ÁREA
Química Ambiental
Autores
Gomes, R.J.N. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Conceição, L.S. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Santos, C.S. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Sampaio, T.Q.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA) ; Carvalho, L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Campos, L.M.A. (UNIVERSIDADE SALVADOR)
RESUMO
O Violeta Cristal(VC), muito utilizado na indústria têxtil, vem gerando problemas ambientais, por serem tóxicos e não biodegradáveis e, portanto, de difícil remoção. Uma estratégia para mitigar o problema consiste na utilização das folhas da mangueira (FM) e da bananeira (FB), por conta da sua abundância e falta de destinação. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo avaliar a capacidade de adsorção do corante VC usando FB e FM como adsorvente. Para atingir esse objetivo, amostras do corante VC em concentrações de 100, 200 e 300 mg/L, em pH 5, 7 e 9, foram colocadas em contato as respectivas biomassas, por um período de 24 horas. O resultado mais significativo foi obtido na condição de 300 mg/L e pH 9, cuja porcentagem de remoção foi equivalente à 98,80% (FB) e 98,41% (FM).
Palavras Chaves
Bananeira; Mangueira; Violeta Cristal
Introdução
A indústria têxtil no âmbito nacional vem apresentando índices de crescimento gradual quanto à exportação, importação e produção de seus produtos, evidenciado em 2018, com o Brasil ocupando a 5ª posição no ranking entre os maiores países produtores de vestuário na indústria têxtil (CAVALCANTI & SANTOS, 2022). Segundo a Associação Brasileira da Industria Têxtil e de Confecção (ABIT, 2022), no ano de 2021, houve um aumento do faturamento em comparação ao ano de 2020, saltando de 161 bilhões para 194 bilhões de reais. Com a expansão do setor têxtil houve um aumento do uso de corantes na etapa de tingimento, a exemplo do azul de metileno, vermelho de metila, verde malaquita, com destaque para o violeta cristal, por sua facilidade de fixação em tecidos de algodão, seda, nylon, plásticos, entre outros (SEWU et al, 2022; MANI & BHARAGAVA, 2016). Em contrapartida, aumentou o descarte desses corantes nos efluentes gerando problemas ambientais por serem tóxicos e não biodegradáveis e, portanto, de difícil remoção, o que dificulta o processo de fotossíntese, comprometendo a vida marinha e causando prejuízos ao meio ambiente e à saúde humana (MELHAOUI et al., 2021; ALMEIDA, 2018; LALNUNHLIMI & KRISHNASWAMY, 2016). Considerando as estratégias para remoção de corantes em ambientes aquáticos, diversos métodos têm sido aplicados como, coagulação química, oxidação, floculação, separação por membrana, processos fotocatalíticos e adsorção, sendo que, este último, além de ser capaz de minimizar a quantidade de produtos secundários, possibilita a utilização de resíduos de biomassa como material adsorvente, a exemplo das folhas da mangueira (FM) e da bananeira (FB), por conta de suas composições lignocelulósicas, ricas em fenóis, carboxilas e hidroxilas, capazes de adsorver diversos poluentes. (ELSHERIF et al., 2021; GEORGIN et al., 2019). Conforme reportado pela Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO, 2023), a exportação de bananas, em 2022 foi equivalente a 19,1 milhões de toneladas, com destaque para a América Latina e o Caribe, assumindo a posição global das principais regiões exportadoras, responsáveis pela exportação de cerca de 14,5 milhões de toneladas. Trata-se de uma cultura característica de regiões tropicais e, desta forma, muito cultivada no Brasil, cujo ciclo de cultivo é relativamente curto, variando de 12 a 14 meses, suas folhas deixam de crescer após o desenvolvimento dos cachos e se acumulam na superfície do solo, gerando microorganismos que proporcionam a sua degradação. Desta forma, o aproveitamento das folhas da bananeira como adsorvente de corantes constitui uma forma de minimizar os impactos ambientais trazendo valor a essa cadeia produtiva. De maneira semelhante, as folhas da mangueira também se apresentam como uma alternativa à adsorção, por conta de sua abundância e falta de destinação. De acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2021), o Brasil é o sexto maior produtor mundial de manga (Mangifera Indica), com cerca de 1.5 milhão de toneladas, em uma área de 76.889 hectares, resultando em uma produtividade de 19.792 kg/ha. A região Nordeste se destaca como líder na produção da fruta, sendo responsável por 80 % da produção, com destaque para estados de Pernambuco e Bahia. Nesse sentido, este projeto tem como objetivo o aproveitamento das folhas da bananeira e da mangueira como adsorventes do corante violeta cristal descartados em efluentes oriundos de indústrias têxteis.
