ÁREA
Química Ambiental
Autores
Santana, I.L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, M.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Cavalcanti, V.O.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Ourem, G.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, C.O.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, M.N.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Santos, J.H.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Napoleão, D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Duarte, M.M.M.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)
RESUMO
O objetivo do trabalho foi avaliar e aplicar adsorventes obtidos a partir de biomassas residual. Para o adsorvente selecionado foram definidas as condições experimentais para o processo adsortivo do corante preto direto 22. Dentre os carvões ativados com ácido fosfórico o obtido de madeira de poda de umbaúba foi o que apresentou maior eficiência. Além disso, o pH da solução igual a 3 foi o que promoveu o maior percentual de remoção. No que diz respeito a velocidade de agitação, o processo foi mais eficiente para 150 rpm. Por fim, a melhor relação massa de adsorvente e volume da solução de adsorvato foi de 1 g•L-1. Desta forma, fica evidenciado que o carvão ativado produzido a partir da madeira da poda de umbaúba apresentou potencial para o tratamento do corante preto direto 22.
Palavras Chaves
corante têxtil; resíduo de biomassa; carvão ativado
Introdução
O acelerado avanço das atividades da indústria têxtil apresenta como consequência o aumento de descarte de efluentes sem o devido tratamento para os contaminantes recalcitrante com os corantes (TOUNSADI et al. 2020). Esses compostos apresentam estrutura complexa e alta estabilidade que podem causar danos aos ecossistemas dado a sua interferência no ciclo fotossintético do ambiente aquático (SATHISHKUMAR et al. 2019). Além disso, podem apresentar caráter toxico, mutagênico e carcinogênico em sistemas biológicos (TOUNSADI et al. 2020). Desse modo, é necessário um tratamento para a remoção efetiva do poluente. Diversos processos de tratamento de efluente são empregados e utilizados, dentre esses a adsorção é um tratamento físico que apresenta vantagens como alta eficiência, rápida remoção de poluentes, de fácil operação e possibilidade de uso de adsorventes preparados a partir de resíduos (ISIK; CAKAR; CANKURTARAN, 2023). Ademais, é um tratamento relativamente simples e sem formação de subprodutos perigosos (ABROUKI et al. 2021). Para o processo de adsorção, tem-se demonstrado que o carvão ativado é o adsorvente mais eficiente dentre os vários materiais aplicáveis ao processo (ALGHAMDI et al. 2021). Diante disso, vários estudos têm avaliado o uso de materiais biológicos e resíduos agroindustriais como precursores para adsorventes ativados. Estes são materiais abundantes e menos oneroso que podem ser transformados em biomassas de valor agregado com o intuito de remover contaminantes presentes em águas residuais (SEMIÃO; HAMINIUK; MACIEL, 2020). Com efeito, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a aplicação de diferentes carvões ativados que tiveram como precursor uma biomassa residual e, assim, selecionar o melhor adsorvente. Além disso, foi estudada e selecionada as condições que promoveram maiores percentuais de remoção do corante têxtil preto direto 22, um dos mais utilizados na indústria têxtil.
