Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Ambiental
TÍTULO: REMOÇÃO DE CÁLCIO EM SOLUÇÃO AQUOSA POR ADSORÇÃO EM NANOCRISTAIS DE CELULOSE
AUTORES: Matoso, V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Brandão Franco, K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Superbi de Sousa, R.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Colodette, J.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA)
RESUMO: A dureza da água é um fator relevante para o seu consumo industrial e domesticamente. Os adsorventes mais utilizados para remoção de dureza são as resinas de troca iônica. A desvantagem dessas está no fato de serem obtidas de derivados do petróleo, fonte não renovável e não biodegradável e possuírem alto custo de aquisição. Nanocristais de celulose (CNC) apresentam propriedades atrativas como a baixa toxicidade, baixa densidade e elevada resistência mecânica. O objetivo deste trabalho é utilizar o CNC feito a partir de fibra de algodão adicionado a polpa Kraft branqueada como adsorvente para retirar o íon Ca2+ de amostras de água dura. Os resultados encontrados indicaram que o uso CNC como adsorvente é um método promissor para remoção de cálcio em águas duras.
PALAVRAS CHAVES: Adsorção; Nanocristais de celulose; Dureza da água
INTRODUÇÃO: Os cátions metálicos dissolvidos em água podem trazer prejuízos econômicos (WHO, 2004). Nas indústrias, interações entre pH, alcalinidade e temperatura podem causar deposição de sais insolúveis, e a formação de crostas no interior de tubulações e equipamentos industriais e sistemas de tratamento e distribuição de água.
Métodos alternativos para remoção de metais vêm sendo estudados. Particularmente, a adsorção apresenta as vantagens de baixa geração de resíduos, fácil recuperação dos metais, possibilidade de regeneração do adsorvente e alta seletividade (KOBYA et al., 2005). Este tratamento pode vir a se tornar um método para a remoção de íons muito versátil e de vasta utilização pelo desenvolvimento de materiais adsorventes que possuam habilidades de remoção competitivas aos das resinas comerciais. A desvantagem da maioria das resinas comerciais de troca iônica está no fato delas serem obtidas de derivados do petróleo, fonte não renovável e não biodegradável (MENDHAM et al., 2002) e por isso possuírem alto custo de aquisição (ORLANDO et al., 2002).
O desenvolvimento de materiais biodegradáveis de fontes renováveis vem sendo fonte de inúmeras pesquisas nos últimos anos. Nanocristais de celulose (CNC) são estruturas cristalinas altamente ordenadas em materiais celulósicos. Pesquisas com CNC (cujas fontes são abundantes e renováveis) têm atraído grande atenção da comunidade científica, devido à grande área superficial ativa, como observado por Das et al. (2011) e Dong et al. (2012) e ainda devido à sua funcionalidade para várias aplicações.
Assim, este trabalho tem o propósito de investigar a possibilidade de se utilizar nanocristais de celulose do algodão incorporados a polpa Kraft branqueada como matriz de troca catiônica para abrandamento da dureza da água.
MATERIAL E MÉTODOS: A obtenção dos nanocristais de celulose a partir de fibras de algodão foi realizada de acordo com Sonesso (2011). As fibras de algodão foram submetidas a hidrólise ácida com ácido sulfúrico e o CNC obtido foi incorporado a polpa kraft branqueada. No processo de obtenção dos CNC, as regiões amorfas são desfeitas restando apenas sítios cristalinos das fibras de celulose. Os CNC obtidos apresentam carga superficial negativa devido à presença de grupos sulfonados e elevada área superficial. Após a obtenção da matriz adsorvente de CNC e polpa Kraft branqueada foi determinada a isoterma de adsorção de cálcio em pH neutro e temperatura ambiente (25±2°C). Para o ensaio cinético, foram adicionados em um béquer 0,5g de adsorvente e 50 mL de uma solução de 300mg.L-1 de Ca+2. Alíquotas de 5mL foram tituladas com EDTA (0,01 mol.L-1) em tempos de reação diferentes.
