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) ; Silva, F.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Napoleão, D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Duarte, M.M.M.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)
RESUMO
A indústria têxtil gera altos volumes de água residual que apresenta em sua composição corantes sintéticos utilizados na etapa de tingimento. Diante disso, o efluente quando liberado sem tratamento apropriado podem ocasionar a poluição do meio ambiente. Assim, o objetivo do trabalho foi avaliar o acompanhamento da evolução cinética e do equilíbrio de adsorção do corante preto direto 22 pelo carvão ativado da madeira de poda de umbaúba ativado quimicamente. O equilíbrio foi atingido em 150 min, com 97,57% de remoção do corante. Em relação ao estudo de equilíbrio de adsorção, os dados apresentaram ajuste ao modelo de Langmuir, com capacidade adsortiva máxima de 52,4 ± 2,7 mg•g-1. Demonstrado assim, o alto potencial do material para adsorção de corantes do meio aquoso.
Palavras Chaves
corante têxtil; biossorventes; modelos cinéticos
Introdução
Os corantes sintéticos, utilizados nas indústrias têxteis na etapa de tingimento, são liberados de 10 a 15% no efluente industrial. Diante disso, as águas residuais quando liberadas sem tratamento adequado podem provocar poluição ao meio ambiente, visto que corantes têm um potencial tóxico, mutagênico e carcinogênico (WEKOYE et al. 2020). Além disso, a presença de corantes no ambiente aquático interfere na penetração da luz na água, prejudicando o ciclo fotossintético da biota (ALGHAMDI et al. 2021). Diferentes processos são avaliados para tratamento de poluentes persistentes, dentre esses a adsorção se destaca devido a sua alta eficiência de remoção, facilidade operacional, operação em temperatura ambiente, além da possibilidade de utilizar adsorventes alternativos a partir de biomassas (RIGUETO et al. 2021). As biomassas e resíduos agroindustriais quimicamente ativados, como serragem, argila, casca de arroz, casca de café, bagaço de cana de açúcar (ASHRAF; ABULIBDEH; SALAM, 2019; TEBEJE et al. 2021; PAREDES-LAVERDE et al. 2021; BEYAN et al. 2021) têm sido aplicadas como carvão ativado para o processo adsortivo de corantes. A escolha do carvão ativado para o processo adsortivo está relacionado a sua versatilidade, alto grau de porosidade, grande área superficial além de apresentar diferentes grupos funcionais na sua superfície externa (HUSIEN et al. 2022). Desse modo, diferentes agentes ativadores podem ser utilizados para melhorar as propriedades da superfície dos adsorventes desenvolvidos, tais como ZnCl2, H2SO4, CH3COOH e H2PO4 (OKE; MOHAN, 2022). Diante disso, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o acompanhamento da evolução cinética e de equilíbrio do processo adsortivo do corante têxtil preto direto 22 (PD22) empregando carvão de madeira de poda de umbaúba ativado quimicamente.
