Estudo de adsorção de argissolo caulinítico da região Amazônica tratado termicamente

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Ambiental

Autores

Antônio da Silva, M. (IBILCE-UNESP) ; Pastre, I.A. (IBILCE-UNESP) ; Fertonani, F.L. (IBILCE-UNESP)

Resumo

O argissolo caulinítico da região Amazônica foi tratado termicamente a fim de estudar a ocorrência de mudança estrutural no material. As amostras foram tratadas quimicamente e calcinadas a 400°C, com posterior estudo de adsorção empregando–se o corante Azul de Metileno como sonda para caracterização de microdomínios presentes na superfície do material e a obtenção das isotermas de adsorção. O material obtido, quando calcinado em presença de matéria orgânica, apresenta isoterma de adsorção com características distintas do argissolo natural e do calcinado na ausência de matéria orgânica.

Palavras chaves

caulinita; adsorção; azul de metileno

Introdução

Solos argilosos são materiais adsorventes de baixo custo que agem como ácidos de Lewis e Brønsted, oferecendo uma grande capacidade de troca catiônica (CTC) em uma estrutura constituída de lâminas que exibem tanto estabilidade mecânica como química (HONG, 2008). Caulinita é um argilomineral estruturado em camadas compostas por folhas contínuas de tetraedros SiO₄ hexagonais, condensados com folhas octaédricas de hidróxidos de metais tri e divalentes, geralmente Al, Fe e Mg. Dentre os argilominerais, apresenta baixo poder de adsorção de corantes, devido a sua estrutura tridimensional e sua resistência a modificações químicas e de temperatura (COELHO, 2007). Visto que partículas de solo, incluindo os de caulinita, são capazes de interagirem com resíduos sólidos de efluentes domésticos e industriais lançados na superfície terrestre, o solo por si só pode funcionar como um filtro para resíduos humanos (TEKIN, 2005). Quando submetida a temperaturas de 600°C a 900°C, a caulinita sofre um processo de desidroxilação em sua estrutura interna, dando origem a uma nova fase. Essa nova fase, denominada metacaulinita, apresenta maior sucetibilidade a reações e interações com outras moléculas, propriedade interessante para a adsorção e remoção de corantes do meio aquoso (KONAN, 2009). Esse trabalho tem como objetivo caracterizar os materiais decorrentes da decomposição térmica de solos cauliníticos por meio da adsorção do corante azul de metileno (AM), usado como molécula-sonda.

Material e métodos

A matéria-prima utilizada neste trabalho foi retirada de um depósito de caulim natural nas margens do rio Branco, em Manaus. No pré-tratamento o material foi desagregado, peneirado em malha de 2,0 mm, tratado com ataques de HCl 3,0 mol L^-1 e NaCl 3,0 mol L^-1, respectivamente, e lavado com água deionizada até a retirada de todo o cloreto excedente. Após a secagem, o precipitado resultante do processo foi o argissolo pré-tratado, denominado T0. Uma primeira fração da caulinita quimicamente tratada foi utilizada nos estudos sem tratamento térmico (T0); uma segunda fração foi submetida a tratamento térmico em mufla a 400°C por três horas, chamadas de C400; e uma terceira fração foi misturada com biomassa da indústria de cana-de- açúcar e calcinada em mufla a 400°C por três horas. O material resultante foi denominado de CB400. Para os estudos de adsorção preparou-se suspensões aquosas dos materiais, em concentração de 0,11 g L^-1, e agitou-se por 24 horas. Adicionou-se volumes variados de uma solução estoque de AM, obtendo soluções de concentração variando de 7,49 x 10^-7 a 1,22 x 10^-5 mol L^-1. As amostras foram submetidas à agitação magnética por 48 horas, centrifugação a 3000 rpm por quinze minutos e a água-mãe foi analisada por meio de espectrofotometria na região do visível, de 450 a 800 nm. Os resultados obtidos foram tratados para se obter as isotermas de adsorção e aplicados os modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich.

