Activated carbon loaded with manganese and iron for glyphosate adsorption: Kinetics, isotherms and thermodynamic studies

Ano: 2019 | Volume: 14 | Número: 6

Autores: Natalia Ueda Yamaguchi; Andressa Jenifer Rubio; Rosângela Bergamasco

Palavras-chave: herbicide, impregnation, water treatment.

Resumo Português:

Carvão ativado granular foi impregnado com 1% de ferro e 0,5% de manganês (m/m) para remoção de glifosato em soluções aquosas. O adsorvente foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva, técnicas de adsorção de nitrogênio e análises de potencial zeta. Estudos em batelada foram realizados para investigar os mecanismos de equilíbrio, cinética de adsorção e informações termodinâmicas. Com relação ao tempo de contato e capacidade máxima de adsorção, a adsorção de glifosato aumentou com o tempo de contato e alcançou o equilíbrio em 24 h, com uma capacidade máxima de adsorção de 9,19 mg g^-1 a 45°C. Os dados experimentais cinéticos em batelada foram ajustados ao modelo de pseudo-segunda ordem com R²>0,99. Experimentos de equilíbrio foram realizados a 5, 15, 25, 35 e 45°C. As isotermas de adsorção ajustaram-se melhor usando o modelo de Freundlich (R²>0,98), indicando uma adsorção multicamadas do glifosato. Estudos termodinâmicos mostraram que a adsorção de glifosato sobre carvão ativado granular impregnado com manganês e o ferro foi espontânea e viável (ΔG°<0), endotérmica (ΔH°= 20.924 kJ mol^-1) e com ΔS° de -73,250 J mol^-1 K^-1, indicando uma diminuição da entropia  do sistema na interface sólido-líquido durante o processo de adsorção do glifosato ao adsorvente.. Assim, o adsorvente desenvolvido neste trabalho mostrou-se uma alternativa para a remoção do glifosato em processos de tratamento e purificação de água.

Palavras-chave: herbicida, impregnação, tratamento de água.

Resumo Inglês:

Granular activated carbon was loaded with 0.5% manganese and 1.0% iron (m/m) for glyphosate removal from aqueous solutions. The adsorbent material was characterized by scanning electron microscopy, dispersive energy spectrometry, nitrogen adsorption techniques and zeta potential analyses. Batch studies were performed to investigate the adsorption equilibrium, kinetics mechanisms and to obtain thermodynamic information. Glyphosate adsorption increased with the contact time and achieved equilibrium within 24 h, with a maximum adsorption capacity of 9.19 mg g^-1 at 45°C. Batch kinetic experimental data obeyed the pseudo-second-order model with R²>0.99. Adsorption isotherm experiments were carried out at 5, 15, 25, 35 and 45°C. The adsorption isotherms presented a better fitting using the Freundlich model (R²>0.98), indicating a multilayer adsorption of glyphosate. Thermodynamics studies showed that the adsorption of glyphosate onto granular activated carbon loaded with manganese and iron was spontaneous and feasible with negative values of ΔG°, endothermic with ΔH° of 20.924 kJ mol^-1 and ΔS° of -73.250 J mol^-1 K^-1, suggesting a decrease in randomness at the solid–liquid interface between glyphosate and the adsorbent. The experimental results demonstrated that activated carbon loaded with manganese and iron may be an alternative for glyphosate removal in water, wastewater treatment and purification processes.