ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Ambiental
Autores
Carvalho, M.N. (UFPE) ; Silva, K.S. (UFRPE) ; Gomes, M.J.F. (UFRPE) ; Ghislandi, M.G. (CETENE/PE - CENTRO DE TECNOLOGIAS ESTRATÉGICAS DO) ; Freire, E.M.P.L. (UFPE) ; Motta, M.A. (UFPE) ; Sales, D.C.S. (ASCES - ASSOCIAÇÃO CARUARUENSE DE ENSINO SUPERIOR)
Resumo
O lançamento de efluentes não tratados oriundos da indústria têxtil, com alta carga de corantes, implica em um grande impacto ambiental. No presente trabalho, a remoção do indosol azul reativo por adsorção pelo grafeno reduzido XGnP® foi avaliada em estudos de cinética e equilíbrio. O estudo do equilíbrio indicou comportamento via isoterma de adsorção do tipo II, com recobrimento em multicamadas, a partir do qual o modelo de BET foi melhor ajustado fornecendo os seguintes parâmetros de equilíbrio: K = 401,15 ± 30,12; d = 89,62 ± 3,27 e qm = 6,27 ± 1,63 mg/g; Na sequência, recorreu-se a um estudo cinético do processo operado em batelada via modelo de pseudo-segunda ordem, R2 (0,97); fornecendo a constante de k = 0,0651 ± 0,0218 g/mg.s.
Palavras chaves
adsorção; grafeno; corante
Introdução
Nas últimas décadas, o aumento das atividades industriais resultou em uma série de problemas ambientais, tais como a contaminação de águas, através de efluentes contaminados, os quais possuem compostos orgânicos, inorgânicos, metais, entre outros [1]. Estudos revelam que o setor têxtil é responsável por grande parte da poluição ambiental, principalmente devido à geração de efluentes que possui composição variada, incluindo corantes. Estes, na sua maioria, são constituídos de estruturas químicas complexas, considerados extremamente perigosos, devido sua toxicidade e por apresentarem baixa taxa de degradabilidade e alta solubilidade na água, o que dificulta a sua remoção [2]. Em função deste fato, a legislação vem se tornando cada vez mais restritiva e a fiscalização mais presente. Entre os métodos físico-químicos, a adsorção tem sido amplamente utilizada no tratamento de efluentes têxteis, devido à sua alta eficiência na remoção de efluentes contaminados por compostos orgânicos [3,4]. A grande vantagem deste processo é a possibilidade de recuperação do corante na forma concentrada e a reutilização do adsorvente no processo. Nesse sentido, tem crescido o interesse a investigação de novos materiais adsorventes. O grafeno, classificado como um nanomaterial possui propriedades adsortivas promissoras, devido às suas propriedades altamente convenientes, como, grande área superficial, estabilidade química, durabilidade, resistência, podendo ser aplicado no meio ambiente, em processos de purificação e descontaminação de águas [5]. O presente trabalho investigou a remoção de um corante comercial SFGL através do processo de adsorção pelo grafeno XGnP® em sistemas em batelada. Estudos cinéticos e de equilíbrio foram avaliados.
Material e métodos
Visando a avaliação da adsorção de corantes presentes em efluentes oriundos da indústria têxtil pelo grafeno reduzido XGnP®, foi utilizado como adsorbato o corante Indosol Azul SFGL, cedido pela Clariant S. A. A eficiência de remoção do corante pelo grafeno foi avaliada nas concentrações iniciais de 4,0 mg/g, 10,0 mg/g, 20,0 mg/g, 30,0 mg/g e 50,0 mg/g, usando valores de 0,05 g; 50,0 mL e 6,4; para a massa de adsorvente, volume da solução e pH, respectivamente. O equilíbrio de adsorção foi avaliado nas concentrações iniciais entre 4,0 mg/g e 50,0 mg/g, nos mesmos valores de massa de adsorvente, volume de solução e pH, considerando um tempo de 120 min e agitação de 150 RPM, operado em batelada (erlenmeyer; 250 mL). Uma cinética de adsorção foi determinada nas mesmas condições do equilíbrio (0,05 g; 0,05 L; 150 RPM), nos intervalos 5 a 120 min. As concentrações residuais do corante em solução foram analisadas via espectrofotômetro UV/VIS Perkin-Elmer (Coleman 295).