Material e métodos
2.1 Preparo das amostras de FB e FM As amostras de FB e FM foram lavadas em água corrente, secas em estufa à 100 ºC, durante 12 horas, trituradas em um moinho de bolas (PM 400 – Retsch) e peneiradas (Peneiras Bertel), de modo a se obter uma granulometria próxima a 100 mesh. Em seguida, foi determinado o teor de umidade utilizando um analisador de umidade (Marca OHRUS, a fim de calcular a massa seca da amostra. 2.2 Determinação do Ponto de Carga Zero (PCZ) O ponto de carga zero (pHPZC) determina o valor do pH no qual as cargas positivas serão equivalentes às cargas negativas na superfície do material. Para sua determinação foi utilizada a metodologia proposta por Zanella (2012), em que se baseou na preparação de soluções contendo 50 mg de amostra e 50 mL de água, sob diferentes valores de pH (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12), cujos ajustes foram utilizadas soluções NaOH 0,1 mol.L-1 e/ou HCl 0,1 mol.L-1, permanecendo em equilíbrio durante 24 horas e, ao final deste tempo, novas medições de pH foram realizadas. Com os valores do pH inicial e final construiu- se um gráfico com o intuito de determinar o pH ideal a ser utilizado no processo de adsorção, considerando as diferentes amostras. 2.3 Preparação das soluções do corante Violeta Cristal (VC) Foram preparadas 5 soluções do corante VC, em diferentes concentrações e pH. As soluções 1 (pH5) e 2 (pH9) foram preparadas utilizando-se 25 mg de VC em 100 mL de água destilada, sob agitação constante. Para a preparação da solução 3 (pH 7) foram utilizados 50 mg de VC em 100 mL de água destilada, enquanto para as soluções 4 (pH5) e 5 (pH 9) foram utilizados 75 mg de VC em 100 mL de água destilada. As soluções obtidas foram transferidas para balões volumétricos de 250 mL e diluídas com água destilada. O ajuste do pH foi feito utilizando-se soluções HCl 0,1 mol L-1 e/ou NaOH 0,1 mol L-1, através de um pHmetro (modelo AZ-86505). 2.4 Ensaio de adsorção Para cada tipo de amostra, foram utilizados 5 erlenmeyers, nos quais foram adicionados 0,2 g de amostra e 50 mL das soluções 1, 2, 3, 4 e 5, separadamente, sob agitação constante de 250 rpm, à temperatura ambiente, durante 4 horas. Em seguida, foram filtradas à vácuo, sendo a fração líquida submetida à análise UV- Vis, no comprimento de onda de 580 nm, a fim de determinar a concentração final da solução VC, após o processo de adsorção pelas folhas de bananeira e de mangueira utilizando uma curva de calibração previamente construída. Os cálculos das porcentagens de remoção do corante e da capacidade de adsorção das biomassas foram realizados utilizando-se as Equações 1 e 2, respectivamente. Remoção do corante (%)=(Ci-Ce)/Ci*100 (1) Capacidade de adsorção= (Ci-Ce)/X*V (2) Onde: Ci - Concentração inicial de corante em solução em mg/L; Ce - Concentração final do corante em solução, em mg/L; V - Volume da solução, em litros; X - Massa seca do adsorvente em solução, em gramas.
Resultado e discussão
3.1 Construção da Curva Analítica
A Figura 1 mostra a curva analítica utilizada para a determinação da
concentração final da solução do corante violeta cristal, após o processo de
adsorção, considerando-se uma faixa de concentração de 0,6 à 3,0 mg/L.
