Estudo da adsorção do corante têxtil vermelho reativo 195 empregando biossorventes

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Santana, R.M.R. (UFPE) ; Nascimento, G.E. (UFPE) ; Silva, P.K.A. (UFPE) ; Charamba, L.V.C. (UFPE) ; Oliveira, M.A.S. (IFPE) ; Cavalcanti, V.O.M. (FACULDADE DOS GUARARAPES) ; Silva, J.C. (UFPE) ; Duarte, M.M.M.B. (UFPE) ; Napoleão, D.C. (UFPE)

Resumo

A poluição do ambiente causada pelo descarte inadequado dos efluentes das indústrias têxteis tem ganhado mais notoriedade a cada dia. Os corantes contidos em tais resíduos, quando presentes nos corpos hídricos podem afetar desde os ciclos biológicos até a atividade fotossintética do meio. Diante do exposto, os processos adsortivos têm se apresentado como alternativa eficiente e de baixo custo para remoção de corantes e de substâncias persistentes no efluente. Assim sendo, o presente trabalho avaliou a aplicabilidade deste tipo de processo na remoção do corante têxtil vermelho reativo 195 (VR195) presente em solução aquosa. Por fim, foi realizado estudo de três biossorventes, com posterior determinação do pH do ponto de carga zero do material de maior eficiência e da solução de trabalho.

Palavras chaves

Biossorventes; Processos Adsortivos; Vermelho reativo 195

Introdução

Os problemas ambientais provocados pelo acelerado processo de industrialização e urbanização somados a uma fraca supervisão pelas agências de controle ambiental, vêm aumentando com o passar dos anos. Neste cenário, a indústria têxtil tem ganhado ênfase devido ao alto impacto de seu efluente sobre a qualidade das águas residuais. Estima-se que cerca de 10% da matéria-prima utilizada é perdida durante o processo de tingimento de fibras de celulose. Efluentes contendo corantes podem apresentar efeitos mutagênicos, uma vez que a presença de compostos corantes pode inibir a atividade fotossintética na biota aquática, já que tais compostos podem ser bioacumulados, além de provocar alterações no aspecto visual dos mananciais (MENDES et al., 2015; SANTOS et al., 2018). Os corantes reativos são largamente usados pela indústria têxtil devido a facilidade de aplicação, estabilidade na coloração e o brilho que imprimem. A estrutura química de suas moléculas contém grupos azo (-N=N-), que possuem uma alta dispersão, podendo alterar a toxidade da água. Sendo assim, o tratamento adequado em efluentes têxteis é essencial para que se evite a contaminação/poluição dos recursos naturais (LEAL et al., 2018). Nesse contexto, faz-se necessário avaliar que tipos de tratamento devem ser empregados nas estações de tratamento de efluentes (ETE), uma vez que os processos convencionais (físico-químicos e biológicos) não têm sido capazes de degradar substâncias recalcitrantes como os corantes (PRIETO-RODRÍGUEZ et al., 2013). A despeito do desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento de efluentes (por exemplo, processos oxidativos avançados e tecnologia de membrana), a adsorção permanece no cenário ambiental como um método popular, graças à simplicidade de operação, alta eficiência, materiais e operação de baixo custo (STAGNARO; VOLZONE; HUCK; 2018). A eficiência do método adsortivo depende das propriedades químicas e físicas (tamanho, peso e estrutura molecular, razão entre a área de superfície e o tamanho das partículas) do adsorvente (KAUSAR et al., 2018). Uma tendência crescente no meio acadêmico são estudos utilizando biossorventes, que além de serem considerados “eco-friendly”, atuam diminuindo o custo operacional (ABDEL-KHALEK; RAHMAN; FRANCIS, 2016; ESPINOSA et al., 2015). Temesgen et al. (2018) avaliaram a utilização de cascas de laranja e banana ativadas para remoção do corante reativo vermelho (RRD) presente no efluente de uma indústria têxtil. Os autores otimizaram o experimento e sob pH de 4, alcançaram uma eficiência máxima de remoção de 89,41% e 70,25% para os adsorventes casca de laranja e casca de banana, respectivamente. Já Mokhtar et al. (2017) avaliaram o potencial de remoção do corante azul de metileno (MB) através de cinco espécies de macroalgas marinhas (S. polycystum, E. spinasum, K, striatum, K. alverezii e C. lentillifera), obtendo uma remoção de máxima de 84%, ao utilizar a Euchema Spinasum nas condições operação otimizadas. O presente estudo foi desenvolvido com o objetivo geral de avaliar o poder de remoção do azo corante vermelho reativo 195 (V5195) utilizando os biossorventes casca de ovo de galinha, vagem de feijão e coroa de abacaxi. Tendo ainda como objetivos específicos identificar a melhor condição de trabalho para o adsorvente que apresentar uma maior relação capacidade adsortiva e percentual de remoção da cor.

