v-1) HCl solution was highly efficient, achieving nearly 100% recovery of Zn2+ ions within approximately 40 minutes, whereas the 5% solution showed lower efficiency (68%). These results confirm the feasibility of resin regeneration and reuse, contributing to the sustainability of the process. Application of the method to a real effluent sample showed that Zn2+ was initially below the detection limit, requiring a spiking step with a known concentration of the metal to evaluate process efficiency. After spiking, adsorption experiments conducted under optimize conditions demonstrated high removal efficiency, with values close to 99% and low experimental variability (RSD = 0,12%), confirming the method’s high reproducibility. These results indicate that the resin performs effectively even in complex matrices, efficiently removing Zn2+ under realistic conditions, thereby reinforcing its potential application in wastewater treatment and selective metal recovery.
Palavras-chave: Troca iônica
F AAS
Tratamento de efluentes
Metais
Sustentabilidade
Ion exchange
F AAS
Effluent treatment
Metals
Sustainability
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21199
Data do documento: 29-Jan-2026
Aparece nas coleções:Bacharelado em Química - TCC Graduação



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