52º CBQ - Influência do pH na adsorção de íons fosfato em soluções aquosas utilizando como agente adsorvente lignina modificada.

ÁREA: Ambiental

TÍTULO: Influência do pH na adsorção de íons fosfato em soluções aquosas utilizando como agente adsorvente lignina modificada.

AUTORES: da Silva, M. (UFU) ; da Silva, L. (UFU) ; Cunha, R. (UFU) ; Ruggiero, R. (UFU)

RESUMO: Ligninas produzidas a partir da hidrólise ácida do bagaço de cana-de-açúcar foram quimicamente modificadas por um processo de eterificação (CML), e posteriormente complexadas com íon Ferro(III)(CML-Fe). Foi estudada a capacidade de adsorção da CML-Fe em soluções aquosas contendo fosfato em diferentes pHs, na qual a melhor porcentagem de remoção de fosfato ocorreu em pH 2,65. Construiu-se as isotermas baseadas no modelo de Langmuir e Freundlich. Os resultados mostraram excelente capacidade de captura do fosfato pela CML-Fe. Os cálculos mostram o valor máximo de adsorção (Qmáx) na ordem de 42,07mg de fosfato/g de CML-Fe, sugerindo um caminho promissor na utilização desse novo material obtido na imobilização de fosfato.

PALAVRAS CHAVES: Lignina; Adsorção; fosfato

INTRODUÇÃO: A lignina, depois da celulose, é o segundo polímero de origem vegetal produzido pela natureza. Um método de produção de lignina em alta escala surgiu recentemente com o desenvolvimento de um novo processo de produção de etanol por hidrólise de bagaço de cana de açúcar (ALLEONI et al., 1998). O processo DHR^® (Dedini Hidrólise Rápida) tem gerado como subproduto lignina alcalina, gerando assim perspectivas reais de seu aproveitamento (LEENHEER et al., 1998). A biomassa, em sua forma nativa ou modificada (ligninas, celulose e lignocelulósicos) tem sido usada como agentes de purificação de efluentes líquidos e gasosos (NADA et al., 2006). A maioria das superfícies naturais de água (por exemplo, lagos, lagoas) tem níveis limitados em nitrogênio ou fósforo. As águas de chuva contendo níveis elevados de fósforo podem interromper o balanço de nutrientes e levar à proliferação de algas e ervas daninhas aquáticas; tal crescimento desenfreado freqüentemente resulta em baixos índices de oxigênio dissolvido que causa morte de peixes (LEE et al., 2004) . De acordo com isso, existe uma necessidade de medidas efetivas para remover fosfatos arrastados pelas águas da chuva. Isto é especialmente verdade em ambientes urbanos e suburbanos onde amplos uso de fertilizantes e a acumulação de entulhos freqüentemente ocorre próximo às superfícies que canalizam nutrientes para os arredores de ecossistemas aquáticos (DEMIRBAS et al., 1992). A CML-Fe pode ser um excelente meio para a retirada de fosfato de águas.O objetivo deste trabalho foi estudar a influência do pH na adsorção de íons fosfato em soluções aquosas utilizando como agente adsorvente CML-Fe.

