Use of Organic Waste from Coffee Capsules in the Adsorption of Cu(II), Co(II), Ni(II) and Cd(II) Ions in Aqueous Systems

Abstract

The present work aims to use organic residues of coffee capsules as adsorbent material for adsorption of Cu(ІІ), Co(ІІ), Ni(ІІ) and Cd(ІІ) ions in aqueous systems. In order to know the properties of the adsorbent, it was subjected to characterization by dispersive energy X-ray fluorescence (EDXRF), Absorption Spectroscopy in the Infrared Region (IR) and determination of pH at the Zero Charge Point (pHPCZ). The analysis by EDXRF after the adsorption procedure revealed an increase in the intensity of the peaks related to the cooper and the appearance of peaks related to the cobalt and nickel. The IR spectra showed bands referring to the main functional groups present in the organic residue of coffee capsules. pHPCZ revealed a neutral surface in a range of 6 to 8. The factors that influence the adsorption process, such as pH, adsorbent mass and adsorption time, were evaluated in a univariate manner, with the optimal values of 9, 80 mg and 60 minutes being obtained, respectively. The kinetic evaluation of the adsorption process was performed, indicating that the Ni(II) and Co(II) ions were better adjusted to the Avrami model, the Cd(II) ion to the pseudo-second order model and the Cu(II) ion fit the Avrami and pseudo-second order models, which can be explained by both. O presente trabalho visa utilizar resíduos orgânicos de cápsulas de café como material adsorvente para adsorção dos íons Cu(ІІ), Co(ІІ), Ni(ІІ) e Cd(ІІ) em sistemas aquosos. A fim de conhecer as propriedades do adsorvente, o mesmo foi submetido à caracterização por Fluorescência de Raios X por energia dispersiva (EDXRF), Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho (IV) e determinação do pH no Ponto de Carga Zero (pHPCZ). A análise por EDXRX após o procedimento de adsorção revelou um aumento na intensidade dos picos referentes ao cobre e o surgimento de picos referentes cobalto e níquel. Os espectros de IV mostraram bandas referentes aos principais grupos funcionais presentes no resíduo orgânico de cápsulas de café. O pHPCZ revelou uma superfície neutra em uma faixa de 6 a 8. Os fatores que influenciam o processo de adsorção, como pH, massa de adsorvente e tempo de adsorção, foram avaliados de forma univariada, sendo obtido os valores ótimos de 9, 80 mg e 60 minutos, respectivamente. A avaliação cinética do processo de adsorção foi realizada, indicando que os íons Ni(II) e Co(II) se ajustaram melhor ao modelo de Avrami, o íon Cd(II) ao modelo de pseudo-segunda ordem e o íon Cu(II) se ajustou aos modelos de Avrami e pseudo-segunda ordem, podendo ser explicado por ambos.