CINÉTICA DE ADSORÇÃO POR QUITOSANA MODIFICADA COM CIANOGUANIDINA EM SISTEMA BINÁRIO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Tecnológica

Autores

Gonçalves, J.O. (FURG) ; Motta, C.S. (FURG) ; Giordani, T. (FURG) ; Pinto, L.A.A. (FURG)

Resumo

Neste trabalho, foi realizado o estudo da cinética de adsorção dos corantes amarelo tartrazina e azul indigotina por quitosana modificada com cianoguanidina. A quitosana foi obtida e caracterizada. As curvas cinéticas foram obtidas para os corantes com diferentes taxas de agitação de 80 e 110 rpm e concentração inicial de 100 mg g-1. Os modelos Avrami e Elovich foram ajustados aos dados experimentais. Os resultados mostraram que a quitosana modificada apresentou uma estrutura com concavidades e protuberâncias, com diâmetro menor que 100 μm. A máxima capacidades de adsorção estimada para o corante amarelo tartrazina pelo modelo de Avrami foi de 166 mg g-1 e para o corante azul indigotina foi de 202 mg g-1, em 110 rpm.

Palavras chaves

adsorção; quitosana; sistema binário

Introdução

Os efluentes coloridos gerados pelos setores industrias são vistos como uma realidade problemática, tanto esteticamente como impactante ambientalmente. Estes afetam o ecossistema aquático, reduzindo a solubilidade do oxigênio e interferindo no metabolismo fotossintético. Além disso, alguns corantes sintéticos podem causar riscos à saúde humana, sendo tóxicos e cancerígenos (KOPRIVANAC E KUSIC, 2008). Portanto, é de grande relevância a busca por métodos para a remoção de corantes em efluentes. A adsorção figura como um método alternativo, devido a sua facilidade de operação e eficiência em relação aos métodos convencionais (oxidação, coagulação/floculação, coagulação eletroquímica, tratamento biológico, entre outros), que são de alto custo ou tecnicamente complicados (DEMIRBAS, 2009). Um adsorvente promissor para a remoção de corantes de soluções aquosas é a quitosana (CRINI E BADOT, 2008). Este biopolímero apresenta versatilidade, devido as possibilidade de modificações químicas estruturais e interações com vários substratos (CARONI et. al. 2009). Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi estudar a cinética de adsorção por quitosana modificada com cianoguanidina para os corantes azul indigotina e amarelo tartrazina.

Material e métodos

2.1 Adsorbato Foram utilizados os corantes amarelo tartrazina (MM 534.4 g mol-1, 425 nm) e azul indigotina (MM 466.3 g mol-1, 480 nm), com grau de pureza de 85%. 2.2 Obtenção, caracterização e modificação da quitosana A quitosana em forma de pasta foi obtida a partir de resíduos de camarão (WESKA et al., 2007), após foi seca e caracterizada de acordo com o tamanho da partícula (D), (MEV), a massa molar (MM) (ZHANG E NEAU, 2001) e o grau de desacetilação (TOLAIMATE et al., 2000). A quitosana em pó então foi modificada com cianoguanidina. Foram utilizadas 1 g de quitosana que foi dissolvida em 100 mL de ácido clorídrico 1% (v/v), foram adicionados 0,53 g de cianoguanidina, e a temperatura da reação foi aumentada para 90ºC/3 h. Após a solução foi seca em estufa a 40ºC/24 h (WANG et al., 2013). As amostras de quitosana antes e após a modificação foram caracterizadas 2.3 Ensaios cinéticos Foi preparada uma solução com a mistura dos corantes (100 mg L-1). O pH da solução foi corrigido (pH=3,0) através da adição de 100 mL tampão fosfato dissódico/ácido cítrico 0,1 mol L-1. 250 mg de quitosana modificada foi adicionada em 1 L de solução de corante. Os experimentos foram realizados em um agitador termostatizado a 25°C, sob agitação de 80 e 110 rpm. Alíquotas foram retiradas em intervalos de tempo pré-determinados (2180 min) (DOTTO e PINTO, 2011). A capacidade de adsorção no tempo “t” (qt) (mg g-1) foi determinada pela Equação 1, apresentado no Quadro 1. 2.4. Modelo cinético Para verificar o comportamento da adsorção ao longo do tempo foram utilizados os modelos cinéticos de Avrami e Elovich, conforme as Equações 2 e 3, apresentados no Quadro 1 (WU et al., 2009). Quadro 1: Equações e seus respectivos parâmetros. Os parâmetros cinéticos foram estimados pelo Statistica 7.0.