Resultado e discussão
O equilíbrio da adsorção corante-grafeno encontra-se apresentado na Figura 1A.
O perfil observado indicou comportamento de uma isoterma de adsorção do tipo II
[6], com recobrimento em multicamadas. Dessa forma, os dados do equilíbrio foram
então ajustados ao modelo de BET [7] [qe = qm.[K.x/(1–x)].{[1–
(d+1).xd+d.xd+1]/[1+(K+1).xd–K.xd+1]}], onde qe (mg/g) é a quantidade adsorvida
no equilíbrio, qm (mg/g) é a quantidade máxima de adsorção na monocamada, d é o
número de camadas, K é a constante de equilíbrio de adsorção e x = Ce/C0 é a
razão entre a concentração de equilíbrio e a concentração inicial máxima do
corante. Os resultados indicaram bom ajuste dos dados experimentais ao modelo de
BET (Figura 1B), com valor de coeficiente de correlação de 0,85. Os valores dos
parâmetros de equilíbrio foram de K = 401,15 ± 30,12; d = 89,62 ± 3,27 e qm =
6,27 ± 1,63 mg/g; considerando uma margem de confiança de 95%. A eficiência de
remoção foi de 100% quando a concentração inicial do corante era de 4 mg/L e a
uma concentração de 50mg/L foi de 36%. Na representação dos dados cinéticos
(Figura 2A), recorreu-se a um balanço material para o processo em batelada
[dq/dt = –(m/V).dC/dt], no qual m (0,05 g) é a massa de adsorvente e V (0,05 L)
é o volume da solução. O modelo cinético aplicado foi do tipo pseudo-segunda
ordem [dq/dt = k.(qe – q)²] (Figura 2B), onde, k é constante cinética. Os
ajustes do modelo cinético aos dados experimentais indicaram boa correlação
(0,97). A constante cinética apresentou valor de k = 0,0651 ± 0,0218 g/mg.s.
Figura 1. Adsorção SFGL-grafeno reduzido XGnP®: (A) equilíbrio de adsorção e (B) modelo de BET.
Figura 2. Cinética de adsorção SFGL-grafeno reduzido XGnP®: (A) evolução da concentração e (B) evolução da quantidade adsorvida.
Conclusões
O equilíbrio de adsorção apresentou uma isoterma de adsorção do tipo II (multicamadas) e foram bem ajustados ao modelo de BET, com coeficiente de correlação de 0,85. Os valores dos parâmetros de equilíbrio foram de K = 401,15 ± 30,12; d = 89,62 ± 3,27 e qm = 6,27 ± 1,63 mg/g; para a constante de equilíbrio de adsorção, número de camadas e quantidade máxima adsorvida na monocamada, para uma margem de confiança de 95%. Os dados cinéticos foram melhor ajustados ao modelo cinético de pseudo-segunda ordem. Apresentando correlação de 0,97, e a constante cinética de k = 0,0651 ± 0,0218 g/mg.s.
Agradecimentos
À Clariant / Archroma na pessoa de Eduardo Trovijo pela amostras de corantes. Ao LAMSA /UFPE e ao LPC/ UFPE pelo uso do laboratório. Ao CNPq.
Referências
1] Tiburtius E. R. L.,Peralta-Zamora P., Quim. Nova, v. 27, n. 3, p. 441-446, 2004.
[2] Balan, D.S.I., Monteiro R.T.R., J. Biotechnology v. 89, p.141-145, 2001.
[3] Longhinotti, E.; Pozza, F.; Furlan, L.; Sanchez, M.N.M.; Laranjeira, M.C.M.; Fávere, V.T.; J. Braz. Chem. Soc., v. 9, n. 5, p. 435, 1998.
[4] Kim, Y. C.; Choi, H.-M.; Cho, H.T.; J. Appl. Polym. Sci, v. 63, p. 725, 1997.
[5] Zarbin, A. J. G., Oliveira, M. M.; Quim. Nova, Vol. 36, No. 10, 1533-1539, 2013
[6] Brunauer, S.; Emmett, P.H.; Teller, E., J. Am. Chem E. Soc., 60:309- 319, 1938.
[7] Rice, R.; Do, D. D. – Applied Mathematics and Modelling for Chemical Engineers. John Wiley & Sons, USA, p. 10-13, 1994.
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