ESTUDOS DO TEMPO DE CONTATO E CINÉTICOS DE ALARANJADO DE METILA EM SOLUÇÃO AQUOSA UTILIZANDO QUITOSANA COMO ADSORVENTE

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Físico-Química

Autores

Ferreira Silva, G. (UEG) ; Signini, R. (UEG)

Resumo

Devido a conscientização por problemas voltados a contaminação do meio ambiente, várias técnicas de remediação foram apresentadas e estudadas quanto á sua capacidade de purificação. Dentre os agentes contaminantes, os corantes são comuns entre os efluentes industriais, como por exemplo, o alaranjado de metila. Como forma de remediação para corantes, a adsorção é largamente utilizada pelo seu custo benefício e alta aplicabilidade, até em concentrações muito baixas. Quitina e seus derivados demonstram alta capacidade de adsorção, e são obtidos como descarte de outras atividades econômicas. Assim, este trabalho teve como objetivo a utilização da Quitosana como adsorvente no processo de adsorção do alaranjado de metila, visando o estudo do efeito do tempo de contato e tipo de cinética.

Palavras chaves

Alaranjado de metila; Quitosana; Cinética

Introdução

Grande parte dos efluentes industriais tem como meio de descarte a água, seja com contaminação por metais tóxicos (1), compostos orgânicos (2,3), e diversos outros poluentes (4,5,6). Dentre as diversas modificações do meio hídrico, uma das mais visíveis com certeza é a mudança na coloração, que tem como causa principal o descarte de efluentes vindos de ramos voltados para a pigmentação de produtos, como, por exemplo na agricultura (7), na produção de alimentos (8,9), em produtos farmacêuticos (10), e demais, como as indústrias de couros (11) e têxteis (12,13). Com a indústria têxtil sendo uma grande responsável pela degradação hídrica, da fauna e da flora que estão em contato com o efluente, logo surgiram alternativas para a remoção de corantes e restauração do meio ambiente, tais como remoção fotocatalítica (14), nano partículas magnéticas (15), degradação microbiana (16), adsorção (17,18,19) e outros (20,21). O método de adsorção tem ganhado muito espaço, devido à variedade de adsorventes, como a fibra de coco (22), casca de eucalipto (23), pedra de azeitona (24) e também a quitosana (25). A quitosana apresenta várias propriedades tais como biocompatibilidade, biodegradabilidade, não toxicidade e etc, também sendo reconhecida como adsorvente de íons metálicos e corantes (19,27). A capacidade da quitosana em adsorver metais e corantes é devido principalmente a presença de grupos aminos (-NH2) que estão presentes em sua estrutura (26,28). Assim, neste trabalho quitosana foi utilizada como adsorvente do corante alaranjado de metila e foi realizado um estudo do efeito do tempo de contato a fim de determinar o tempo de equilíbrio e a cinética envolvida no processo de adsorção.

Material e métodos

Para avaliação do tempo de contato na capacidade de adsorção do alaranjado de metila, foram utilizados 50 mg de quitosana em agitamento com 50 mL da solução do corante na concentração de 25 ppm. O pH analisado foi de 6,5. Os valores de tempos a serem estudados foram variados em: 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 150, 180, 210, 240, 300 e 360 minutos, alíquotas de 5 mL foram recolhidas no tempo determinado. As amostras foram recolhidas e centrifugadas à 2000 rpm por 3 minutos. O volume retirado da amostra centrifugada foi de 2 mL, completado com água e devolvendo à solução em agitação, em seguida a análise foi realizada no aparelho de espectroscopia de UV-Visível – LAMBDA 25.

