ÁREA
Química Analítica
Autores
Lima, T.E. (UFCA) ; Alves, R.C.C. (UFCA) ; Teixeira, Y.N. (URCA) ; Paula Filho, F.J. (UFCA) ; Menezes, J.M.C. (UFCA)
RESUMO
O cobre é um metal tóxico pois em quantidades altas pode até mesmo causar câncer, o uso do carvão ativado a base de pequi pode ser uma opção para tratamento de águas contaminadas por cobre e ainda uma destinação mais nobre para um material que geralmente é descartado como lixo orgânico. O presente trabalho constatou a viabilidade do uso do carvão para o tratamento de águas contaminadas com cobre e que o modelo teórico que melhor descreve a cinética de adsorção do material estudado é o de pseudosegunda ordem, o valor da capacidade de adsorção no equilíbrio encontrado foi de 7,30 mg/g e o tempo de equilíbrio foi de aproximadamente 120 minutos.
Palavras Chaves
Adsorção; Cobre; Pequi
Introdução
A água desempenha um papel crucial na saúde humana e preservação do meio ambiente, sendo fundamental para a produção de alimentos e criação de animais. A ONU inclui a água como um dos seus objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS), especificamente o objetivo 6, que busca garantir a disponibilidade e a gestão sustentável da água potável e do saneamento para todos. Dito isto, a contaminação da água por metais tóxicos é um grave problema a ser enfrentado tendo em vista desenvolver atividades ecos sustentáveis. O cobre (Cu), por exemplo, tem participação em variadas enzimas e numerosos processos biológicos vitais, no entanto, quando em elevadas concentrações, o mesmo pode se tornar tóxico ao corpo (Ozcelik & Uzun, 2009), por suas propriedades carcinogênicas e mutagênicas, o máximo aceitável de concentração de Cu em água recomendada pela Organização Mundial da Saúde (OMS) é de 1,5 mg/L (Gao et al., 2018). A adsorção é uma operação de transferência de massa em que certos sólidos concentram substâncias existentes em fluidos líquidos ou gasosos em sua superfície, permitindo a separação de componentes desses fluidos (Nascimento, 2020). No caso dos materiais lignocelulósicos, problemas enfrentados normalmente nessa área como o alto custo passam a não ser mais um problema. O pequi, especificamente o Caryocar coriaceum WITTM (CCW), é encontrado no bioma cerrado e possui uma produção significativa na região da chapada do Araripe. Geralmente, apenas a semente é utilizada como alimento e em receitas da região, enquanto o restante do fruto é descartado. Nesse sentido, o objetivo deste estudo é investigar a aplicabilidade do carvão ativado obtido a partir do CCW como material adsorvente, estudar a cinética desse processo e determinar o momento de equilíbrio.
Material e métodos
Rejeitos do CCW, coletados em Crato-CE, foram lavados, descascados e secos ao sol por 24 horas em 3 dias. O exocarpo seco foi macerado e peneirado na peneira 100 ABNT, e posteriormente lavado com água de osmose reversa e seco a 60°C por 24 horas. Para carbonização, 17,8g do precursor foram processados e aquecidos a 500°C por 2 horas, produzindo carvão. Este carvão foi ativado com 500mL de NaOH 1 mol/L, agitado por 24 horas e lavado até pH 7. Secou-se novamente a 60°C por 24 horas. O cálculo do rendimento (rendimento(%) = (mf/mi) x 100) do processo de obtenção de carvão ativado foi realizado por análise gravimétrica. Sendo: mf a massa final após a calcinação e mi a massa inicial antes da calcinação. Conforme metodologia de Menezes et al., 2023, preparou-se uma solução de sulfato de cobre (100 mg/L, pH 5,5). Dez amostras de 50 mg foram inseridas em frascos de Erlenmeyer e adicionados 10 mL da solução em cada. O teste ocorreu em mesa agitadora a 120 RPM, com tempos de exposição de 1 minuto até 4 horas. As amostras, após o tempo definido, foram filtradas e analisadas via espectrometria de absorção por chama na UFCA usando um Varian modelo 50b. Os dados foram usados para o cálculo da capacidade adsortiva (qe), onde: qe = ((Co − Ceq)/m)*V, sendo Co a concentração inicial de cobre, Ceq a concentração residual, m a massa do bioadsorvente e V o volume da solução. Logo após, os dados foram aplicados a modelos cinéticos para determinar constantes e equações para modelos Pseudo primeira ordem (PPO), (qt = qe*(1–exp(-k1*t)). Pseudo segunda ordem (PSO), (qt = (qe^2*k2*t)/(1+qe*k2*t)) e Elovich (qt = (1/β)*ln(1+α*β*t)).