Material e métodos
O corante têxtil preto direto 22 (PD22) foi utilizado no presente trabalho devido ao grande uso na indústria têxtil. Esse corante foi obtido através de uma indústria localizada na região agreste de Pernambuco, o qual foi identificado e quantificado por espectrofotômetro de ultravioleta/visível (UV/Vis) da Thermoscientific. Para isto, foi realizada uma varredura espectral para identificar o comprimento de onda (λ) característico do corante. Além disso, foi avaliado os espectros da solução de corante em diferentes pH (3, 5 e 8) com intuito de verificar o comportamento do pico nessas condições. Após a identificação do λ foi construída curva analítica em uma faixa linear para quantificação antes e após o tratamento. Os diferentes adsorventes de origem renovável utilizados neste trabalho tiveram como materiais precursores: casca de amendoim (CA), coroa de abacaxi (COA), sabugo de milho (SM) e madeira de poda de umbaúba (MPU). Para obter o material in natura os resíduos foram lavados, cortados e seco em estufa a 105 °C (Marca Quimis) por 24 h. Em seguida, o material foi triturado em moinho de facas (Marca CIENLAB; modelo: CE-430), lavado e seco em estufa a 60 °C por 24 h. A ativação química foi realizada utilizando ácido fosfórico (H3PO4 85%) em uma proporção de 5:3 (m/v) o qual foi adicionado ao material in natura e homogeneizado. A mistura foi colocada em mufla com rampa de aquecimento de 10 °C.min-1, permanecendo a 100°C por 30 min, 200°C por 1 h e 350°C por 1 h. O carvão ativado ao atingir a temperatura ambiente foi lavado com solução de NaHCO3 1% (FMaia), com intuito de remover o ácido residual, até a solução atingir pH entre 6 e 7. Em seguida, foi lavado com água destilada e seco em estufa a 105°C. Por fim, o material foi classificado em peneira Tyler (Marca Betel) a uma granulometria abaixo de 0,15 mm. Para selecionar o adsorvente que promoveu o maior percentual de remoção do corante foram realizados ensaios em triplicata, utilizando 0,05 g de cada adsorvente em contato com 25 mL da solução de PD22 a 30 mg•L-1. Os testes foram realizados a 50 rpm em incubadora shaker (SPlabor, SP-223), durante 2 h, pH da solução natural (pH = 5) e temperatura ambiente (25 ± 2°C). Após a definição do adsorvente, foram definidas as condições de trabalho. Desse modo, inicialmente, foi avaliado o efeito do pH da solução, variando-se em 3, 5 e 8 e mantendo as condições do teste preliminar. Em seguida, foi analisado a influência da velocidade de agitação (0, 50, 100 e 150 rpm), mantendo-se as condições supracitadas. Por fim, foi verificado a melhor relação entre massa de adsorvente e volume da solução de adsorvato (m•v-1) (0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 e 16 g•L-1).
Resultado e discussão
Inicialmente foi realizada a varredura espectral para verificar o λ e avaliar o
comportamento frente a variação de pH, conforme apresentado na Figura 1. Além
disso, os diferentes carvões ativados preparados foram testados com intuito de
selecionar o material capaz de promover o maior percentual de remoção do corante
PD22 (Figura 1).
A partir da Figura 1(a) foi possível verificar que o pico de maior absorbância
ocorreu no λ de 476 nm, resultado também foi verificado por Menezes et al.
(2019). Ainda analisando a Figura 1(a), nota-se que a variação de pH,
apenas, promoveu a diminuição da absorbância, mantendo a posição do pico
característico. Desta forma, a curva analítica para quantificação do corante foi
construída neste λ (476 nm).
A partir da Figura 1 (b), observa-se que dentre os adsorventes preparados o que
apresentou maior percentual de remoção (45%) foi o carvão ativado de madeira de
poda de umbaúba, sendo este o selecionado para os ensaios posteriores. Após a
seleção do adsorvente foi avaliado as condições de trabalho tais como estudo de
pH inicial da solução trabalho, velocidade de agitação e relação massa/volume,
visando definir a melhor relação entre a capacidade adsortiva e percentual de
remoção. Os dados obtidos desses ensaios estão dispostos na Figura 2.
A partir da Figura 2 (a), constata-se que a maior capacidade adsortiva e remoção
(%) foi obtido para o pH inicial da solução igual a 3, sendo este o selecionado
para os demais estudos. Após o estudo supracitado, foi avaliada a velocidade de
agitação sobre o processo adsortivo do corante PD22, conforme Figura 2 (a). A
partir desta, observa-se que o aumento da velocidade favoreceu o aumento do
percentual de remoção que pode ter ocorrido devido a maior interação entre
adsorvente e adsorvato e possivelmente uma redução da camada limite em
velocidade mais altas (VINAYAGAM et al. 2023). Desse modo, seguiu-se os
experimentos com uma velocidade de agitação de 150 rpm.