Resultado e discussão

A partir dos dados obtidos no espectrofotômetro UV-Visível, foi calculado o tempo de equilíbrio na adsorção do alaranjado de metila com quitosana (Figura 1). O tempo de equilíbrio determina o tempo gasto para a saturação dos sítios de ligação da quitosana. Observa-se que a concentração de alaranjado de metila diminui bruscamente até 80 minutos, diminuindo suavemente até 240 minutos, sendo que após este tempo não houve mudança significativa na concentração do corante. A partir do estudo do efeito do tempo é possível determinar a cinética do processo de adsorção .O estudo do efeito do tempo foi feito com os parâmetros cinéticos de Pseudo Primeira Ordem (equação 1), Pseudo Segunda Ordem (equação 2) e Difusão Intrapartícula (equação 3). Sendo: q_e e q_t (mg g^-1) as capacidades de adsorção em equilíbrio e no tempo t (min); K₁ (min^-1) a constante para o modelo cinético de velocidade de pseudoprimeira ordem; e K₂ a constante de velocidade de pseudo-segunda ordem (g mg^-1 min^-1); K_d o coeficiente de difusão intra-partícula (mg g^-1). Na Tabela 1 são mostrados os parâmetros cinéticos para os modelos de pseudo- primeira ordem, pseudo-segunda ordem e difusão intrapartícula obtidos no estudo de cinética do alaranjado de metila em quitosana. A partir dos resultados apresentados do coeficiente de correlação (R²) o modelo cinético que melhor representa o processo de adsorção de alaranjado de metila com quitosana é o modelo de pseudo segunda ordem. O modelo de Pseudo Segunda Ordem determina que a velocidade global da reação é definida pela adsorção química envolvendo forças de valência através do compartilhamento entre o adsorvato e o adsorvente. (29)

Tempo de equilíbrio através das medidas de concentração em função do tempo.


Parâmetros Cinéticos para os Modelos de Pseudo- Primeira Ordem, Pseudo- Segunda Ordem e Difusão Intrapartícula e equações, respectivamente.

Conclusões

O tempo de equilíbrio encontrado nesse estudo foi de 240 minutos, apresentando uma cinética de pseudo segunda ordem.

Agradecimentos

A UEG (bolsa BIP).

