Ciência 2008, Encontro com a Ciência CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Novos materiais e controlo ambiental Marta Otero Ciência 2008, Encontro com a Ciência Julho2008

CESAM CICECO Resolução de problemas ambientais CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt CESAM C.B. Lopes, M. Otero, E. Pereira, A.C. Duarte CICECO Z. Lin, P. Lito, C.M. Silva, J. Rocha Resolução de problemas ambientais Investigação em materiais Contaminação do meio aquático devido á descarga de efluentes contendo metais vestigiais Síntese de materiais com capacidade de fixação de metais vestigiais

Problema ambiental em estudo: contaminação do meio aquático por metais CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Problema ambiental em estudo: contaminação do meio aquático por metais A maior parte da população Portuguesa vive na zona litoral onde se concentra a actividade industrial Descargas de efluentes provenientes de diferentes indústrias têm causado problemas de contaminação por metais no meio aquático A Ria de Aveiro é o exemplo de um sistema estuarino que tem sofrido a pressão da descarga de efluentes industriais (complexo industrial de Estarreja) 3

Problemática associada à contaminação do meio aquático por metais CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Problemática associada à contaminação do meio aquático por metais TOXICIDADE PROLONGADO TEMPO de RESIDÊNCIA no meio BIOACUMULAÇÃO nos seres vivos BIOAMPLIFICAÇÃO na cadeia trófica [Hg2+]água [Hg2+]peixe pequeno >[Hg2+]água [Hg2+]peixe mediano >[Hg2+]peixe pequeno [Hg2+]peixe grande >[Hg2+]peixe mediano 4

Legislação relativa às descargas de metais no meio aquático CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Legislação relativa às descargas de metais no meio aquático Directiva Quadro da Água (2000/60/CE): obrigação do cessamento das descargas de substâncias perigosas prioritárias até 2020 Decisão sobre substâncias perigosas prioritárias (2455/2001/EC) Hg(II), Cd(II), Pb(II) e os seus compostos fazem parte da lista de substâncias perigosas prioritárias 5

CESAM (Grupo de Química Analítica e Ambiental): CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt CESAM (Grupo de Química Analítica e Ambiental): Experiência na quantificação de metais Capacidade analítica para detectar concentrações tão baixas como 1 ng/L Investigação na área de alternativas de tratamento de águas naturais e efluentes com metais vestigiais 6

CICECO (Grupo de Materiais Avançados): CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt CICECO (Grupo de Materiais Avançados): Experiência na síntese e caracterização de materiais, nomeadamente, peneiros moleculares Capacidade de síntese de novos materiais com alta afinidade pelos metais Desenvolvimento de modelos matemáticos para a descrição dos processos de associação dos metais aos materiais 7

Que materiais? TITANOSILICATOS (ETS-10, ETS-4, AM-2, AM-4,...) CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Que materiais? TITANOSILICATOS (ETS-10, ETS-4, AM-2, AM-4,...) Peneiros moleculares: materiais que contêm muitos poros de tamanho preciso e regular o que lhes confere capacidade para classificar as moléculas em função de uma exclusão selectiva baseada no tamanho. Família dos zeolitos (zein = ferver + lithos = pedra): substâncias cristalinas com estrutura caracterizada por uma malha de tetraedros interligados, cada um consistindo de quatro átomos de oxigénio envolvendo um catião. Essa malha contém cavidades abertas, normalmente ocupadas por moléculas de água e catiões extra-malha, que são, em geral, trocáveis. 8

Propriedades dos materiais CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Propriedades dos materiais Establidade Variedade de estruturas TITANOSILICATOS Grande selectividade Ambientalmente inôcuos DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS E TECNOLOGIAS PARA A REMOÇÃO DE METAIS EM MEIO AQUÁTICO 9

ETS-4 (Engelhard titanosilicate number 4) CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt ETS-4 (Engelhard titanosilicate number 4) [(Na,K)2TiSi2,5O13.4H2O] (análogo ao mineral zorite) TiO6 Na+ Hg2+ TiO5 K+ Cd2+ SiO4 Na+ Na+ Estrutura tetraedros SiO4 Os iões Ti têm uma carga (-2) associada – balançada por catiões extra-malha (Na+; K+) pentaedros TiO5 octaedros TiO6 10

ETS-4 (Engelhard titanosilicate number 4) CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt ETS-4 (Engelhard titanosilicate number 4) [(Na,K)2TiSi2,5O13.4H2O] (análogo ao mineral zorite) 11

Remoção de Hg(II) em fase aquosa CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Remoção de Hg(II) em fase aquosa Experiências em batch Solução metal (V, C0)+ material (m) Agitação Isotermicidade Cinêtica e Equilíbrio de remoção CV-AFS (Cold Vapour Atomic Fluorescence Spectroscopy) PSA cold vapour generator 10.003 | Merlin PSA detector 10.023 12

Cinética de remoção de Hg (II) em fase aquosa CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Cinética de remoção de Hg (II) em fase aquosa ETS-10 ETS-4 C0 = 50 μg/L Ce ≤ 2 μg/L C0 = 50 μg/L Ce ≤ 2 μg/L AM-2 AM-4 C0 = 50 μg/L Ce ≤ 2 μg/L C0 = 50 μg/L F1. Cinética da remoção de Hg(II) da fase aquosa utilizando diferentes materiais 13

Modelação da remoção de Hg (II) em fase aquosa CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Modelação da remoção de Hg (II) em fase aquosa Modelos baseados nas equações de Nernst-Planck (NP) e de Maxwell-Stefan (MS), combinando as resistências de difusão externa e intraparticular têm sido desenvolvidos para descrever o processo de associação metal-material. AAD = 2.69% F2. Concentração normalizada de Hg(II) em solução vs. tempo: resultados obtidos da aplicação do modelo NP (linhas) e experimentais (símbolos). C0 = 50 μg/L; V = 2 L, 295 K; mETS-4 ○= 1.37 mg; * = 2.22 mg e □ = 3.45 mg. AAD = Average of the Absolute Deviation 14

Comparação com outros materiais CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Comparação com outros materiais As capacidades de remoção de Hg(II) experimentalmente obtidas com ETS-4 são superiores às de materiais tais como sílicas mesoporosas SBA-15 e MCM-41 para Hg(II) (Pérez-Quintanilla et al., 2006) Concentrações residuais obtidas para Hg(II) após usar ETS-4 cumprem os limites de qualidade para águas de consumo humano - [Hg] < 2 µg/L (Drinking water quality – EPA (MCLs)) http://www.epa.gov/safewater/contaminants/index.html 15

Materiais para a remoção de metais da água CESAM Centro de Estudos do Ambiente e do Mar Laboratório Associado| www.cesam.ua.pt Materiais para a remoção de metais da água Novos materiais produzidos no CICECO têm mostrado potencial para a resolução dum grave problema ambiental como é a contaminação metálica Está planeada a produção e optimização de novos materiais e classes de materiais e a sua aplicação para remover Hg(II), Cd(II), Pb(II) e outros metais da água Utilização destes novos materiais em condições reais e à escala piloto é objectivo futuro 16