Material e métodos

Para a realização dos experimentos o adsorvato utilizado foi o corante têxtil vermelho reativo 195 (VR195) (Exatacor). Inicialmente foi preparada uma solução de trabalho contendo o corante em uma concentração de 50 mg∙L^-1. A concentração do corante nas amostras antes e após o tratamento foi medida através de espectrofotômetro de ultravioleta/visível (UV/Vis) (Thermoscientific), no comprimento de onda (λ) de 544 nm, característico do VR195. Os biossorventes utilizados nos ensaios para a remoção do corante foram casca de ovo de galinha, vagem de feijão e coroa de abacaxi, todos in natura. Os materiais foram lavados com água destilada e secos em estufa durante 2 horas a 80°C. Em seguida, foram moídos em um moinho de facas (TECNAL) e classificados em peneira de Tyler (BERTEL) com diâmetro de 0,15- 0,21 mm. Uma vez preparada a solução de trabalho e o material adsorvente, foi então realizado um estudo preliminar para verificar qual dos adsorventes supracitados apresentaria maior eficiência frente a solução matriz do corante, baseando-se em sua máxima capacidade de adsorção. Estimou-se ainda a quantidade de massa de adsorvente necessária para tratamento, a qual foi variada em 2, 4, 8, 16, 34, 32 e 40 g∙L^-1. Para os ensaios, utilizou-se 25 mL da solução de trabalho do VR195, em seu pH natural (7,0). Os experimentos foram conduzidos em mesa agitadora (Ika, KS 130 control) a 150 rpm, temperatura de 25 ± 1°C por 180 minutos. Transcorrido o tempo, cada amostra foi filtrada e avaliada via UV/Vis. A quantidade de corante adsorvido por grama de adsorvente foi calculada conforme metodologia proposta por Nascimento et al. (2015). De posse dos resultados do estudo preliminar, observou-se o material com maior capacidade adsortiva, e então determinou-se seu pH do ponto de carga zero (pH_PCZ). O valor do pH_PCZ foi estimado por medidas de pH da água antes e após o contato com o adsorvente. Para tal, foram adicionados 0,40 g do adsorvente em 25 mL da água com pH variando de 2 a 11, ajustado com soluções de ácido clorídrico (0,1 mol⋅L^-1) e hidróxido de sódio (0,1 mol⋅L^-1). Posteriormente, as soluções ficaram sob agitação de 150 rpm, temperatura de 25 ± 1°C por 24 horas. O pH_PCZ foi obtido pelo gráfico (pH_final - pH_inicial) versus pHinicial, na interseção da curva com o eixo pHinicial. Por fim, foi avaliada a influência do pHinicial do adsorvato, através da realização de experimentos em que 0,4 g da vagem de feijão in natura foi colocada em contato com 25 mL da solução de corante (50 mg⋅L^-1). Variou-se o pH_inicial de 2 a 11, permanecendo sob agitação constante de 150 rpm por 3 horas.

