Adsorção de amarelo de tartrazina em hidróxido duplo lamelar NiAl

ÁREA

Química Inorgânica

Autores

Ferreira, C. (UFRPE) ; Nascimento, L. (UFPE) ; Peçanha, S. (UFRPE) ; Batista de Melo Júnior, S. (UFRPE) ; Pereira de Almeida, R. (UFRPE) ; Morandi, L. (UFRPE) ; de Carvalho Lopes Barros, I. (UFRPE)

RESUMO

O descarte inadequado de efluentes em rios e mares tem causado grande impacto ambiental. Para remoção desses poluentes comumente emprega-se a adsorção. Assim, foram sintetizados hidróxidos duplos lamelares(HDLs) em razões metálicas Ni/Al=0,25 e 0,5 contendo o ânion tereftalato intercalado, para remoção do corante alimentício amarelo de tartrazina em meio aquoso. Os adsorventes nomeados de HDL NiAl foram obtidos pelo método de coprecipitação a pH constante. Resultados de DRX e FTIR confirmaram a formação dos HDLs NiAl. Também foi realizada a determinação do ponto de carga zero(PCZ), resultando nos valores de 5.51 e 5.31 para os HDL- NiAl0,5 e HDL-NiAl0,67, respectivamente. Ensaios de adsorção do corante apresentaram remoção acima de 80% do corante em pHs ácidos, em 120 minutos.

Palavras Chaves

HDL; Adsorção; Corante

Introdução

A poluição ambiental é reconhecida como um problema de escala global e cada vez mais latente na sociedade moderna, visto que, o bem estar da vida humana, da fauna e flora depende da sua preservação. Nesse cenário, a poluição aquática causada pelo descarte inadequado de enorme quantidade de efluentes em rios e mares, acarreta grandes danos ao ecossistema aquático.(BENKHAYA et al,p.2, 2020) Os efluentes da classe dos corantes possuem coloração intensa podendo causar o processo de eutrofização, e, devido à sua grande variedade e características fisico-químicas próprias, tornam-se difíceis de remover. Dentre os processos de remoção, destaca-se a adsorção, processo físico-químico que consiste no uso de um sólido para reter partículas de fluidos na sua superfície. Os hidróxidos duplos lamelares(HDL) são amplamente utilizados como adsorventes. São caracterizados como materiais argilosos, do tipo hidrotalcita, que possui fórmula geral [M2_(x-1)M3_x(OH)₂]^x+A- _x/mn.H2O), onde o M2 e M3 são metais com carga divalente e trivalente, respectivamente, que estão coordenados às hidroxilas nas lamelas, A- corresponde ao ânion de compensação, que forma a região interlamelar. Os HDLs possuem lamelas do tipo brucita onde é formada uma rede de octaedros ligados, com as hidroxilas nos vértices e o metal di- ou trivalente no centro (CREPALDI et al, p.4, 1999). A proposta deste trabalho, justifica-se pela necessidade de novos materiais adsorventes de baixo custo e fácil síntese, com eficácia para a remoção de efluentes em água, em especial os corantes alimentícios, como o amarelo de tartrazina, a partir da síntese de HDLs NiAl em razões Ni/Al= 0,25 e 0,5 pelo método de coprecipitação em pH controlado.

Material e métodos

O hidróxido duplo lamelar(HDL) foi sintetizado pelo método da coprecipitação em pH controlado (6.3-6.8), utilizando materiais contendo Ni e Al em diferentes proporções: Ni/Al = 0,25 e 0,5, onde X= 0,5 e 0,67,contendo o ânion tereftalato intercalado, e sendo nomeados como HDL-NiAl0,5 e HDL-NiAl0,67. Foram realizadas caracterizações de espectroscopia de difração de raios-X(DRX) e espectroscopia da região do infravermelho(FTIR), além da análise do PCZ pelo método dos 11 pontos(pH de 1-11) (ROBLES and REGALBUTO, p.3, 2004). Para avaliar a influência do pH inicial foram realizados ensaios em 5 pHs diferentes: 2, 3, 4, 5, 6 e 8, o ajuste dos pHs foi realizado com soluções de HCL 0,1 M e NaOH 0,01 M. Já para avaliar o tempo de contato entre a solução de corante e os HDLs foram realizados ensaios em pH = 2 e pH = 3, para os HDL-NiAl0,5 e HDL-NiAl0,67 respectivamente, no período de 180 minutos, onde, na primeira meia hora foram retiradas alíquotas a cada 10 minutos e a partir desses 30 minutos foram retiradas alíquotas a cada 30 minutos até completar os 180 minutos. Para ambos ensaios foi mantida a proporção de 20mg do HDL para 50mL da solução de 40ppm do corante, e as alíquotas foram centrifugadas e levadas ao espectrofotômetro UV-Vis Agilent 8453 para a leitura da concentração remanescente de corante na solução. Para determinar a % de remoção do corante foi utilizada a fórmula: R%= (Ci- Ct)x100/Ci, onde Ci é a concentração inicial do corante, Ct é a concentração final do corante após o tempo t, e R% é a porcentagem de remoção.

