Adsorção de detergentes em efluentes aquosos usando aerogéis de sílica

Abstract

The detergents are synthetic chemical products commonly used for cleaning surfaces. There are different formulations for detergents, depending on their application such as washing, household cleaning, personal care, etc., where tensioactive components are the most important component. In the last decades, the production of tensioactives has increased due to continuous development of products for a more demanding society. Those components, however, when released into hydric resources lead to a deterioration of the quality of water and thus to a concerning environmental problem. Adsorption process has been appointed as solution for the removal or reduction in concentration of such pollutants. Recently, silica based aerogels have been studied as potential adsorbents of pollutants in liquid effluents. In this work, in an effort to reduce water pollution, the use of aerogel materials was explored for the treatment of tensioactive-contaminated water effluents. The adsorbent materials used in this particular study are silica-based aerogels synthetized with different quantities of methyltrimethoxysilane and tetramethyl orthosilicate precursors to change hydrophobic and hydrophilic interactions between the aerogel and adsorbate. The aerogels showed a contact angle in water between 36 to 142° confirming the alteration of the hydrophobicity of the aerogel, as expected. During the experimental phase, the adsorption capacity for sodium dodecyl sulphate (SDS), one of the most commonly used tensioactives in detergent formulations, was evaluated. It was concluded that aerogels show a maximum adsorption capacity of 55 mg.g-1. This value is similar when compared with other adsorbents reported in literature. Adsorption isotherm studies were also made noticing that BET and Freundlich models demonstrated a better fit than Langmuir. This suggests that there is a multilayer adsorption, which cannot be explained by the Langmuir model. To further study the adsorption process of tensioactives onto silica-based aerogels, kinetic studies were also carried out. It was concluded that, for the hydrophobic aerogel, the pseudo-first order kinetic model had the best fit whereas for the hydrophilic aerogel it was the pseudo-second order kinetic model which obtained the best fitting. These two different fits for those two materials indicate that aerogel’s porosity is an important parameter when considering the adsorption of SDS and that it should be taken into account.

Os detergentes são produtos químicos sintéticos utilizados para retirar a sujidade em todo o tipo de superfícies. Consoante seja a sua aplicação, estes têm formulações diferentes existindo produtos para limpeza de roupas, casa de banho, cozinha, higiene pessoal, etc. Das matérias-primas usadas na formulação de detergentes, os tensioativos são o composto principal e nas últimas décadas observa-se um aumento da sua produção, na sequência do desenvolvimento de uma sociedade cada vez mais exigente. A crescente preocupação ambiental relacionada com a deterioração dos recursos hídricos deve-se sobretudo à descarga de materiais poluentes para os cursos naturais, nomeadamente tensioativos. Deste modo, a adsorção é frequentemente utilizada no sentido de remover ou diminuir a concentração de compostos poluentes existentes na água. Atualmente, os aerogéis de sílica têm sido estudados como potenciais adsorventes de poluentes em efluentes líquidos. Neste âmbito, o presente trabalho pretende explorar o pré-tratamento de efluentes contaminados por tensioativos, utilizando estes materiais como material adsorvente. Os materiais adsorventes utilizados ao longo da parte experimental foram aerogéis à base de sílica, obtidos a partir de diferentes quantidades de tetrametilortosilicato e metiltrimetoxisilano, de forma a variar potenciais interações hidrofóbicas e hidrofílicas com o adsorvato. Os aerogéis apresentaram um ângulo de contacto com água de 36 a 142° confirmando-se a alteração da hidrofobicidade do aerogel. Durante a fase experimental, procedeu-se à avaliação da capacidade de adsorção destes adsorventes relativamente ao dodecil sulfato de sódio, que é um dos tensioativos mais utilizados na formulação de detergentes. Concluiu-se que os aerogéis apresentam capacidades adsortivas máximas de 55 mg.g-1. Este valor encontra-se na mesma ordem de grandeza dos adsorventes reportados na literatura. Na avaliação das isotérmicas de adsorção, o modelo de BET e Freundlich apresentaram melhores previsões comparativamente com o de Langmuir, demonstrando que este processo de adsorção física ocorre em múltiplas camadas. Adicionalmente foi possível verificar que o modelo da cinética que melhor descreve o mecanismo de adsorção é o de pseudo-1ª ordem para os aerogéis hidrofóbicos e de pseudo-2ª ordem para o aerogel hidrofílico. Estes resultados mostram que o fator que influencia o processo de adsorção nos aerogéis hidrofóbicos é a concentração de adsorvato e no aerogel hidrofílico é a sua porosidade.