Material e métodos
Uma solução aquosa contendo o corante preto direto 22 (PD22) foi utilizada. Este corante foi identificado e quantificado por espectrofotômetro de ultravioleta/visível (UV/Vis) (Thermoscientific). Para tal, foi realizado uma varredura espectral com o objetivo de verificar o comprimento de onda característico (λ) do contaminante. A partir do λ foi construída curva analítica para quantificação das soluções antes e após o tratamento. O adsorvente utilizado no presente trabalho teve como precursor a madeira de poda de umbaúba (MU). O carvão foi gentilmente cedido pela Elephant Industria Química Eireli. A ativação química do carvão de MU foi realizada empregando ácido fosfórico (H3PO4, 85%, Vetec) na proporção de 5:3 (m/v) em que foi adicionado ao material em recipiente refratário e homogeneizado. Em seguida, foi colocado em mufla (Marca Quimis) com rampa de aquecimento de 10°•min-1, permanecendo a 100 °C por 30 min, 200 °C por 1 h e 350 °C por 1 h. Ao atingir a temperatura ambiente, o carvão ativado foi lavado por imersão com solução de NaHCO3 1% (FMaia), a fim 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 (Marca Quimis) a 105°C. Ao atingir a temperatura ambiente, o adsorvente preparado foi classificado em peneira Tyler (Marca Betel) a uma granulometria menor que 0,15 mm. As condições de trabalho para o processo adsortivo foram determinadas em estudos anteriores do grupo de pesquisa, as quais foram utilizadas no presente estudo, sendo estas pH igual a 3, velocidade de agitação de 150 rpm em incubadora shaker (SPlabor, SP-223) e relação massa do adsorvente e volume da solução de 1g•L-1. A partir das condições supracitadas foi avaliado o acompanhamento da evolução cinética para os tempos 0, 1, 3, 5, 10, 20, 40, 60, 90, 120, 150, 180, 210 e 240 min. Os dados obtidos foram testados aos modelos cinéticos de pseudo primeira ordem e pseudo segunda ordem, empregando o modelo de regressão não linear (Origin 8.0) (NASCIMENTO et al. 2014). A partir do estudo da evolução cinética foi possível determinar o tempo de equilíbrio e realizar o estudo para diferentes concentrações tais como 1, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 mg•L-1. De posse dos dados do equilíbrio foram testados os modelos de Langmuir e Freundlich, foram avaliados de forma semelhante aos modelos cinéticos.
Resultado e discussão
Os dados da evolução cinética e os ajustes aos modelos de pseudo-primeira e
pseudo-segunda ordem para a remoção do corante PD22 pelo carvão ativado de
madeira de poda de umbaúba estão apresentados na Figura 1.
Na Figura 1 é possível observar que a capacidade de adsorção aumenta rapidamente
nos primeiros 20 min, podendo estar relacionado ao maior número de sítios
disponíveis no início da adsorção. Conforme o tempo avança, a capacidade
adsortiva apresenta uma estabilidade e atinge o equilíbrio em torno de 150 min,
apresentando 97,57% de remoção. Além disso, foram calculados os valores das
capacidades adsortivas para cada modelo, sendo qcal igual a 21,4 ±
0,6 e 21,03± 1,0 mg•g-1 para os modelos de PPO e PSO,
respectivamente, enquanto o qexp foi igual a 23,9 mg•g-1.
Os coeficientes de regressão linear (R2) dos modelos foram iguais a
0,88 e 0,84 para os modelos de PPO e PSO, nesta ordem. Ademais, a variância
deixada pelo modelo de PPO (4,31) foi menor que a do PSO (5,78). Diante disso,
os dados obtidos na evolução cinética são melhor representados pelo modelo de
PPO, indicando que a velocidade de adsorção foi proporcional ao número de sítios
ativos vazios do adsorvente.
Após a avaliação cinética foi realizado o estudo de equilíbrio de adsorção a fim
de verificar o comportamento do adsorvente frente a diferentes concentrações
iniciais do corante PD22. Desse modo, os dados obtidos foram ajustados aos
modelos de Langmuir e Freundlich, conforme apresentado na Figura 2.
A partir da Figura 2, observa-se que a faixa de concentração avaliada nesse
estudo entrou em equilíbrio, indicando que os sítios disponíveis do adsorvente
foram saturados. A capacidade adsortiva máxima obtida foi igual a 52,4 ± 2,7
mg•g-1 e está próxima dos valores experimentais. Além disso, os dados
obtidos no ensaio de equilíbrio apresentaram ajuste satisfatório ao modelo de
Langmuir, visto que apresentou um R2 (0,95) maior que o obtido para o
modelo de Freundlich (0,93). Além disso, RSS para o modelo de Langmuir (30,37)
foi menor que o obtido para o de Freundlich (42,56). Desse modo, é provável que
a adsorção monocamada ocorre na superfície do adsorvente conforme LOUTFI et
al. (2023).
Acompanhamento da evolução cinética de adsorção e \r\najuste dos dados aos modelos de pesudo-primeira e \r\npseudo-segunda ordem.
