ÁREA
Química Ambiental
Autores
Guedes, G.A.J.C. (UFPE) ; Campos, N.F. (PREFEITURA MUNICIPAL DE IGARASSU) ; Silva, C.O.L. (UFPE) ; Silva, M.N.S. (UFPE) ; de Freitas, R.A. (UFPE) ; Silva, M.G. (UFPE) ; Crisostomo Junior, J.F. (IFPE) ; Ribeiro, B.G. (UFPE) ; Napoleão, D.C. (UFPE) ; Duarte, M.M.M.B. (UFPE)
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo avaliar o processo dessortivo, com base na eficiência da dessorção, no intuito de regenerar o carvão ativado, preparado a partir de biomassa, saturado após a adsorção de íons cobre (Cu2+), de forma a utilizá-lo em novos ciclos de adsorção/dessorção. Para isto, foram realizados ensaios de adsorção em banho finito sob condições experimentais determinadas em trabalhos prévios. Em seguida, o uso de três diferentes eluentes (HCl, NH4OH e NaCl) nas concentrações de 0,05 e 0,10 mmol⸱ L-1 foi avaliado, sendo constatado que o ácido clorídrico 0,05 mmol⸱ L-1 apresentou maior eficiência de dessorção, o que permitiu o uso do carvão por 3 ciclos de adsorção/dessorção.
Palavras Chaves
Dessorção; Reutilização; Biomassa
Introdução
O crescimento das atividades industriais ao longo dos anos vem gerando uma demanda cada vez maior no consumo de bens, resultando desta forma no aumento da geração de resíduos industriais. Estes por sua vez, caso não sejam tratados de maneira adequada antes do descarte, podem resultar na poluição de corpos receptores, sendo os metais uma das principais fontes de poluição, como é o caso do cobre (AHMED; THAKUR; GOYAL, 2021). Presente em resíduos de indústrias automobilísticas, de papel e poupa, fabricação de eletrônicos e geração/transmissão de energia, íons cobre merecem destaque uma vez que se tratam de compostos tóxicos, que não são degradados e com capacidade bioacumulativa, fatores estes que podem resultar em danos à saúde como problemas respiratórios, cardíacos e renais, assim como câncer (FORGIONNY et al. 2022). Tendo em vista os efeitos nocivos causados por este íon metálico, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), em sua Resolução n°430 de 13 de maio de 2011, estabeleceu para o íon cobre dissolvido o valor máximo de 1,0 mg⸱ L-1 como padrão de lançamento de efluente em corpos receptores (BRASIL, 2011). Desta forma, para que sejam respeitados os limites de especificação, foram desenvolvidos diferentes processos para remoção de íons metálicos de solução aquosa, como é o caso da adsorção. A adsorção trata-se de um processo no qual é utilizado um sólido, em geral poroso, chamado de adsorvente para remoção de espécies químicas presentes em fluidos, sendo estas chamadas de adsorvatos. Este processo destaca-se por apresentar fácil operação, ser eficiente e pela gama de materiais que podem ser utilizados como adsorventes, entre eles o carvão ativado (THOTAGAMUGE et al. 2021). O carvão ativado se destaca no uso como adsorvente uma vez que apresenta grande área superficial, estrutura interna bem desenvolvida e pela possibilidade de produção a partir de biomassa, fator este que contribui para reinserção de resíduos agroindustriais na cadeia produtiva, como é o caso do sabugo de milho (GUNJAL, 2021). Após a adsorção, o adsorvente fica com seus sítios preenchidos com o adsorvato. Sendo assim, de modo a prolongar seu uso em novos ciclos de adsorção, podem ser utilizados eluentes para remoção destes contaminantes pelo processo de dessorção (PATEL, 2021). Deste modo, este trabalho tem como objetivo avaliar a possibilidade de regeneração do carvão ativado de sabugo de milho, após a adsorção de íons cobre, de forma que o adsorvente seja utilizado em novos ciclos de adsorção/dessorção.
