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Jun 15, 2024

Compreendendo a adsorção de flúor de águas subterrâneas por alumina modificada com alúmen usando o modelo de complexação de superfície PHREEQC

Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 12307 (2023) Citar este artigo 329 Acessos detalhes de métricas O flúor é reconhecido como um íon vital para o crescimento humano e animal devido ao papel crítico

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12307 (2023) Citar este artigo

329 Acessos

Detalhes das métricas

O flúor é reconhecido como um íon vital para o crescimento humano e animal devido ao papel crítico que desempenha na prevenção de problemas esqueléticos e dentários. Porém, quando ingerido em maior concentração pode causar desmineralização de dentes e ossos resultando em fluorose, portanto, a produção de material de alta capacidade adsortiva e também de baixo custo é necessária para o tratamento de fluoretos. Neste estudo, a folha de alumínio é valorizada em nanopartículas de alumina. A alumina preparada foi modificada com alúmen em duas proporções diferentes de 1:0,5 e 1:1 (alumina para alúmen p/p%) e posteriormente utilizada como adsorvente para remoção de flúor de águas subterrâneas. Os adsorventes foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, ponto de carga zero e difração de raios X. Diferentes fatores que influenciam a eficiência de remoção de fluoretos como pH, concentrações iniciais, tempo de contato e dosagem do adsorvente foram estudados e otimizados utilizando uma solução simulada de flúor. As condições ótimas obtidas foram usadas para testar águas subterrâneas reais. As condições estáticas do experimento foram utilizadas para calibrar um modelo geoquímico PHREEQC que foi posteriormente utilizado para simular a sorção de flúor na alumina modificada em diferentes condições. O PHREEQC também foi acoplado a um software de estimativa de parâmetros para determinar constantes de equilíbrio para as reações de superfície entre as espécies de flúor e o adsorvente, de forma que as simulações reflitam com precisão os resultados dos experimentos de laboratório. Estudos isotérmicos foram realizados nos adsorventes. Os modelos não lineares de Langmuir e Freundlich ajustaram-se bem aos dados de equilíbrio. Porém, com maior coeficiente de regressão e baixos valores do teste qui-quadrado, o processo de adsorção foi mais de quimissorção em uma superfície de monocamada. Estudos cinéticos também foram realizados utilizando equações não lineares dos modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. O modelo de pseudo-segunda ordem ajustou-se bem aos dados de equilíbrio. O mecanismo para a adsorção de íons fluoreto também foi estudado pelo modelo de difusão intrapartícula (IP) e descobriu-se que IP não era o fator determinante da taxa e, portanto, o mecanismo mais plausível para o processo de sorção foi a troca iônica ou atração de íons fluoreto para a superfície absorvente. As conclusões obtidas nesta investigação mostram que os resíduos de alumínio facilmente disponíveis podem ser valorizados num produto útil que pode ser utilizado na remoção de flúor de amostras de água, incluindo águas subterrâneas, que podem conter demasiado flúor e representar um risco para a saúde pública em geral. .

O flúor é reconhecido como um elemento vital para o crescimento humano e animal devido ao papel crítico que desempenha na prevenção de problemas esqueléticos e dentários. Porém, quando ingerido em maior concentração pode causar desmineralização de dentes e ossos resultando em fluorose1. O flúor é um dos íons cruciais, além do nitrato e do arsênico, que causa uma ampla gama de problemas de saúde por meio da exposição. A concentração máxima permitida recomendada na água potável pela Organização Mundial de Saúde2 e pela Autoridade Padrão do Gana3 é de 1,5 mg/L.

Os problemas de saúde associados à ingestão de água potável com concentrações mais elevadas de flúor estão a aumentar nos países em desenvolvimento devido à falta de instalações de tratamento de água adequadas4. As fontes naturais de flúor estão interligadas com os diferentes tipos de rochas e atividades vulcânicas que se manifestam nessas áreas. Outros factores que contribuem, como a meteorização das rochas e a mineralogia das bacias hidrográficas e dos aquíferos, também são responsáveis ​​pela maior concentração de flúor numa comunidade específica5. A maioria das pessoas que residem nestas áreas depende das águas subterrâneas para o seu abastecimento de água.