Ajuste dos dados de equilíbrio de adsorção do \r\ncorante PD22 pelo carvão ativado de umbauba aos \r\nmodelos de Langmuir e Freundlich
Conclusões
Diante do estudo realizado, conclui-se que os resultados obtidos no acompanhamento da evolução cinética de adsorção do corante têxtil preto direto 22 pelo carvão de madeira de poda de umbaúba ativado quimicamente apresentou melhor ajuste para o modelo de pseudo-primeira ordem. Além disso, o sistema entrou em equilíbrio em torno de 150 min. Por fim, foi possível verificar no estudo de equilíbrio que a adsorção do corante em questão seguiu o modelo de Langmuir, com capacidade adsortiva máxima foi igual a 52,4 ± 2,7 mg•g-1, indicando que ocorre uma adsorção monocamada na superfície do adsorvente. Desta forma, o carvão de madeira de poda de umbaúba ativado quimicamente com ácido fosfórico demonstrou potencial técnico para adsorção de corante de meios aquoso.
Agradecimentos
Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia de PE (FACEPE), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), CAPES, 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, p. 1-11, 2021.
ASHRAF, M. W.; ABULIBDEH, N.; SALAM, A. Adsorption studies of textile dye (chrysoidine) from aqueous solutions using activated sawdust. International Journal of Chemical Engineering. v.2019, 2019.
BEYAN, S. M.; PRABHU, S. V.; SISSAY, T. T.; Getahun, A. A. Sugarcane bagasse based activated carbon preparation and its adsorption efficacy on removal of BOD and COD from textile effluents: RSM based modeling, optimization and kinetic aspects. Bioresource Technology Reports. v.14, 100664, 2021.
HUSIEN, S.; EL-TAWEEL, R. M.; SALIM, A. I.; FAHIM, I. S.; SAID, L. A.; RADWAN, A. G. Review of activated carbon adsorbent material for textile dyes removal: Preparation, and modelling. Current Research in Green and Sustainable Chemistry. 100325, 2022.
LOUTFI, M.; MARIOUCH, R.; MARIOUCH, I.; BELFAQUIR, M.; ELYOUBI, M. S. Adsorption of methylene blue dye from aqueous solutions onto natural clay: Equilibrium and kinetic studies. Materials Today: Proceedings. v.72, p.3638-3643, 2023.
NASCIMENTO, E.; DUARTE, M. M. M. B.; CAMPOS, N. F.; ROCHA, O. R. S.; SILVA, V. L. Adsorption of azo dyes using peanut hull and orange peel: a comparative study. Environmental Technology, v.35, p.1436-1453, 2014.
OKE, N.; MOHAN, S. Development of nanoporous textile sludge based adsorbent for the dye removal from industrial textile effluent. Journal of Hazardous Materials. v.422, 126864, 2022.
PAREDES-LAVERDE, M.; SALAMANCA, M.; DIAZ-CORRALES, J. D.; FLÓREZ, E.; SILVA-AGREDO, J.; TORRES-PALMA, R. A. Understanding the removal of an anionic dye in textile wastewaters by adsorption on ZnCl2 activated carbons from rice and coffee husk wastes: A combined experimental and theoretical study. Journal of Environmental Chemical Engineering. v.9, 105685, 2021.
RIGUETO, C. V. T.; ALESSANDRETTI, I.; DA SILVA, D. H.; ROSSETO, M.; LOSS, R. A.; Geraldi, C. A. Q. Agroindustrial Wastes of banana pseudo-stem as adsorbent of textile dye: characterization, kinetic, and equilibrium studies. Chemistry Africa. v.4, p.1069-1078, 2021.
TEBEJE, A.; WORKU, Z.; NKAMBULE, T. T. I.; Fito, J. Adsorption of chemical oxygen demand from textile industrial wastewater through locally prepared bentonite adsorbent. International journal of Environmental Science and Technology. p.1-14, 2021.
WEKOYE, J. N.; WANYONYI, W. C.; WANGILA, P. T.; TONUI, M. K. Kinetic and equilibrium studies of Congo red dye adsorption on cabbage waste powder. Environmental Chemistry and Ecotoxicology. v.2, p. 24-31, 2020.