Referências

(7) ADEGOKE, K.A.; BELLO, O.S. Dye sequestration using agricultural wastes as absorbents. Water Resources and Industry, v.12, p. 8-24, 2015.
(18) BENZEKRI, M.B.; BENDERDOUCHE, N.; BESTANI, B.; DOUARA, N.; DUCLAUX, L. Valorization of olive stones into a granular activated carbon of removal of Methylene blue in batch and fixed bed modes. Journal of Materials and Environmental Schiences, v.9, p. 272-284, 2018.
(25) GOPI, S.; PIUS, A.; THOMAS, S. Enchanced adsorption of crystal violet by synthesized and chacacterized chitin nano whiskers from shrimp shell. Journal of Water Process Engineering, v.14, p. 1-8, 2016.
(12) HASANBEIGI, A.; PRINCE, L. A technical review of emerging technologies for energy and water efficiency and pollution reduction in textile industries. Journal of Cleaner Production, v.95, p. 30-44, 2015.
(22) HENRYK, K.; JAROSLAW, C.; WITOLD, Z. Peat and coconut fiber as biofilters for chromium adsorption from contaminated wastewaters. Environmental Science and Pollution Research, v.23, p. 527-534, 2016
(11) KANAGARAJ, J.; SENTHILVELAN, T.; PANDA, R.C.; KAVITHA, S. Eco-friendly waste management strategies for greener environment towards sustainable development in leather industry: a comprehensive review. Journal of Cleaner Production, v.89, p. 1-17, 2015.
(13) KHATRI, A.; PEERZADA, M.H.; MOHSIN, M.; WHITE, M. A review on developments in dyeing cotton fabrics with reactive dyes for reducing effluent pollution. Journal of Cleaner Production, v.87, p. 50-57, 2015.
(6) KNEESE, A.V. Water Pollution: Economic Aspects and Research Needs. Editora Routledge Revivals LTD, 1.ed. p. 1-85, 2015.
(10) KUMAR, A.; VISHWAKARMA, H.S.; SINGH, J.; DWIVEDI, S.; KUMAR, M. Microbial pigments: Production and their applications in various industries. International Journal of Pharmaceutical, Chemical and Biological Sciences, v.5, p. 203-212, 2015.
(28) KYZAS, G.Z.; DELIYANNT, E.A.; Mercury (II) Removal with Modified Magnetic Chitosan adsorbents. Molecules. v. 18. p.6193-6214. 2013.
(4) LAWS, E.A. Aquatic Pollution: An Introductory Text. Editora Wiley LTD, 4.ed. p. 1-124, 2017.
(21) LI, H.; LIU, S.; ZHAO, J.; FENG. A. Removal of reactive dyes from wasterwater assisted with kaolin Clay by magnesium hydroxide coagulation process. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v.494, p. 222-227, 2016.
(18) MAHMOODIAN, H.; MORADI, O.; SHARIATZADEHA, B.; SALEHF, T.A.; TYAGI, I.; MAITY, A.; ASIF, M.; GUPTA, V.K. Enchanced removal of methyl orange from aqueous solutions by poly HEMA-chitosan-MWCNT nano-composite. Journal of Molecular Liquids, v.202, p. 189-198, 2015.
(24) MOUSSA, M.; BADER, N.; QUEREJETA, N.; INÉS, D.; PEVIDA, C.; QUEDERNI, A. CO2 Adsorption on Activated Carbon Based Olive Stone: A Comparison of Langmuir and Freundlich Models, Editora Springer, p. 1-62, 2017.
(9) MÜLLER-MAATSCH, J.; SCHWEIGGERT, R.M.; CARLE, R. Adulteration of anthocyanin- and betalain-based coloring foodstuffs with the textile dye ‘Reactive Red 195’ and its detection by spectrophotometric, chromatic and HPLC-PDA-MS/MS analyses. Food Control, v.70, p. 333-338, 2016.
(1) OMOLE, D.; BAMGBELU, O.; TENEBE, P.; EMENIKE, P.; ONIEMAYIN, B.; Analysis of Groundwater Quality in a Nigerian Community. Journal of Water Resource and Hydraulic Engineering, v.6, p. 22-26, 2017.
(5) OWA, F.W. Water Pollution: sources, effects, control and management. International Letters of Natural Sciences, v.3, p. 1-6, 2014.
(15) PRASAD, C.; KARLAPUDI, S.; RAO, N.; VENKATESWARLU, P.; BAHADUR, I. A highly resourceful magnetically separable magnetic nanoparticles from aqueous peel extract of Bottle gourds for organic dyes degradation. Journal of Molecular Liquids, v.243, p. 611-615, 2017.
(29) QIU, H.; LV, L.; PAN, B.; et al. Critical review in adsorption kinetic models. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, v. 10, n. 5, p. 716–724, 2009.
(16) SINGH, S.N. Microbial Degradation of Synthetic Dyes in Wastewaters. Editora Springer International Publishing Switzerland, 2015.
(23) TAHIR, M.A.; BHATTI, H.N.; IQBAL, M. Solar Red and Brittle Blue direct dyes adsorption onto Eucalyptus angophoroides bark: Equilibrium, kinetics and thermodynamic studies. Journal of Enviromnental Chemical Engineering, v.4, p. 2431-2439, 2016.
(19) TANHAEI, B.; AYATI, A.; LAHTINEM, M.; SILANPÄÄ, M. Preparation and characterization of a novel chitosan/Al2O3/magnetite nanoparticles composite adsorbent for kinetic, thermodynamic and isotherm studies of Methyl Orange adsorption. Chemical Engineering Journal, v.259, p. 1-10, 2015.
(20) WANG, C.; ZHANG, Y.; YU, L.; ZHANG, Z.H.; SUN, H. Oxidative degradation of azo dyes using tourmaline. Journal Hazourds Materials, v.260, p.851-859, 2013.
(14) WANG, H.; YUAN, X.; WU, Y.; ZENG, G.; CHEN, X.; LENG, L.; LI, H. Synthesis and applications of novel graphitic carbon nitride/metal-organic frameworks mesoporus photocatalyst for dyes removal. Applied Catalysis B: Enviromental, v.174-175, p. 445-454, 2015.
(2) WILD, S.; ROSSANA, B.; HAWKER, D.; CROPP, R.; STARK, J.S.; KING, C.; NASH, S.B.; An Antarctic research station as local source of perfluorinated organic pollutants. SETAC Europe 24th Annual Meeting Abstract Book, Basel, 2014. Disponível em: <https://research-repository.griffith.edu.au/bitstream/handle/10072/65355/95195_1.pdf?sequence=1&isAllowed=y>, acesso em 31 de Janeiro de 2018.
(3) YADAV, B.; REDDY, R.D.; DINESH B.; SUKUMARAN, M.K.; Effects of pond, Kapra Lake and Mini Tank Bund Lake waters on some biochemical studies in germinating wheat seedlings. World Journal of Research and Review, v.2, p. 18-20.
(8) YAMJALA, K.; NAINAR, M.S.; RAMISETTI, N.R. Methods for the analysis of azo dyes employed in food industry – A review. Food Chemistry, v.192, p. 813-824, 2016.
(27) YU, K.; HO, J.; McCANDLISH, E.; BUCKLEY, B.; PATEL, R.; LI, Z.; SHAPLEY, C.N.; Copper ion adsorption by chitosan nanoparticles and alginate microparticles for water purification applications. Colloids And Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 425, p.31-41, 2013.