MATERIAL E MÉTODOS: A síntese da CML-Fe foi realizada segundo (DA SILVA et al., 2011).As análises de Infravermelho foram feitas em um espectrofotômetro de marca EQUINOX 55 Bruker. Cada espectro foi coletado na região de 400-4000 cm^-1 com resolução de 4 cm^-1. O estudo da influência do pH na adsorção de fosfato foi feito variando-se o pH das soluções(2-12), a concentração de fosfato foi fixada em 40 mg.L^-1 a massa de CML-Fe em 50 mg e a temperatura em 25°C todo o experimento foi realizado em 14 horas. Os estudos de adsorção para a avaliação da CML-Fe como adsorvente para a remoção de fosfato a partir de soluções aquosas usando o método de batelada para o estudo em questão. Para estas experiência, um valor fixo do adsorvente (50mg) foi colocado em frascos de 50 mL cilíndricos de poliestireno alta densidade (117 milímetros de altura e 30 mm de diâmetro) contendo 25 mL da solução de fosfato (10-70 mg.L^-1), o qual foram agitados durante 14 horas a 25°C. Em seguida com o objetivo de separar os adsorventes a partir das soluções aquosas, os frascos foram centrifugados a 4000 rpm durante 10 minutos utilizando uma centrífuga e alíquotas de 10 mL do sobrenadante foram adequadamente diluídas com água. Utilizou-se o método de azul de molibdênio para o cálculo das concentrações finais de fosfato que permaneceram na solução.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados referentes aos FTIR dos materiais estudados, a influência do pH do meio na adsorção de fosfato e as isotermas segundo o modelo de Langmuir e de Freundlich constam na figura 1 abaixo: A modificação para CML leva à perda da banda em 1704 cm^-1 em A e ocorre um aumento intenso na banda do íon carboxilato (ν assimétrico) em 1603 cm^-1, mostrando que ocorreu o processo de eterificação (ver (B)). Quando o íon Fe(III) foi inserido na CML (CML-Fe), esta banda deslocou-se para 1593 cm^-1 (ver (B) e (C)) e manteve-se intensa. Outra confirmação foi a banda simétrica do íon carboxilato que apareceu em 1459, 1420 e 1418 cm^-1 para lignina não modificada, CML, CML- Fe respectivamente , indicando que a eterificação e a posterior complexação da CML com o íon Fe(III) leva a um deslocamento das bandas de vibrações para número de ondas menores. Pode-se observar pela figura D que a maior % de remoção de fosfato se dá em pH por volta de 2,65 o que está de acordo com (DA SILVA et al 2011), tendo a CML-Fe seu pH isoelétrico em 4,07 em pH 2.65 toda a superfície do adosorvente está protonada que favorece a uma adsorção mais efetiva do ânion fosfato. Pela tabela 1, observa-se um valor de Qmáx de 42,07 mg de fosfato adsorvido por grama de CML-Fe utilizada, este valor se mostra relevante em aplicações deste material como adsorvente, em comparação com os resultados obtido por (SAHA et al., 2009) na qual o valor de Qmáx encontrado foi de 5,23 mg de fosfato adsorvido por grama de material utilizado. O valor de n=2,32 calculado na equação de Freundlich, demonstra a heterogeneidade da superfície do material adsorvente.

Fibura 1

FTIR dos materiais:(A)Lignina;(B)CML;(C)CML-Fe; (D)Efeito do pH sobre a adsorção de fosfato onde utilizou-se CML-Fe como adsorvente;Isotermas:(E) e (F)

Tabela 1

Parâmetros de adsorção de fosfato sobre a CML-Fe utilizando os modelos de isoterma de Langnuir e Freundlich.

CONCLUSÕES: Tendo em vista o valor da monocamada Qmáx, tudo indica que a CML após ser dopada com o íon ferro no seu estado de oxidação (III) é um material com excelentes propriedades para captura de íon fosfato,principalmente em pH=2,65 constituindo um material com perspectivas de ser usado como uma alternativa para a adsorção de fosfato em leitos de águas.

AGRADECIMENTOS: A UFU, ao Instituto de Quimica, a FAPEMIG e a CAPES.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALLEONI L. R. F., CAMARGO O. A., CASAGRANDE J. C. 1998. Isotermas de Langmuir e de Freundlich na descrição da adsorção de boro em solos altamente intemperizados. Scientia Agricola, 55(3).
CARVALHO W.S., MARTINS D., GOMES F. R., LEITE I. R., DA SILVA L. G., RICHTER E., RUGGIERO R. 2011. Phosphate adsorption on chemically modified sugarcane bagasse fibres. Biomass and Bioenergy. 35(9): 3913-3919.
DA SILVA L.G., RUGGIERO R., GONTIJO P. M., PINTO R. B., ROYER B., LIMA E. C., FERNANDES T. H. M., CALVETE T. 2011. Adsorption of Brilliant Red2BE dye from water solutions by a chemically modiﬁed sugar cane bagasse lignin. Chemical Engineering Journal. 168: 620–628
DEMIRBAS A. 1992. Adsorption of Co(II) and Hg(II) from water and wastewater onto modified lignin. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 54(4): 393-397.
LEE B.G., ROWELLl R. M. 2004. Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions Using Lignocellulosic Fibers. Journal of Natural Fibers. 1: 97-108.