Resultado e discussão

Estudo da concentração dos adsorventes Ao avaliar a concentração dos adsorventes utilizados pôde-se observar que ao aumentar a massa de adsorvente obteve-se um maior percentual de remoção do corante VR195. A análise da Figura 1 permite verificar ainda que a vagem de feijão apresentou maior eficiência na remoção do corante bem como uma maior capacidade adsortiva, dentre os três materiais estudados. Pode-se constatar ainda que houve um aumento na eficiência de remoção do corante de forma proporcional ao aumento da concentração dos adsorventes. Verificou-se que a remoção passou de 6% para 56% quando a casca de ovo foi utilizada como material adsorvente (Figura 1a), 9% a 96% quando se utilizou vagem de feijão (Figura 1b) e de 7% para 73% quanto empregado a coroa de abacaxi (Figura 1c). Tal comportamento pode ser atribuído ao fato da maior disponibilidade de sítios ativos para interação com o corante, à medida que se aumentava a quantidade de massa. No entanto, verificou-se que uma diminuição da proporção adsorvato/adsorvente causava uma diminuição da capacidade adsortiva (q) do material. Sendo assim, buscou-se aliar uma maior capacidade adsortiva com um maior % de remoção. Sabendo-se que a vagem de feijão conferia maior eficiência ao processo, buscou-se caracterizar este material por meio do seu ponto de carga zero. Ao considerar a interseção entre as curvas, em aproximadamente 16 g∙L^-1, esta concentração passou a ser utilizada na próxima etapa do estudo. pH do ponto de carga zero O pH do ponto de carga zero (pH_PCZ) está relacionado com a variação de pH, em que o balanço entre as cargas positivas e negativas, presentes na superfície do adsorvente apresenta valor nulo (MIMURA et al. 2010). Marín et al. (2015) ressaltam a importância de determinar este parâmetro, já que se sabe que o desenvolvimento de cargas na interface sólido-líquido ocorre a partir da dissociação ou adsorção dos íons em solução. Sendo assim, o pH_PCZ da vagem de feijão in natura foi analisado e o resultado obtido está apresentado na Figura 2. De acordo com a Figura 2 a), o pH_PCZ da vagem de feijão in natura foi de 6,4. Sabe-se que abaixo do valor de pH_PCZ, o material sólido possui uma carga superficial positiva, promovendo a adsorção de ânions, e acima do valor do pH_PCZ a superfície encontra-se carregada negativamente, favorecendo a adsorção de cátions. Como o corante VR195 possui em sua estrutura grupamento azo, apresentando grupos funcionais sulfonados que são carregados negativamente, a interação do corante com a superfície do adsorvente pode ocorrer através dos grupos protonados do sólido interagindo com os grupos aniônicos do corante, conforme descrito por Nascimento et al. (2014). Quando se avalia a Figura 2b) pode-se constatar que a adsorção do corante VR195 foi maior na solução com pH 2 (com remoção da cor superior a 99%). Segundo Fiorentin et al. (2010) as moléculas de corante reativo que possuem grupos vinilsulfona podem ser desprotonadas em ambiente ácido, resultando em uma molécula polar (-SO₃-R) com alta densidade de carga negativa. Esta observação reforça o resultado obtido no estudo do pH_PCZ.

Efeitos da concentração do adsorvente in natura: (a) casca de ovo, (b) vagem de feijão e (c) coroa de abacaxi.


a) pHPCZ da vagem de feijão, b) Acompanhamento do % de remoção através da variação do pH.

Conclusões

A partir do presente estudo verificou-se a viabilidade do processo de adsorção na remoção do corante VR195 empregando biossorventes in natura. Dentre os materiais adsorventes utilizados, a vagem de feijão mostrou-se mais eficiente, uma vez que exibiu uma maior relação entre capacidade adsortiva e % de remoção da cor do corante, com dosagem de 16 g·L-1. Constatou-se ainda que a adsorção de 99% do corante em estudo utilizando a vagem é favorecida em pH 2, o qual é inferior ao pHPCZ deste material, com valor de 6,4. Ficou então demonstrada a capacidade do processo como uso alternativo de tratamento.

Agradecimentos

Ao NUQAAPE/FACEPE, à CAPES e à FADE/UFPE.

Referências

ABDEL-KHALEK, M. A., RAHMAN, M. K. A., FRANCIS, A. A. Exploring the adsorption behavior of cationic and anionic dyes on industrial waste shells of egg. Journal of Enviromental Chemical Engineering, v. 5, n. 1, p. 319 – 327, 2017.

ESPINOSA, L. F., CARMINATI, S. P., CREVELIN, T. C., PIN, T. C., PUGET, F. P. Reaproveitamento da casca de ovo para remoção de íons Cd2+. Enciclopédia biosfera, 2015.