Na determinação da isoterma de adsorção, foram utilizadas 0,5 g de polpa triturada com CNC aderido para cada 50 mL de solução contendo diferentes concentrações de Ca+2 de 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 e 400 mg.L-1. As soluções foram deixadas sob agitação por 120 minutos até atingir o equilíbrio. Posteriormente foram tituladas com EDTA 0,01 mg.L-1 e indicador eriocromo T (1 mg.g-1) para determinação da concentração de cálcio na fase fluida (C, mg.L-1) (CRISPIM, 2009). A concentração do cálcio adsorvida na fase sólida (q, mg.g-1) foi determinada por balanço de massa. A eficiência de remoção do cálcio foi calculada a partir da concentração inicial e da concentração final de equilíbrio. Os dados de equilíbrio experimentais foram comparados com o modelo de isoterma de Langmuir, que permite calcular a quantidade máxima adsorvida (qm, mg.g-1).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Através do estudo cinético pode-se notar que ocorreu a remoção de Ca2+ da solução aquosa por grupos sulfatos presentes nos CNC de algodão. O tempo necessário para se atingir o equilíbrio foi de aproximadamente 100 min.
A isoterma de adsorção obtida indicou a atração entre o adsorvente e o soluto (Figura 1). De acordo com os dados da concentração de cálcio remanescente em solução e cálculo da eficiência de extração, encontrou-se que o adsorvente em questão é eficiente chegando a remover cerca de 84% de íons cálcio da solução aquosa inicial.
A isoterma foi caracterizada como do tipo L (GILES et al., 1974). A curva apresenta características de multicamadas de adsorção. Comportamento semelhante foi encontrado por Crispim (2009) estudando o processo de adsorção de íons cálcio em carvão ativado. Os dados experimentais foram ajustados ao modelo de Langmuir indicando que a quantidade máxima de cálcio adsorvida foi de 312,5 mg.g-1.
Figura 1
Isoterma de adsorção de cálcio em CNC adicionado a polpa Kraft branqueada.
CONCLUSÕES: A análise da isoterma de adsorção indicou que o sólido adsorvente estudado foi eficiente para adsorver íons cálcio, chegando a remover cerca de 84% da concentração inicial, na faixa de concentrações estudada. Assim, o CNC adicionado a polpa Kraft branqueada por ser um método alternativo para substituir as resinas de troca iônica comerciais para remoção de íons cálcio de soluções aquosas.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CRISPIM, S. C. L. 2009. Remoção de cálcio III em solução aquosa por meio de carvões ativados submetidos a tratamentos superficiais. Tese de Doutorado. Universidade Federal da Paraíba. João Pessoa, PB.
DAS, K.; RAY, D.; BANDYOPADHYAY, N. R.; SAHOO, S.; MOHANTY, A. K.; MISRA, M. 2011. Physicomechanical properties of the jute micro/nanofibril reinforced starch/polyvinyl alcohol biocomposite films. Composites: Part B, 42: 376-381.
DONG, H.; STRAWHECKERA, K. E.; SNYDERA, J. F. 2012. Cellulose nanocrystals as a reinforcing material for electrospun poly(methyl methacrylate) fibers: formation, properties and nanomechanical characterization. Carbohydrate Polymers, 87(4): 2488-2495.
GILES, C. H.; SIMITH, D.; HUITSON, A. A. 1974. A general treatment and classification of the solute adsorption isotherm. Theoretical Journal of Colloid and Interface Science, 47: 755.
KOBYA, M.; DEMIRBAS, E.; SENTURK, E.; INCE, M. 2005. Adsorption oh heavy metal ions from aqueous solutions by activated carbon prepared from apricot stone, Bioresourece Tecnology, 96: 1518.
MEDHAM, J. et al. 2002. Vogel – analise química quantitativa, 6ª Ed. LTC. Rio de Janeiro.
ORLANDO, U. S. et al. 2002. Preparation of chelating agents form sugarcane bagasse by microwave radiation as an alternative ecologically benign procedure. Green chemistry, 4: 555-557.
SONESSO, M. F. C. 2011. Obtenção e caracterização de nanocristais de celulose a partir de algodão cru e polpa Kraft. Dissertação de Mestrado em Engenharia Química, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, SC.
WHO 2004. Guidelines for drinking-water quality, v. 1, 3 a.Ed., WHO Library, Genova.