A curva analítica apresentou uma linearidade, evidenciada pelo coeficiente de
determinação (R²) equivalente à 0,9994, ou seja, próximo de um (1), indicando
ser satisfatória a linearidade do gráfico. A equação obtida foi utilizada para a
determinação da concentração final da solução do corante violeta cristal, após o
processo de adsorção em que foram utilizadas as biomassas FB e FM.
3.2 Determinação do ponto de carga zero (pHpcz)
A Figura 1 mostra a variação do pH das amostras iniciais de FB e FM e após 24
horas, a fim de determinar seus respectivos pontos de carga zero.
Com base nos resultados obtidos foi possível determinar os valores do pHpcz das
amostras, os quais foram calculados tomando-se por base a média aritmética dos
pontos da curva que demonstraram estabilidade. Para as amostras da FB utilizou-
se o intervalo de pH inicial de 4 a 11 e, para as amostras da FM, a faixa de
intervalo considerado foi entre 6 e 11. Os valores do pHpcz obtidos para a FB
(6,23) e para a FM (6,31) evidenciam que essas biomassas apresentam
comportamentos semelhantes e que, para compostos catiônicos como o caso do
corante violeta cristal, a adsorção será facilitada quando o pH da solução for
maior do que o pHpcz da FB e da FM por conta do aumento da quantidade de ânions
na superficie da biomassa. Uddin et al. (2017) determinaram o pHpcz da FB in
natura e encontraram o valor equivalente à 5,6, enquanto Casqueira & Lima
(2016), utilizando o pseudocaule da bananeira (Musa paradisiaca) como
biossorvente, obtiveram um pHpcz igual a 5,7.
3.3 Processo de adsorção
A Figura 2 apresenta a capacidade de adsorção das folhas de bananeira e de
mangueira, e a porcentagem de remoção do corante VC, em função de diferentes
concentrações e valores de pH, em um período de 4 horas.
A partir dos resultados obtidos pode-se verificar que, a adsorção do corante
Violeta Cristal utilizando as biomassas FB e FM não foram influenciadas pelo pH.
Entretanto, ao aumentar a concentração da solução, verificou-se um aumento do
percentual de remoção, o que pode ser explicado pela presença de interações
eletrostáticas entre as cargas positivas do corante e a superfície das
biomassas. Shoukat et al. (2017) utilizaram biocompósitos oriundos da manga para
adsorção do corante violeta de cristal e conseguiram remover, cerca de, 88,20%
de corante na concentração de 400 mg/L, entretanto, ao trabalharem com
concentrações superiores à 400 mg/L, observaram que houve um fracionamento do
processo de adsorção decorrente do esgotamento dos sítios ativos na superfície
da biomassa, corroborando com os resultados obtidos nesse trabalho, uma vez que
as maiores taxas de remoção do corante para a FB (98,80%) e para a FM(98,41%0
foram obtidas na concentração de 300 mg/L e pH 9. Nessa concentração também
foram obtidos os melhores resultados referentes à capacidade de adsorção, sendo
74,10 mg/g para a FB e 73,91 mg/g para a FM. Tahir et al. (2017) atribuíram o
aumento do percentual de remoção ao aumento da concentração inicial do corante
Violeta Cristal à geração de uma força motriz suficiente para superar a
resistência à transferência de massa entre as fases, ou seja, o aumento da
concentração do adsorvato ampliou a disponibilidade de sítios ativos, resultando
no aumento da eficiência do processo de adsorção.
Curva de calibração e determinação do ponto de carga \r\nzero.
Capacidade de adsorção e porcentagem de remoção do \r\ncorante Violeta Cristal.
Conclusões
A análise dos resultados revela que o pH não exerceu influência significativa na eficácia do processo de adsorção do corante Violeta Cristal utilizando FB e FM como adsorventes. No entanto, em relação à concentração do corante, verificou-se que houve um aumento da capacidade de adsorção equivalente à 31,74% na FB e, 28,80% na FM, respectivamente, considerando as soluções menos e mais concentradas. Com base nesse estudo, verifica-se a possibilidade de utilizar essas biomassas como adsorventes de corantes, sendo necessário avaliar a influência de outras variáveis do processo tais como, temperatura, razão adsorvente/adsorvato, dentre outras, a fim de constatar a eficiência dessas biomassas como adsorventes de corantes.