FIORENTIN, L. D.; TRIGUEROS, D. E. G.; MÓDENES, A. N., ESPINOZA QUIÑONES F. R.; PEREIRA, N. C.; BARROS, S. T. D.; SANTOS, O. A. A. Biosorption of reactive blue 5G dye onto drying orange bagasse in batch system: kinetic and equilibrium modeling. Chemical Engeenering Journal. 2010; 163:68–77.

KAUSAR, A.; LQBAL, M.; JAVED, A.; AFTAB, K.; NAZLI, Z.; BHATTI, H. N.; NOUREN, A. Dyes adsorption using clay and modified clay: A review. Journal of Molecular Liquids, v 256, p. 395-407, 2018.

LEAL, T. W.; LOURENÇO, L. A.; SCHEIBE, A. S.; DE SOUZA, S. M. A. G.; SOUZA, A. Textile wastewater treatment using low-cost adsorbent aiming the water reuse in dyeing process. Journal of Environmental Chemical Engineering, v. 6, n. 2, p. 2705-2712, 2018.

MARIN, P.; BORBA, C. E.; MÓDENES, A. N.; OLIVEIRA, S. P. D.; PASSAIA, N.; FIGUEIREDO, L. S. Avaliação do efeito da temperatura, pH e granulometria do adsorvente na adsorção do corante azul reativo 5g. ENGEVISTA, v. 17, n. 1, p. 59-68, 2015.

MIMURA, A. M. S; VIEIRA, T. V. A.; MARTELLI, P. B.; GORGULHO, H. F. Aplicação da casca de arroz na adsorção dos íons Cu2+, Al3+, Ni2+ e Zn2+. Química Nova, v. 33, n. 6, p. 1279-1284, 2010.


MENDES, C. R.; DILARRI, G.; PELEGRINI, R. T. Aplicação da biomassa Saccharomyces cerevisiae como agente adsorvente do corante Direct Orange 2GL e os possíveis mecanismos de interações adsorbato/adsorvente. Revista Matéria, v. 20, n.4, p. 898-908, 2015.

MOKHTAR, N.; AZIZ, E. A.; ARIS, A.; ISHAK, W. F. W.; ALI, N. S. M. Biosorption of azo-dye using marine macro-alga of Euchema Spinosum. Journal of Environmental Chemical Engineering, v. 5, n. 6, p. 5721-5731, 2017.

NASCIMENTO, G. E.; DUARTE, M. M. M. B.; CAMPOS, N. F.; BARBOSA, C. M. B. M.; SILVA, V. L. Adsorption of the reactive gray BF-2R dye on orange peel: kinetics and equilibrium studies, Desalination and Water Treatment, v. 52 n. 7-9, p. 1578-1588, 2013.
NASCIMENTO, G. E.; Campos, N. F.; SILVA, J. J.; BARBOSA, C. M. B. M.; DUARTE, M. M. M. B. . Adsorption of anionic dyes from an aqueous solution by banana peel and green coconut mesocarp. Desalination and Water Treatment, v. -, p. 1-16, 2015.

PRIETO-RODRÍGUEZ, L., OLLER, I., KLAMERTH, N., AGÜERA, A., RODRÍGUEZ, E.M., MALATO, S. Application of solar AOPs and ozonation for elimination of micropollutants in municipal wastewater treatment plant effluents. Water Research, v. 47, p. 1521-1528, 2013.

SANTOS, C. C., MOUTA R.; JUNIOR, M. C. C.; SANTANA, A. A. S.; SILVA, H. A. D. D. S.; BEZERRA, C. W. B. B. Chitosan-edible oil based materials as upgraded adsorbents for textile dyes. Carbolydrate Polymers, v. 180, p. 182-191, 2018.

STAGNARO, S. M.; VOLZONE, C.; HUCK, L. Nanoclay as Adsorbent: Evaluation for Removing Dyes Used in the Textile Industry. Procedia Materials Science, v. 8, p. 586-591, 2015.

TEMESGEN, F.; GABBIYE, N.; SAHU, O. Biosorption of reactive red dye (RRD) on activated surface of banana and orange peels: Economical alternative for textile efluente. Surfaces and Interfaces, v. 12, p. 151-159, 2018.