Estudo comparativo de materiais oriundos da casca de caranguejo para remoção de íons Cu2+ em efluentes

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Silva, A.P.O. (UFRN) ; Melo, J.V. (UFRN) ; Pergher, S.B.C. (UFRN)

Resumo

A quitosana é um biopolímero bastante usado como adsorvente para metais devido a sua capacidade de complexação dos íons metálicos. Para as condições estudadas, a capacidade de remoção foi bastante semelhante para ambos os materiais que extraíram mais de 98 % do cobre presente na solução. Os testes cinéticos mostraram que o equilíbrio de adsorção da quitosana foi atingido em 12 horas, já no caso do pó de casca de caranguejo o equilíbrio foi atingido após 8 horas. O estudo cinético mostrou que o modelo de pseudo-segunda ordem descreve melhor o processo de adsorção. O estudo também indicou que o pó da casca bruta de caranguejo possui uma maior estabilidade no processo de adsorção, demonstrando-se como um material promissor para aplicação no tratamento de efluentes contaminados com esses íons.

Palavras chaves

QUITOSANA; CARANGUEJO; METAIS PESADOS

Introdução

Ao longo dos anos, principalmente nos países mais desenvolvidos, o crescimento da produção industrial vem provocando sérios problemas no meio ambiente, devido à geração de diversos resíduos, sejam estes líquidos, sólidos ou gasosos. Dentre os contaminantes, encontram-se os metais pesados, que podem ser encontrados em efluentes de indústrias de tintas, de baterias, têxteis, cuja concentração, nestes efluentes, pode exceder os limites permissíveis pela legislação em vigor. Diversos métodos de tratamento de efluentes industriais têm sido estudados visando atender às exigências ambientais já existentes, no que se refere a essas substâncias (Baroni et al., 2008; Gupta et al., 2012). Dentre os métodos, o processo de adsorção com carvão ativado demonstra-se uma alternativa eficaz para a redução da disponibilidade dos metais. No entanto, há uma necessidade de se estudar a aplicabilidade de outros materiais no sentido de encontrar tecnologias mais eficientes e de menor custo (Dinu e Dragan, 2010; Wan et al., 2010). A quitosana é polímero natural obtido pelo processo de desacetilação da quitina, oriunda das cascas de caranguejo, camarão, escorpiões, aranhas e na parede celular de algas verdes, alguns fungos e leveduras (Chen et al., 2008; Dragan et al., 2010). Sua capacidade adsortiva advém da grande quantidade de grupamentos funcionais amino e hidroxila presente em sua estrutura, para formação de complexo com os íons metálicos (Dalida et al., 2011). O presente trabalho teve como objetivo um estudo comparativo da capacidade adsortiva de um pó obtido da casca bruta de caranguejo, cuja composição básica é a quitina, com a quitosana, um derivado da quitina, com o intuito da remoção de íons de cobre através de ensaios de adsorção.

Material e métodos

1)Preparo do pó da casca de caranguejo: Inicialmente,foi realizada uma lavagem das cascas de caranguejo com água corrente. Posteriormente, o material foi seco por 24 horas a temperatura ambiente e, em seguida, colocado por 6 horas em uma estufa a uma temperatura de 40 ºC, para retirada da umidade. A amostra seca foi processada em um liquidificador e, finalmente, passada em peneiras na faixa de 16-100 mesh, para caracterização e aplicação. 2)Caracterização dos materiais por Difração de Raios X: Os materiais estudados foram a quitosana com grau de desacetilação igual a 86,5% e passante na peneira de 80 mesh, obtido da indústria Polymar Ltda (Brasil) e cascas de caranguejo obtidas no comércio local. Os difratogramas dos materiais foram obtidos através do método de pó em um equipamento da marca BRUKER modelo D2 – PHASER, utilizando uma radiação de Kalfa de cobre, os difratogramas foram registrados com uma velocidade de goniômetro de 2˚ por minuto com 2Ɵ entre 2 e 70 graus. Este método foi utilizado para a identificação da estrutura cristalina dos dois materiais. 3)Preparo do efluente sintético: O efluente sintético foi preparado a partir do CuSO4 anidro de pureza analítica. Foram obtidas soluções com concentração igual a 100 mg L-1. 4)Ensaios cinéticos de adsorção: Os ensaios de adsorção foram realizados em função do tempo de contato da solução de íons Cu2+, à temperatura ambiente, variando o tempo dos ensaios entre 5 minutos e 24 horas. A massa do material utilizada foi igual a 0,1 g, a qual foi adicionada a 50 mL da solução do adsorbato. Em seguida, o sistema foi mantido sob agitação durante o tempo estabelecido pelo ensaio em curso. Passado o tempo de agitação,alíquotas de 30 mL do líquido sobrenadante foram retiradas e analisadas por Espectrometria de Absorção Atômica.