Material e métodos
Preparo das soluções: Foi preparada solução estoque de 10 mmol⸱ L-1 do íon Cu2+ e, a partir de sua diluição, foram obtidas as soluções de trabalho. O teor do íon cobre foi quantificado no Espectrofotômetro de Absorção Atômica de Chama (marca: Varian; modelo: AA240 FS; gás de arraste: mistura ar-acetileno) no comprimento de onda 218,2 nm. De modo a verificar a precisão e exatidão do método analítico, foram determinados os limites de quantificação (LQ) e de detecção (LD), linearidade (a partir do coeficiente de correlação linear r), precisão (com base no coeficiente de variação CV) e faixa linear de trabalho, conforme procedimento descrito por INMETRO (2020). Preparo dos adsorventes: O sabugo de milho foi lavado em água corrente, cortado e seco em estufa (marca: Splabor; modelo: SP-100) a 105°C por 16 h. Após secagem, o material foi triturado em moinho de facas (marca: CIENLAB; modelo: CE-430) e lavado com água destilada. Posteriormente, foi seco novamente em estufa a 60°C por 1 h, sendo ao final do processo denominado como in natura. Em seguida, o material in natura foi ativado quimicamente com ácido fosfórico (H3PO4 85%; marca: VETEC) na proporção 5:3 (massa in natura: volume de ácido), homogeneizado e colocado em estufa por 16 h. Após seco, foi transferido para mufla (marca: Quimis, modelo: Q318M21) a 500°C por 1 h, obtendo-se assim o carvão ativado. O carvão ativado foi lavado por imersão com solução de bicarbonato de sódio 1% (NaHCO3; marca: VETEC) e água destilada, para remoção do ácido residual presente, até a solução atingir pH 6. Ao final, o carvão ativado foi seco em estufa a 60°C por 1h e classificado na granulometria 0,20-1,00 mm. <b>Avaliação do processo dessortivo:</b> Inicialmente foram realizados ensaios de adsorção em banho finito, utilizando condições experimentais determinadas em trabalhos prévios (CAMPOS et al. 2020): concentração da solução de Cu2+ de 1 mmol⸱L-1 no pH igual a 4 em a 2 g de adsorvente⸱ L-1 de solução, a 300 rpm em mesa agitadora (marca: IKA; modelo: KS 130) a 298 K por 240 min. Após a adsorção, a suspensão foi filtrada, sendo o teor de íon cobre quantificado e o adsorvente seco em estufa a 60°C durante 1 h. Após atingir temperatura ambiente, foi pesado para os ensaios de dessorção. Para o processo dessortivo, foi avaliado o uso de três diferentes eluentes (ácido clorídrico, cloreto de sódio e hidróxido de amônio) nas concentrações de 0,05 e 0,10 mol⸱L-1, nas condições experimentais do processo adsortivo, exceto pelo volume do eluente que foi de 10 mL (volume 5 vezes menor do que o utilizado no processo adsortivo). Após a dessorção, a suspensão foi filtrada, e o teor do íon cobre quantificado, o adsorvente foi seco em estufa a 60°C durante 1 h para ser utilizado em novo ciclo de adsorção/dessorção. Ao final, foi calculada a eficiência de dessorção (%E).
Resultado e discussão
Curvas analíticas: Com o objetivo de avaliar a eficiência da curva
analítica, para quantificação do teor de íons cobre, foram calculados LQ, LD,
r e CV. Os resultados obtidos para os parâmetros das curvas analíticas
estão apresentados na Tabela 1. De acordo com Montgomery (2012), um r com
valor superior a 0,99 indica um bom ajuste linear do método e quanto menor for o
CV, mais representativa será a média e mais homogêneo é o conjunto de dados
obtidos. Com isto, os dados da Tabela 1 permitem afirmar que o método analítico
é preciso e exato. Avaliação do processo dessortivo: Para o processo de
dessorção, foi avaliado o uso de três diferentes eluentes: um ácido (HCl), uma
base (NH4OH) e um sal (NaCl). Isto foi realizado visando verificar
qual tipo de eluente apresentava maior afinidade com o sistema, já que este
trata-se de um critério primordial no processo de dessorção. Deste modo, foram
realizados os ensaios de dessorção e comparados os valores da eficiência de
dessorção (%E), sendo os valores obtidos expressos na Tabela 2. De acordo com a
Tabela 2, verifica-se que o HCl apresentou maior eficiência de dessorção, sendo
assim o eluente escolhido para utilização em novos ciclos de adsorção/dessorção.