Resultado e discussão
O rendimento do processo de carbonização está apresentado na Figura 1. Observa-
se uma redução de 73,94% na massa do carvão, resultando 4,64 gramas de carvão.
Em comparação com o estudo de (Teixeira J. L., n.d.), e (Santos, n.d.) nota-se
um
rendimento menor na obtenção de carvão, o que pode ser causado pela falta de um
fluxo de gás inerte durante o processo de carbonização, ou mesmo a natureza do
CCW. Um futuro estudo nesse sentido pode ser realizado.
Os resultados experimentais do estudo cinético e sua aplicação aos modelos
cinéticos estudados podem ser observados na Figura 2. Uma rápida adsorção é
observada logo no primeiro minuto, com valor de 3,5 mg/g, a continuidade se dá
de forma rápida até os 10 minutos onde, com qe de 6mg/g, o processo passa a
desacelerar, até os 120 minutos, atingindo o valor do equilíbrio, momento o qual
o valor da capacidade de adsorção atinge 7 mg/g. nesse momento também se observa
que o processo aparentemente encontra o equilíbrio.
A análise dos dados aponta um melhor enquadramento com o modelo cinético de PSO,
apresentando os melhores valores de R2 como também de chi-quadrado e de erro,
0,9791, 0,1341 e 0,8044, respectivamente.
O modelo de Elovich apresentou valores próximos aos do modelo PSO sendo R2 igual
a 0,9787, o de chi-quadrado igual a 0,1370 e o da função erro igual a 0,8219.
Dos três modelos o PPO foi o que apresentou o pior enquadramento com valores de
R2, chi-quadrado e erro iguais a 0,9377, 0,4013 e 2,4080, respectivamente.
Massas antes e depois dos processos de carbonização \r\ne ativação.
Gráfico de capacidade de adsorção em função do \r\ntempo.
Conclusões
O teste cinético evidenciou a viabilidade do uso do CCW para tratamento de água contaminada por Cu2+. Mesmo o modelo de PSO apresentando maior valor de R2 e menor valor de chi-quadrado e função erro, sendo estes, bons indicativos que este é o modelo que representa o processo de adsorção, os valores obtidos no modelo de Elovich levam a crer que os dois modelos descrevem o processo cinético. O valor de qe no equilíbrio encontrado foi de 7,3032 mg/g, este valor no gráfico é obtido aproximadamente em torno dos 120 minutos. Outros estudos serão realizados para obter o qe máximo do material.
Agradecimentos
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro.
Referências
Teixeira J. L. (n.d.). OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO A PARTIR DA
CASCA DE COCO VERDE. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MINAS, METALÚRGICA E DE MATERIAIS-PPGE3M.
Gao, X., Wu, L., Xu, Q., Tian, W., Li, Z., & Kobayashi, N. (2018). Adsorption kinetics and mechanisms of copper ions on activated carbons derived from pinewood sawdust by fast H3PO4 activation. Environmental Science and Pollution Research, 25(8), 7907–7915. https://doi.org/10.1007/s11356-017-1079-7.
Menezes, J. M. C., de Paula Filho, F. J., da Costa, J. G. M., Coutinho, H. D. M., & Teixeira, R. N. P. (2023). Competitive Bioadsorption of Pb+2 and Cu+2 Ions by Caryocar coriaceum WITTM. Barks. Water, Air, & Soil Pollution, 234(7). https://doi.org/10.1007/s11270-023-06419-0.
Nascimento, R. F. do. (2020). Adsorção [livro eletrônico] : aspectos teóricos e
aplicações ambientais / Ronaldo Ferreira do Nascimento ... [et al.]. - 2. ed. -
Fortaleza: Imprensa Universitária, 2020. 4749 Kb : il. color ; PDF (Estudos da Pós-Graduação).
Ozcelik, D., & Uzun, H. (2009). Copper intoxication; Antioxidant defenses and oxidative damage in rat brain. Biological Trace Element Research, 127(1), 45–52.
https://doi.org/10.1007/s12011-008-8219-3.
Santos, C. M. dos. (n.d.). ESTUDO DO CARVÃO ATIVADO DA CASCA DE CUPUAÇU COMO
SUPORTE NA CATÁLISE HETEROGÊNEA.UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA.