Resultado e discussão

1. Análise de DRX dos materiais: O resultado da análise por difração de raios X do pó da casca mostra a presença de material cristalino caracterizado por vários picos estreitos e intensos, Figura 1. O material cristalino foi atribuído a compostos inorgânicos, como derivados de cálcio, comuns em carapaças de crustáceos. O difratograma da quitosana apresentou duas reflexões e uma tendência a material amorfo, que deve ser pelo fato que se trata de biopolímero com alta cadeia molecular e estarem desorganizadas, Figura 1. O tratamento químico para conversão da quitina em quitosana também remove a fração inorgânica do material de partida. 2. Ensaios cinéticos de adsorção: O pó de casca de caranguejo demonstra ser um material promissor para o estudo aplicado, pois se observou uma remoção de 98,89 % do cobre no efluente sintético, atingindo um equilíbrio após 8 horas conforme mostrado na Tabela 1, porém com 04 horas a remoção dos íons Cu (II) foi quase total. 3. Modelos Cinéticos: Para realizar a análise dos dados experimentais aplicou-se os modelos cinéticos de pseudo primeira-ordem de Lagergren e pseudo segunda-ordem nas formas lineares, aplicando-se os parâmetros cinéticos ln(qe-qt) e t/qt, conforme demonstrado na Tabela 1 . Inicialmente tratou-se os dados obtidos nos ensaios de adsorção mostrados na Tabela 1 utilizando-se o modelo de Lagergren para cinética de pseudo primeira-ordem. Posteriormente, tratou-se os dados por um modelo cinético de pseudo segunda-ordem. Através dos resultados mostrados na Tabela 2, pode-se observar que o gráfico de t/qt em função de t apresentou um comportamento linear, demonstrando que o modelo cinético de pseudo segunda-ordem representa bem os dados experimentais obtidos.

Conclusões

Através dos resultados a partir dos ensaios de adsorção, pode-se concluir que ambos os materiais usados apresentam eficiência semelhante na remoção de Cu (II) nos efluentes sintéticos, sendo o pó da casca de caranguejo, o material mais promissor do que a quitosana, pois, além de apresentar um menor tempo de remoção, é um material mais barato uma vez que não requer processos químicos na sua obtenção. Os materiais estudados seguem a cinética de pseudo segunda – ordem. O pó da casca de caranguejo demonstrou-se como uma alternativa no tratamento de efluentes da indústria do petróleo.

Agradecimentos

Ao Programa Recursos Humanos – Petrobras -Química do Petróleo – PRH-PB 222 pelo auxílio financeiro.

Referências

BARONI, P.; VIEIRA, R.S.; MENEGHETTI, E.; DA SILVA, M.G.C.; BEPPU, M.M. Evaluation of batch adsorption of chromium ions on natural and crosslinked chitosan membranes. Journal Hazardous Materials, v. 152, p. 1155 - 1163, 2008.

CHEN, A.-H.; LIU, S.-C.; CHEN, C.-Y. CHEN, C.-Y. Comparative adsorption of Cu(II), Zn(II), and Pb(II) ions in aqueous solution on the crosslinked chitosan with epichlorohydrin. Journal Hazardous Materials, v. 154, p. 184 -191, 2008.

DALIDA, M. L. P.; MARIANO, A. F. V.; FUTALAN, C. M.; KAN, C.-C.; TSAI, W.-C.; WAN, M.-W. Adsorptive removal of Cu(II) from aqueous solutions using non-crosslinked and crosslinked chitosan-coated bentonite beads. Desalination, v.275, p.154 - 159, 2011.

DINU, M. V.; DRAGAN, E. S. Evaluation of Cu2+, Co2+ and Ni2+ ions removal from aqueous solution using a novel chitosan/clinoptilolite composite: Kinetics and isotherms. Chemical Engineering Journal, v. 160, p. 157 – 163, 2010.

DRAGAN, E. S.; DINU, M. V.; TIMPU, D. Preparation and characterization of novel composites based on chitosan and clinoptilolite with enhanced adsorption properties for Cu2+. Bioresource Technology, v. 101, p.812 - 817, 2010.

GUPTA, N.; KUSHWAHA, A. K. ; CHATTOPADHYAYA, M. C. Adsorptive removal of Pb2+, Co2+ and Ni2+ by hydroxyapatite/chitosan composite from aqueous solution. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, v. 43, p. 125 – 131, 2012.

WAN, M.-W.; KAN, C.-C.; ROGEL, B. D.; DALIDA, M. L. P. Adsorption of copper (II) and lead (II) ions from aqueous solution on chitosan-coated sand. Carbohydrate Polymers, v. 80, p.891 - 899, 2010.