Resultado e discussão

Nas isotermas de adsorção, Figura 1, nota-se que T0 e C400 possuem isotermas do tipo L, caracterizadas pela convexão positiva seguidas por um patamar em certa concentração. Esse tipo de isoterma mostra alta afinidade entre adsorvente e adsorbato em pequenas concentrações e adsorções em sítios homogêneos como no modelo de Langmuir (MYERS, 2003). Em CB400, nota-se a isoterma do tipo C, comuns em sólidos com superfície microporosa, onde ocorre adsorção praticamente linear nas concentrações mais baixas, atingindo um patamar a certa concentração (MYERS, 2003). No caso da CB400, houve de dessorção nas maiores concentrações de AM utilizadas. Nas concentrações de AM utilizadas até 4,0 x 10^-6 mol L-1, CB400 mostrou-se mais eficiente na adsorção, enquanto T0 adsorveu mais a sonda em concentrações acima de 1 x 10^-5 mol L-1 e C400 mostrou-se mais eficiente em concentrações intermediárias. Na aplicação dos modelos matemáticos, apenas os modelos de Langmuir obtiveram linearização (r^2) maior que 0,9; aplicando-se mais satisfatoriamente nas isotermas estudadas. No quadro 1 nota-se o comportamento similar de T0 e C400. Com o aumento da concentração, ambos sofrem um aumento da Concentração máxima adsorvida (Qm) e da relação de Langmuir (RL) bem como um decréscimo da constante de Langmuir KL. Os valores da RL acima de 2 mostram adsorção favorável. Entretanto, C400 apresenta maior Qm e menor KL que T0 em baixas concentrações, com a situação invertendo aplicando-se o modelo em concentrações maiores. Em CB400, a KL alta e RL próximo de zero indica adsorção irreversível em baixas concentrações, o modelo em alta concentração apresenta baixa linearidade, não se aplicando satisfatoriamente.

Figura 1: Isotermas de adsorção de azul de metileno, T = 25 graus Celsius.


Quadro 1: Constantes obtidas com a aplicação dos modelos de Langmuir.

Conclusões

Os dados espectrais e de adsorção do azul de metileno evidenciam que a calcinação da caulinita com biomassa da indústria sucro alcooleira a 400C sofreu modificação na sua estrutura em relação a argila apenas calcinada na mesma temperatura na ausência de matéria orgânica. Supõe-se que a queima da biomassa fornece energia suficiente para que a caulinita mudasse de fase em temperatura menor quando comparada com a calcinação da caulinita pura, diminuindo a temperatura de calcinação para ocorrer a transformação de caulinita para metacaulinita.

Agradecimentos

Ao IBILCE-UNESP, ao laboratório de Fotoquimica e ao laboratório de Bioquímica de proteínas do IBILCE-UNESP, e a mercearia do Tio Zelão.

Referências

COELHO, A. V. C.; SANTOS, P. S. Argilas especiais: o que são, caracterização e propriedades. Química nova, nº 30, 146-152, 2007
ÇÖLGEÇEN, G.; ERDEM, E.; DONAT, R. The removal of textile dyes by diatomite earth. Journal of Colloid and Interface Science, nº 282, 314-319, 2005.
HONG, H.; JIANG, W. T.; ZHANG, X.; TIE, L.: Li, Z. Adsorption of Cr(VI) on STAC-modified rectorite, Appllied Clay Science, nº 42, 292–299, 2008.
KONAN, K. L.; PEYRATOUT, C.; SMITH, A.; BONNET, J. P.; ROSSIGNOL, S.; OYETOLA, S. Comparison of surface properties between kaolin and metakaolin in concentrated lime solutions. Journal of Colloid and Interface Science, nº 339, 103-9, 2009.
MYERS, D. Adsorption Isotherms in Solid-liquid Systems. In: SONS, J. W. & (Ed.). Surfaces, interfaces and colloids - Principles and Applications. 2nd. ed. New York 202–211. 2003.
SILVA, M. S.; SANTANA, G. P. Caulinta: estrutura cristalina, técnicas físicas de estudos de adsorção. Scientia Amazônia, nº 2, 54-70, 2013.
TEKIN, N.; DEMIRBAS, O.; ALKAN, M.; Adsorption of cationic polyacrylamide onto kaolinite, Microporous and Mesoporous Materials, nº 85, 340–350, 2005.