Uso de planejamento fatorial na otimização da remoção de íons Pb(II) em solução aquosa utilizando o pó da casca de coco verde pré-tratada

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Chaves, L.S. (IFRJ - NILÓPOLIS) ; Neves, M.A.F.S. (IFRJ - NILÓPOLIS) ; Junior Henrique, S.S. (IFRJ - NILÓPOLIS) ; Espasandin, J.F.S. (IFRJ - NILÓPOLIS)

Resumo

A contaminação de efluentes associados a metais pesados é um problema preocupante, visto que há dificuldade de obtenção de um tratamento eficaz. Um tratamento alternativo é o uso da casca do coco verde como adsorvente, sendo uma forma de reutilizar a casca do coco, reduzindo os impactos ambientais causados por este resíduo e pelo descarte de efluentes contendo metais tóxicos. O objetivo deste trabalho foi avaliar três diferentes variáveis utilizando um planejamento fatorial completo e verificar a influência destas na capacidade de adsorção de íons chumbo (II) na casca de coco pré-tratada. O pré-tratamento que se mostrou mais eficiente foi em realizado com água, nas condições de estudo de 40 g.L^-1, 3 horas e 200 ppm, alcançando remoção de 98,9%.

Palavras chaves

metais pesados; casca do coco; adsorção

Introdução

O descarte de efluentes contendo metais pesados é nocivo para os ecossistemas e fonte de poluição ambiental. Esses elementos são bioacumuláveis, comprometendo a qualidade e potabilidade da água, causando mortandade da flora e fauna e afetando a fertilidade dos solos (PINO, 2005). Os métodos de tratamentos usuais são restringidos por algumas razões, como a eficiência na remoção dos metais e o custo do processo. Na busca de encontrar alternativas que sejam viáveis para o tratamento desses efluentes contaminados, o processo de adsorção envolvendo biomassas, como a casca do coco verde, tem sido uma das opções mais estudadas, pois possibilita a reutilização da água e do metal, além de ser um material abundante e praticamente sem custo (MADEIRA, 2003). A casca do coco verde é um resíduo de difícil decomposição gerado pelo agronegócio, onde 80% de seu peso bruto é considerado lixo. A utilização da casca de coco verde como material adsorvente na remoção de metais pesados minimizaria os problemas de poluição urbana e ambiental gerados pela disposição deste resíduo. Os experimentos para avaliar a capacidade de adsorção da casca do coco verde foram realizados utilizando o planejamento fatorial. Esse sistema de planejamento é muito aplicado em pesquisas, visto que é o mais indicado quando se deseja estudar os efeitos de duas ou mais variáveis de influência, onde todas as combinações possíveis dos níveis de cada variável são investigadas e as variáveis de interesse que realmente apresentam influências significativas na resposta são avaliadas ao mesmo tempo (CUNICO et al., 2009). Neste trabalho, avaliou-se, por meio do planejamento fatorial 2³, a capacidade de retenção de chumbo (II) presente em meio aquoso pela casca de coco verde após diferentes pré-tratamentos.

Material e métodos

As variáveis que podem influenciar o processo de adsorção como tempo de contato, concentração da solução de chumbo (II) e a razão entre a massa da casca do coco e o volume da solução de chumbo (II) foram avaliadas através de um planejamento fatorial completo com três variáveis e dois níveis (2³) com triplicata do ponto central. Antes da realização do planejamento fatorial, fez-se um pré-tratamento na casca de coco. Uma fração da faixa granulométrica de 18-42 mesh foi submetida a um pré-tratamento químico, onde colocou-se, em erlenmeyer de 250 mL, 20 g da casca em contato com 300 mL das seguintes soluções: NaOH 0,1 mol.L^-1, HNO₃ 1,0 mol.L^-1 e água, manteve-se as soluções sob agitação de 140 rpm por 3 horas. Filtrou-se cada uma das soluções e deixou- se as cascas pré-tratadas na estufa por 24 horas a 60 °C. Para o estudo do planejamento fatorial, colocou-se 1 g da casca de coco pré-tratada em contato com 25 ou 50 mL da solução de chumbo (II), mantendo uma razão 20 g.L^-1 ou 40 g.L^-1, nas concentrações de 100 ou 200 ppm, durante 3 ou 6 horas. Todos os experimentos foram realizados em pH ótimo (pH = 5,0), de acordo com Sousa (2007). Após o tempo estipulado, as soluções foram filtradas e o filtrado obtido foi avaliado por espectrometria de absorção atômica (EAA), afim de se obter a quantidade adsorvida pelo adsorvente. Posteriormente, os resultados obtidos foram analisados estatisticamente.

Resultado e discussão

A tabela 1 apresenta a matriz do planejamento fatorial com os níveis estudados para cada variável. Pela técnica de absorção atômica foi possível determinar a concentração de íons chumbo remanescentes na solução, calculou- se então a capacidade de adsorção para cada pré-tratamento realizado, onde Q é expresso em mg do metal/g do adsorvente. Os resultados obtidos são apresentados na tabela 2. Os percentuais de remoção obtidos em cada ensaio ficaram acima de 96%. Os experimentos mostraram que pré-tratamento utilizando água apresentou melhor capacidade adsortiva dentre todos os pré- tratamentos estudados. Os resultados apresentados na tabela 2 possibilitaram a discussão a respeito dos diferentes fatores que poderiam influenciar na adsorção. Os valores absolutos dos efeitos principais e a interação das variáveis foram estudados através dos diagramas de pareto com um nível de confiança de 95%. Foi possível observar que a concentração e a razão massa/volume apresentaram efeito positivo indicando que valores mais elevados favorecem a adsorção, esse resultado está de acordo com dados da literatura. A interação entre esses dois fatores também foi significativamente positiva, demonstrando que quando essas passam do nível -1 para nível +1, ocorre um aumento na remoção do metal.

Conclusões

O planejamento fatorial é uma ferramenta importante para a identificação dos efeitos que cada variável e suas interações exercem sobre a adsorção. Com a utilização deste método, foi possível atingir a condição ótima para a adsorção com reduzido número de experimentos, diminuindo o tempo e os custos. Pode-se, então, concluir que a casca de coco verde, pode ser usada como adsorvente para a remoção de chumbo (II) em efluentes contaminados, uma vez que obteve-se um máximo de remoção de 98,9% com água, nas condições de estudo de 40 g/L, 3 horas e 200 ppm.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq e ao IFRJ – Campus Nilópolis.

Referências

CUNICO, M. W. M. et al. Planejamento fatorial: uma ferramenta estatística valiosa para a definição de parâmetros experimentais empregados na pesquisa científica. Visão Acadêmica, Curitiba, v. 9, n. 1, jan/jun. 2008. MADEIRA, N. A. et al. Absorção de metais tóxicos pelas fibras de Cocos nucifera L. Enciclopédia Biosfera, Goiânia, v. 9, n. 16, p. 2779-2780, jul. 2003. PINO, G. A. H. Biossorção de Metais Pesados Utilizando Pó da Casca de Coco
Verde (Cocos nucifera). 2005. 113f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais) - Departamento de Ciências dos Materiais e Metalúrgica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2005. SOUZA, W. S. Adsorção de metais tóxicos em efluente aquoso usando pó da casca de coco verde tratado. 2007. 125f. Dissertação (Mestrado em Saneamento Ambiental) - Curso de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007.