Avaliação dos processos de eletrodiálise e eletrorrecuperação para remoção de níquel de efluentes sintéticos - Zanella, Eduardo Antônio (My University, 2026)
The presence of metals in industrial effluents represents a significant environmental concern due to their toxicity and potential for bioaccumulation in aquatic ecosystems. Among these contaminants, nickel stands out due to its widespread use in industrial processes. In this context, the development of efficient technologies for its removal and recovery is essential to mitigate environmental impacts and promote resource reuse. This study evaluated the performance of electrodialysis and electrodeposition processes for the removal and recovery of nickel from synthetic aqueous solutions. In the electrodialysis experiments, solutions containing 50, 100, 250, and 500 mg.L-1 of nickel were used to determine the limiting current density, while solutions with 50 and 100 mg.L-1 were used to assess metal removal and physicochemical parameters. For electrodeposition, solutions with 50 and 100 mg.L-1 were tested under current densities of 200 and 300 A.m-2. The electrodialysis results showed typical current?voltage curves with three distinct regions, and an increase in limiting current density with increasing nickel concentration. During the process, conductivity increased in the anodic and cathodic compartments and decreased in the central compartment, indicating ion migration through the membranes. Regarding pH, an increase was observed in the cathodic and central compartments and a decrease in the anodic compartment, associated with water electrolysis reactions. The process achieved high nickel removal efficiencies, exceeding 99.9 % for 50 mg.L-1 and 95 % for 100 mg.L-1. From an energy perspective, electrodialysis showed low specific energy consumption, with average values of approximately 0.25 kWh.g-1 for 50 mg.L-1 and 0.35 kWh.g-1 for 100 mg.L-1, demonstrating high energy efficiency even at different concentrations. In electrodeposition experiments, nickel removal ranged from approximately 53 % to 69 %, depending on the initial concentration and applied current density, with energy consumption varying from 0.87 to 2.10 kWh.g-1 for 50 mg.L-1 and from 0.35 to 0.94 kWh.g-1 for 100 mg.L-1. These results indicate a higher energy demand for electrodeposition, particularly at higher current densities, due to parallel reactions and lower overall efficiency. Deposit characterization revealed the formation of nickel associated with oxygenated phases, especially nickel hydroxide, indicating the occurrence of secondary reactions. Overall, electrodialysis showed higher removal efficiency and lower energy consumption, while electrodeposition enabled metal recovery in solid form. Both processes demonstrated potential for treating nickel-containing effluents, contributing to environmental impact reduction and resource recovery, and aligning with sustainable development principles by promoting efficient water use and pollution minimization, in accordance with the Sustainable Development Goals (SDGs), particularly those related to water quality and sustainable production. [resumo fornecido pelo autor]
A presença de metais em efluentes industriais representa um importante problema ambiental, devido à sua toxicidade e ao potencial de bioacumulação em ecossistemas aquáticos. Entre esses contaminantes, o níquel destaca-se por sua ampla utilização em processos industriais. Nesse contexto, o desenvolvimento de tecnologias eficientes para a remoção e recuperação desse metal torna-se fundamental para a mitigação de impactos ambientais e para o reaproveitamento de recursos. Este trabalho avaliou o desempenho dos processos de eletrodiálise e eletrorrecuperação aplicados à remoção e recuperação de níquel em soluções aquosas sintéticas. Nos ensaios de eletrodiálise foram utilizadas soluções contendo 50, 100, 250 e 500 mg.L-1 de níquel para determinação da corrente limite, enquanto experimentos com 50 e 100 mg.L-1 foram empregados para avaliação da remoção do metal e do comportamento de parâmetros físico-químicos. Nos ensaios de eletrorrecuperação foram utilizadas soluções com 50 e 100 mg.L-1 de níquel, aplicando densidades de corrente de 200 e 300 A.m-2. Nos experimentos de eletrodiálise, as curvas obtidas para determinação da corrente limite apresentaram três regiões características descritas na literatura, sendo observado aumento da corrente limite com o incremento da concentração de níquel em solução. Durante o processo, verificou-se aumento da condutividade nos compartimentos anódico e catódico, e redução no compartimento central, indicando a migração de íons através das membranas. Em relação ao pH, observou-se aumento nos compartimentos catódico e central e redução no anódico, comportamento associado às reações eletroquímicas da água. O processo apresentou elevada eficiência de remoção de níquel, com valores superiores a 99,9 % para soluções de 50 mg.L-1 e 95 % para soluções de 100 mg.L-1. Do ponto de vista energético, a eletrodiálise apresentou valores médios de consumo específico de energia de aproximadamente 0,25 kWh.g-1 para 50 mg.L-1 e 0,35 kWh.g-1 para 100 mg.L?¹, evidenciando elevada eficiência energética do processo mesmo em diferentes concentrações. Nos ensaios de eletrorrecuperação, os valores médios de remoção de níquel variaram entre aproximadamente 53 % e 69 %, dependendo da concentração inicial e da densidade de corrente aplicada, com consumo energético variando entre 0,87 e 2,10 kWh.g-1 para soluções de 50 mg.L-1 e entre 0,35 e 0,94 kWh.g-1 para soluções de 100 mg.L-1. Esses resultados indicam uma maior demanda energética da eletrorrecuperação, especialmente em condições de maior densidade de corrente, refletindo a ocorrência de reações paralelas e menor eficiência global do processo. A caracterização dos depósitos indicou a formação de níquel associado a fases oxigenadas, especialmente na forma de hidróxido de níquel, o que também evidencia a ocorrência de reações secundárias durante o processo. De modo geral, a eletrodiálise apresentou maior eficiência de remoção e menor consumo energético, enquanto a eletrorrecuperação possibilitou a recuperação do metal na forma sólida. Ambos processos demonstram potencial para o tratamento de efluentes contendo níquel, contribuindo para a redução de impactos ambientais e o reaproveitamento de recursos, se inserindo no contexto do desenvolvimento sustentável, ao promover o uso mais eficiente da água e a minimização da poluição, em consonância com diretrizes dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), especialmente relacionadas à qualidade da água e à produção sustentável. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Níquel; Eletroquímia; Eletrodiálise; Energia - Consumo; Metais; Nichel; Electrochemistry; Electrodialysis; Energy consumption; Metals