ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Ambiental
Autores
Carvalho, G.K.G. (UFRN) ; Araújo, J.S. (UFRN) ; Barros Neto, E.L. (UFRN) ; Silva, W.P.N. (UFRN)
Resumo
Atividades industriais de mineração, galvanoplastia e o processo de extração do petróleo, vem aumentando os níveis de metais pesados, tais como Cu, Zn e Pb, nos ecossistemas aquáticos, através da geração de efluentes contendo teores acima do valor máximo permitido por lei desses elementos. Íons cobre foram submetidos a um processo de remoção utilizando o tensoativo hexadecanoato de sódio como agente extrator. Este trabalho apresenta o tratamento estatístico de dados experimentais da remoção desses íons em três condições de temperatura (60°C, 70°C e 80°C) e pH natural do meio. O planejamento experimental possibilitou a determinação de um modelo significativo que prediz a porcentagem de metal removido em função da concentração do hexadecanoato de sódio e da temperatura do meio.
Palavras chaves
Hexadecanoato de Sódio; Remoção de Cobre; Planejamento experimental
Introdução
A presença de metais pesados em efluentes industriais é um grande problema ambiental se não forem tratados, podendo causar sérios problemas aos organismos vivos. Diante disso evidencia-se a necessidade da utilização de métodos de tratamento que venham diminuir ou eliminar a presença de metais pesados como poluentes. Métodos como troca iônica, filtração por membranas e precipitação química vem sendo estudados (AMAN et al., 2008). Precipitação química é o método mais comum de remoção de metais pesados, onde compostos químicos reagem com os íons de metais formando compostos insolúveis em água, que posteriormente serão separados por filtração ou sedimentação. Os sais de ácido carboxílicos são classificados como tensoativos aniônicos. Sabe-se que a interação entre íons bivalentes e esses sais em solução aquosa leva a formação de carboxilatos de metal, que podem precipitar na forma de flocos. Os metais de carboxilatos são geralmente insolúveis em água, mas podem ser solúveis em vários solventes orgânicos. Eles normalmente apresentam comportamento do tipo Krafft, com a solubilidade aumentando drasticamente acima de uma determinada temperatura (AKANNI et al., 1992). O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático que descreva a remoção dos íons cobre em soluções aquosas através do hexadecanoato de sódio. Os resultados foram apresentados com a modelagem e tratamento dos dados, obtidos no programa STATISTICA 7.0, e a otimização foi feita através de superfícies de resposta.
Material e métodos
Para avaliar a influência das variáveis independentes (concentração de tensoativo e temperatura do meio) sobre a variável dependente (porcentagem de cobre removido), foi elaborado um planejamento fatorial de três níveis cujo procedimento experimental foi feito em duplicata, totalizando 18 ensaios, executados aleatoriamente. Para a variável concentração de tensoativo os níveis -1, 0 e +1 corresponderam aos valores de 200 ppm, 646,5 ppm e 1093 ppm, respectivamente. Para a variável temperatura os níveis -1, 0 e +1 corresponderam aos valores de 60°C, 70°C e 80°C, respectivamente. Todo o procedimento experimental foi realizado utilizando-se um efluente sintético cuja concentração inicial de íons cobre era de 124,7 ppm e pH na faixa de 4,7. O tensoativo utilizado, Hexadecanoato de sódio, foi sintetizado em laboratório, tendo como referência para sua síntese a metodologia apresentada por Santos (2009). Os ensaios de extração foram realizados no equipamento Water Separability Tester – Koehler, onde foi possível o controle de temperatura e agitação durante todo o processo. Os volumes de cada solução eram misturados, no equipamento citado, permanecendo em contato por um tempo de 24 (vinte e quatro) minutos. Em seguida, alíquotas eram retiradas, filtradas e analisadas a fim de se determinar a concentração de íons cobres residuais que permaneceram em solução. Para isto, foi usado o espectrômetro de absorção atômica de chama modelo AA240, da marca Varian, carregado com a lâmpada específica para o metal em análise.
Resultado e discussão
A matriz codificada do planejamento experimental (tabela 1) foi analisada utilizando o software STATISTICA versão 7.0 e a partir de regressões não lineares dos dados experimentais foi encontrado um modelo matemático empírico e codificado, conforme detalhado na Equação 01, onde T representa a temperatura de operação e C a concentração do tensoativo. O modelo proposto foi analisado através de um estudo de análise de variância (ANOVA) e apresentou uma regressão significativa com Fcal/Ftab = 82,68 e coeficiente de determinação igual a 0,998, portanto o modelo proposto poderá ser aplicado para prever a porcentagem de remoção de íons cobre dentro da faixa de operação abordadas neste trabalho. Os desvios entre os valores preditos pelo modelo e os valores experimentais encontram-se na Tabela 1, pode-se verificar um desvio máximo de aproximadamente 7% entre o valor real e o valor calculado. Tal desvio é considerado aceitável dentro do limite de 95% de confiança, utilizado nos cálculos estatísticos. A metodologia de superfície de resposta (figura 1) foi utilizada objetivando otimizar a porcentagem de remoção dos íons cobre. Pode-se observar que a temperatura (T) não possui um efeito significativo em relação ao processo de remoção, tal comportamento pode ser explicado pelo fato de se está trabalhando acima da temperatura de Krafft do tensoativo, que de acordo com testes realizados é de 57,5°C aproximadamente, portanto, acima deste ponto a extração ocorre normalmente independente da variação da temperatura de trabalho. O fator determinante para o maior rendimento de remoção dos íons cobres é a concentração do tensoativo (C). Contribuindo de forma a aumentar o percentual de remoção, resultando em uma eficiência de remoção superior a 90%.
Matriz do planejamento experimental e porcentagem de extração calculada pelo modelo.
Figura 1 – Superfície de Resposta
Conclusões
O planejamento experimental foi útil na previsão do comportamento da remoção de íons cobre de efluente aquoso. O modelo matemático proposto conseguiu prever o valor da remoção com um desvio máximo de aproximadamente 7%. Os resultados obtidos experimentalmente e através do modelo matemático revelam que apenas a concentração do Hexadecanoato de Sódio tem influência significativa na eficiência de remoção. Através da análise de superfície de resposta verificou-se que a região ótima ocorre a concentrações do tensoativo superior a 900 ppm independente da temperatura de trabalho.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPQ, pela bolsa e ao PPGEQ da UFRN, pela infraestrutura de laboratórios utilizada no desenvolvimento desta pesquisa.
Referências
AKANNI, M. S., OKOH, E. K., BURROWS, H. D., & ELLIS, H. A., The thermal behaviour of divalent and higher valent metal soaps: a review. Thermochimica acta, v. 208, p. 1-41, 1992.
AMAN, T., KAZI, A. A., SABRI, M. U., BANO, Q., Potato peels as solid waste for the removal of heavy metal copper (II) from waste water/industrial effluent. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, v. 63, n. 1, p. 116-121, 2008.
SANTOS, F. K. G. Avaliação do comportamento de fluidos micelares na recuperação avançada de petróleo. Tese Doutorado – Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2009.
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