Resultado e discussão

Resultados de DRX confirmaram a formação dos HDLs mediante os planos (110) e (003). Dados de FTIR apresentaram bandas em 3000-3600cm-1 relacionadas às hidroxilas da lamela, bem como absorção em 1600cm-1 e bandas em 800-860cm-1, responsável pela vibração dos anéis benzênicos, confirmando a intercalação do ânion tereftalato. Na avaliação da influência do pH inicial foram observados máximos de adsorção em 85,04% e 91,11% em pH=2 e 3, para os HDL-NiAl0,5 e HDL- NiAl0,67, respectivamente (Figura 1a;1b). Estes resultados estão de acordo com os PCZs obtidos, onde, valores de pH>PCZ, a superfície do HDL tende a tornar-se mais negativa, e valores de pH<PCZ, a superfície tende a tornar-se mais positiva devido aos grupos Sur-OH₂⁺, onde Sur=superfície, que irão atrair eletrostaticamente os ânions Ta3- do corante, segundo a eq.: Sur-OH + H3O+ → Sur-OH2+ + H2O. Seguindo essa tendência observa-se uma queda na remoção do corante em pHs alcalinos devido à competição dos íons hidroxila pelos sítios ativos na superfície do adsorvente formando os grupos Sur-O^- ocasionando a repulsão do ânion tartrazina, segundo a eq.: Sur-OH + OH- → Sur-O- + H2O. OUASSIF et al, (p5,2019), também registrou remoção do corante tartrazina em HDL-ZnAl. Para o efeito do tempo de contato, foi observado que o melhor tempo para os HDL-Nial0,5 e HDL-NiAl0,67 foi 120 minutos, visto que após esse tempo, ocorre o equilíbrio de adsorção, ou seja, a quantidade de soluto na fase líquida permanece constante, pois a capacidade máxima de adsorção foi atingida (NASCIMENTO et al,p20,2014). A rápida adsorção observada nos 30 minutos iniciais (Figura 2), sugere que os sítios ativos estão facilmente acessíveis pelos íons do corante amarelo de tartrazina na etapa inicial do processo.

Figura 1:a)Gráfico %remoção versus pH inicial para HDL-NiAl0,5 por 120 minutos.b)Gráfico %remoção versus pH inicial para HDL-NiAl0,67 por 120 minutos.


Figura 2: Gráfico %Remoção versus tempo(180 min), para os HDL-NiAl0,67 e HDL-NiAl0,5 em pH=3 e 2, respectivamente.

Conclusões

Resultados de DRX e FTIR confirmaram a formação dos adsorventes HDLs NiAl, bem como a intercalação do ânion tereftalato. Os ensaios de adsorção em pHs variados, mostraram uma maior eficiência na remoção do corante em pHs ácidos durante 120 minutos, em pH=2 e pH=3, para os HDL-NiAl0,5 e HDL0,67, respectivamente, concordando com os seus PCZs, onde pH<PCZ a adsorção será favorecida, devido a atração eletrostática entre o ânion Ta3- e a superfície do HDL. Dessa forma, os HDLs podem ser considerados adsorventes promissores no tratamento de águas contaminadas com o corante amarelo de tartrazina.

Agradecimentos

Á UFRPE e ao LAQUIMAT pelo apoio.

Referências

BENKHAYA,S.; M'RABET, S.; HARFI, El. A. A review on classifications, recent synthesis and applications of textile dyes. Inorganic Chemistry Communications. Vol 115, 2020.

CREPALDI,E.L.; VALIM, J.B.Hidróxidos duplos lamelares: síntese e caracterização. Química nova. Vol 21, 1997.

NASCIMENTO, F. Ronaldo; LIMA, A. C. Ari; VIDAL, B. Carla; MELO, Q. Diego; RAULINO, C. S. Giselle. Adsorção: aspectos teóricos e aplicações ambientais. Editora UFC,1ºed.2014.

OUASSIF, H.; LAHKALE, R.; MOUJAHID, El. M.; SADIK, R.; BOURAGBA, F. Z.; SABAR, EL. M.; DIOURI, M. Zinc-Aluminum Layered Double Hydroxide: High efficient removal by adsorption of tartrazine dye from aqueous solution. Surfaces and Interfaces. Vol 18, 2020.

REGALBUTO, J. R.; ROBLES, J. O. The engineering of Pt/carbon catalyst preparation for application on proton exchange fuel cell membrane (PEFCM). Catalysis Laboratory, University of Illinois at Chicago, 2004.