Vale ressaltar que, para as novas etapas de adsorção, foi utilizado apenas o HCl
0,05 mol⸱L-1, uma vez que para as duas concentrações estudadas, a
diferença do percentual de remoção foi inferior a 2%, além de obter ao final uma
solução com menor quantidade de ácido residual. Por fim, também na Tabela 2,
verifica-se a diminuição da eficiência de dessorção em novos ciclos. Isto ocorre
uma vez que ao utilizar o HCl como eluente ocorre a ocupação dos sítios ativos
do carvão pelos íons H+. Com isto, uma vez que o raio iônico do íon
Cu2+ é maior do que o do íon H+ e este apresenta uma maior
afinidade pelos sítios, a adsorção do íon metálico é dificultada em novos
ciclos, apresentando assim menor percentual de remoção. Vale ressaltar que
apesar da diminuição do percentual de remoção, observa-se aumento no valor da
eficiência de dessorção entre os ciclos. Isto ocorre devido ao aumento da
remoção de íons Cu2+ da superfície do adsorvente presentes nos ciclos
anteriores. Outro fato, apontado por Alsawy e colaboradores (2022), é que o uso
de ácidos como eluentes podem modificar a estrutura do adsorvente, o que provoca
a diminuição do percentual de remoção em novos ciclos. Ainda segundo os mesmos
autores, o uso de sais como eluentes não resulta na modificação da estrutura do
adsorvente, contudo são observados na literatura menores percentuais de remoção,
como também pôde ser visto neste trabalho.
Parâmetros da curva analítica para quantificação do teor do íon Cu2+ em solução
Percentual de remoção e eficiência de dessorção (%E) do íon Cu2+ com o uso de diferentes eluentes sob concentrações variadas.
Conclusões
Deste modo, o trabalho apresentado contribuiu com a discussão acerca de problemáticas ambientais utilizando o processo de adsorção na remoção de íons metálicos de soluções aquosas, a partir do reaproveitamento de resíduos agroindustriais como precursores no preparo de carvão ativado, a ser usado como material adsorvente, assim como na regeneração do adsorvente a partir da dessorção. À partir do estudo do processo dessortivo foi verificado que, dentre os eluentes avaliados, o ácido clorídrico 0,05 mol⸱L-1 foi o que apresentou maior eficiência de dessorção, permitindo assim que o adsorvente fosse utilizado por 3 ciclos de adsorção. Para trabalhos futuros, testes com diferentes eluentes serão realizados de forma a minimizar os efeitos observados dos íons H+ no adsorvente após a dessorção, bem como outros volumes de eluentes.
Agradecimentos
O trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), NUQAAPE/FACEPE e FADE/UFPE.
Referências
AHMED J.; THAKUR, A.; GOYAL, A. Chapter 1: Industrial Wastewater and its toxic effects. Biological Treatment of Industrial Wastewater, p. 1-14, 2021.
ALSAWY, T.; RASHAD, E.; EL-QELISH, M.; MOHAMMED, R.H. A comprehensive review on the chemical regeneration of biochar adsorbent for sustainable wastewater treatment. npj Clean Water, v.5, 29, 2022.
BRASIL, Ministério do Meio Ambiente. Resolução n°430, de 13 de maio de 2011. Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), Brasília, DF, 2011.
CAMPOS, N.F.; GUEDES, G.A.J.C.; OLIVEIRA, L.P.S.; GAMA, B.M.V.; SALES, D.C.S.; RODRÍGUEZ-DIAZ, J.M.; BARBOSA, C.M.B.M.; DUARTE, M.M.M.B. Competitive adsorption between Cu2+ and Ni2+ on corn cob activated carbon and the difference of termal effects on mono and bicomponente systems. Journal of Environmental Chemical Engineering, v.8, 2020. Doi: https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104232.
FORGIONNY, A.; ACELAS, N.Y.; OCAMPO-PÉREZ, R.; PADILLA-ORTEGA, E.; PÉREZ, S.; FLÓREZ, E. Mechanism adsorption analysis during the removal of Cd2+ and Cu2+ onto cedar sawdust via experiment coupled with theoretical calculation: mono and multicomponent systems. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, v.18, 2022. Doi: https://doi.org/10.1016/j.enmm.2022.100715.
GUNJAL, A. Kinetics study for the removal of heavy metals by the agroindustry by-products. Proceedings of the Indian National Science Academy, v. 87, p. 57-62, 2021.
PATEL, H. Review on solvent desorption study from exhausted adsorbent. Journal of Saudi Chemical Society, v.25,2021. Doi: https://doi.org/10.1016/j.jscs.2021.101302.
THOTAGAMUGE, R.; KOOH, M.R.R.; MAHADI, A.H.; LIM, C.M.; ABU, M.; JAN, A.; HANIPAH, A.H.A.; KHIONG, Y.Y.; SHOFRY, A. Copper modified activated bamboo charcoal to enhance adsorption of heavy metals from industrial wastewater. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, v. 16, 2021. Doi: https://doi.org/10.1016/j.enmm.2021.100562.