Resultado e discussão

3.2 Caracterização da quitosana e curvas cinéticas A Figura 2 apresenta as imagens de MEV para a quitosana com e sem modificação e curvas cinéticas de adsorção dos corantes em sistema binário. A partir da Figura 2 (a)(b) observa-se que a quitosana com e sem modificação apresentaram diferenças na sua superfície, onde após a modificação a quitosana apresentou uma superfície mais heterogênea, com concavidades e protuberâncias. A quitosana em pó apresentou MM=144±6 kDa, D<100 μm e GD=84,5±1%, sendo estes similares aos encontrados por Dotto et al. (2013). Através da análise de FT-IR da quitosana sem modificação pode-se verificar o pico em 3000 cm−1 é relativos aos estiramentos de O-H e N-H. A deformação angular da ligação N–H pode ser verificada em 680 cm-1. Já na quitosana com modificação, foi observado um pico em 2100 cm-1 relativo a um pequeno grupo C≡N da cianoguanidina. Uma banda intensa em torno de 2250 cm- 1foi identificada, apresentando um vínculo de sal de amônio formado (ZHAO et al., 2012). A partir das curvas cinéticas apresentadas na Figura 2 (c) e (d), pode-se observar que a capacidade de adsorção foi favorecida pelo aumento da taxa de agitação para os dois corantes. O aumento da capacidade de adsorção com a taxa de agitação pode ser explicado devido a uma maior dissipação de energia no sistema à 100 rpm. Este aumento na agitação também proporciona uma diminuição na resistência à transferência de massa externa, facilitando a migração das moléculas de corante para a superfície da quitosana, e, aumentando a capacidade de adsorção nos estágios iniciais. Esse mesmo efeito foi observado por Dotto e Pinto (2011). Para o modelo de Avrami valores do coeficiente de determinação e erro relativo médio foram de R²>0,99 e EMR<10,0%, para ambos os corantes.

Conclusões

Neste trabalho, conclui-se que a quitosana modificada apresentou uma superfície mais heterogênea e com concavidades, com um diâmetro menor 100 μm sendo um potencial material adsorvente. Os resultados do estudo cinético mostraram que o aumento da taxa de agitação favoreceu o processo de adsorção. O modelo de Avrami foi o mais adequado para representar os dados experimentais. As máximas capacidades de adsorção estimadas pelo modelo de Avrami foram de 168 mg g-1 e 202 mg g-1 para os corantes amarelo tartrazina e azul indigotina respectivamente.

Agradecimentos

Referências

CARONI, A.L.P.F.; DE LIMA, C.R.M.; PEREIRA, M.R.; FONSECA, J.L.C. The kinetics of adsorption of tetracycline on chitosan particles. Journal Colloid and Interface Science, v. 340, p. 182-191, 2009.

CRINI, G.; BADOT, P.M. Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. Progress in Polymer Science. v. 33, p. 399- 447, 2008.

DOTTO, G. L.; MOURA, J. M.; CADAVAL Jr., T. R. S.; PINTO, L. A. A. Application of chitosan films for the removal of food dyes from aqueous solutions by adsorption. Chemical Engineering Journal, v. 214, p. 8-16, 2013.

DOTTO, G. L.; PINTO, L. A. A. Analysis of mass transfer kinetics in the biosorption of synthetic dyes onto Spirulinaplatensisnanoparticles. Biochemcal Engineering Journal, v. 68, p. 85-90, 2012.

DEMIRBAS, A. Agricultural based activated carbons for the removal of dyes from aqueous solutions: A review. Journal of Hazardous Materials. v. 167, p. 1–9, 2009.

KOPRIVANAC, N.; KUSIC, H. Hazardous Organic Pollutants in Colored Wastewaters. New York: New Science Publishers, 2008.

TOLAIMATEA, A.; DESBRIÈRES, J.; RHAZIA, M.; ALAGUIC, A.; VINCENDOND, M.; VOTTERO, P. On the influence of deacetylation process on the physicochemical characteristics of chitosan from squid chitin. Polymer, v. 41, p. 2463-2469, 2000.

WESKA, R. F.; MOURA, J. M.; BATISTA, L. M.; RIZZI, J.; PINTO, L. A. A. Optimization of deacetylation in the production of chitosan from shrimp wastes: Use of response surface methodology. Journal of Food Engineering, v. 80, p. 749-753, 2007.

WANG, Y.; QI, Y.; LI, Y.; WU, J.; MA, X.; YU, C.; JI L.Preparation and characterization of a novel nano-absorbent based on multi-cyanoguanidine modified magnetic chitosanand its highly effective recovery for Hg(II) in aqueous phase. Journal of Hazardous Materials, v. 260, p. 9-15, 2013.

WU, F. C.; TSENG, R.L.; JUANG, R.S. Characteristics of Elovich Equation Used for the Analysis of Adsorption Kinetics in Dye Chitosan Systems.Chemical Engineering Journal. v. 150, p. 366-373: 2009.
ZHANG, H.; NEAU S.H. In vitro degradation of chitosan by a commercial enzyme preparation: effect of molecular weight and degree of deacetylation. Biomaterials, v. 22, p. 1653–1658, 2011.
ZHAO, X.; QIAO, Z. Z.; HE, J. X. Preparation of chitosan biguanidine hydrochloride and application in antimicrobial finish of wool fabric. Journal of Engineering Fibers Fabrics,v. 5, p. 3-20, 2012.