É possível observar, na Figura 2 (b), que a relação (M•V-1) é
proporcional ao percentual de remoção. Ao analisar, ainda, a Figura 2 (b), tem-
se que a interseção das curvas ocorreu em 1 g•L-1, representando
desta forma a melhor relação entre a capacidade adsortiva e o percentual de
remoção.
(a) Varredura espectral do corante preto direto 22 \r\nem diferentes pH. (b) Avaliação dos diferentes \r\ncarvões ativado para remoção do corante
Estudo das condições de trabalho do processo \r\nadsortivo (a) Estudo de pH e velocidade de \r\nagitação (rpm) (b) avaliação da relação M/V \r\n(g•L[sup]-1[/sup])
Conclusões
Diante do estudo proposto, infere-se que dentre os materiais avaliados o carvão ativado quimicamente obtido a partir da madeira de poda de umbaúba apresentou um maior potencial para o tratamento do corante PD22. Além disso, foi possível observar que o pH da solução inicial e a velocidade de agitação foram os parâmetros que apresentaram influência sobre o processo adsortivo. Por fim, foi constatado que a melhor relação massa de adsorvente e volume da solução de adsorvato foi igual a 1 g•L-1. Estas condições serão empregadas em trabalhos futuros do grupo de pesquisa. Com efeito, o presente trabalho também demonstra que diferentes biomassas residuais podem ter valor agregado.
Agradecimentos
Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia de PE (FACEPE) pela concessão de bolsa, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnologia de PE (CNPq), FACEPE APQ 0947-3.06/22, FADE/UFPE.
Referências
ALGHAMDI, A. A.; AL-ODAYNI, A. B.; ABDUH, N. A.; ALRAMADHAN, S. A.; ALJBOAR, M. T.; SAEED, W. S. Adsorptive performance of polypyrrole-based KOH-activated carbon for the cationic dye crystal violet: kinetic and equilibrium studies. Adsorption Science & Technology, v. 2021, 1-11, 2021.
AL-GRAITI, W.; MERDAS, SM. Avaliação de alguns resíduos alimentares ecologicamente corretos para remoção do corante azul de metileno de soluções aquosas. Journal of Medicinal and Chemical Sciences, v.6, 1044-1054, 2023.
ISIK, B.; CAKAR, F.; CANKURTARAN, O. Valorization of Urtica dioica roots as a highly-effective and eco-friendly biosorbent for adsorptive removal of hazardous textile dyes. Materials Science and Engineering: B, v. 293, 116451, 2023.
MENEZES, O.; BRITO, R.; HALLWASS, F.; FLORÊNCIO, L.; KATO, M. T.; GAVAZZA, S. Coupling intermittent micro-aeration to anaerobic digestion improves tetra-azo dye Direct Black 22 treatment in sequencing batch reactors. Chemical Engineering Research and Design, v. 146, 369-378, 2019.
SATHISHKUMAR, K.; ALSALHI, M. S.; SANGANYADO, E.; DEVANESAN, S.; ARULPRAKASH, A.; RAJASEKAR, A. Sequential electrochemical oxidation and bio-treatment of the azo dye congo red and textile effluent. Journal of Photochemistry & Photobiology B: Biology, v.200, 2019.
SEMIAO, M. A.; HAMINIUK, C. W. I.; MACIEL, G. M. Residual diatomaceous earth as a potential and cost effective biosorbent of the azo textile dye Reactive Blue 160. Journal of Environmental Chemical Engineering, v. 8, 103617, 2020.
TOUNSADI, H.; METARFI, Y.; BARKA, N.; TALEB, M.; RAIS, Z. Removal of textile dyes by chemically treated sawdust of acacia: kinetic and equilibrium studies. Journal of Chemistry, v. 2020, 1-12, 2020.
VINAYAGAM, R.; KANDATI, S.; MURUGESAN, G.; GOVEAS, L. C.; BALIGA, A.; PAI, S.; VARADAVENKATESAN, T.; KAVIYARASU, K.; SELVARAJ, R. Bioinspiration synthesis of hydroxyapatite nanoparticles using eggshells as a calcium source: Evaluation of Congo red dye adsorption potential. Journal of Materials Research and Technology, v.22, 169-180, 2023.