Agradecimentos
Nossos agradecimentos à UNIFACS, ao Instituto Ânima de Pesquisa, ao IBTR, ao PPEQ/UFBA, à FAPESB e ao CNPq.
Referências
ABIT – Associação Brasileira da Indústria Têxtil. ABIT REVIEW Ed.06. 2022. Disponível em: https://www.abit.org.br/cont/perfil-do-setor. Acesso em 18 de Agosto de 2023.
ALMEIDA, E. J. R. Avaliação da remoção de cor e toxicidade de azo corantes pelo emprego de tratamentos microbiológicos, adsortivos e processos oxidativos avançados. Rio Claro, 2018. Teses - Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) – IBRC - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho.
CAVALCANTI, A.M., SANTOS, G.F. A indústria têxtil no Brasil: uma análise da importância da competitividade frente ao contexto mundial. Exacta.20(3), p. 706-726, 2022.
CASQUEIRA, R. G.; LIMA, A. C. Avaliação da remoção de Cr(III) empregando o pseudocaule da bananeira (musa paradisiaca) como biossorvente. Engevista, v. 18, n. 1, p. 174, 2016.
ELSHERIF, K.M.; EL-DALI, A.; ALKAREWI, A.A.; EWLAD-AHMED, A.M.; TREBAN, A. Adsorption of crystal violet dye onto olive leaves powder: Equilibrium and kinetic studies. Chemistry International, v.7, p. 79-89, 2021.
FAO. Banana Market Review 2022. Rome. 2023. Disponível em: https://www.fao.org/3/cc6952en/cc6952en.pdf. Acesso em 18 de Agosto de 2023.
GEORGIN, J.; FRANCO, D.S.P.; DRUMM F.C.; GRASSI, P.; NETTO M.S.; ALLASIA, D.; DOTTO, G.L. Paddle cactus (Tacinga palmadora) as Potential low-cost adsorbent to treat textile effluents containing crystal violet. Chemical Engineering Communications. v. 207, pg. 1368-1379, 2019.
IBGE. Censo Agropecuário, 2021. Disponível em: https://www.ibge.gov.br/explica/producao-agropecuaria/manga/br.
LALNUNHLIMI, S. KRISHNASWAMY, V. Decolorization of azo dyes (Direct Blue 151 and Direct Red 31) by moderately alkaliphilic bacterial consortium. Brazilian Journal of Microbiology, v. 47, p. 39-46, 2016.
MANI, S.; BHARAGAVA, R.N. Exposure to Crystal Violet, Its Toxic, Genotoxic and Carcinogenic Effects on Environment and Its Degradation and Detoxification for Environmental Safety. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. v. 237, pg. 71-104, 2016.
MELHAOUI, R. MIYAH, Y. KODAD, S. HOUMY, N. ADDI, M. ABIDEM, M. MIHAMOU, A. SERGHINI-CAID, H. LAIRINI, S. TIJANI, N. HANO, C. ELAMRANI, A. On the Suitability of Almond Shells for the Manufacture of a Natural Low-Cost Bioadsorbent to Remove Brilliant Green: Kinetics and Equilibrium Isotherms Study. The Scientific World Journal, v. 2021, Article ID 6659902, 2021.
SEWU, D.; LEE, D.; WOO, S.; KALDERIS, D. Decolorization of triarylmethane dyes, malachite green, and crystal violet, by sewage sludge biochar: Isotherm, kinetics, and adsorption mechanism comparison. Korean Journal of Chemical Engineering. v. 38, pg. 531-539, 2021.
SHOUKT, S. BHATTI, H. N. IQBAL, M. NOREEN S. Mango stone biocomposite preparation and application for crystal violet adsorption: A mechanistic study. Microporous and Mesoporous Materials. V. 239, pg. 180-189, 2017.
TAHIR, N. BHATTI, H. N. IQBAL, M. NOREEN S. Biopolymers composites with peanut hull waste biomass and application for Crystal Violet adsorption. International Journal of Biological Macromolecules. v. 94, pg. 210-220, 2017.
UDDIN, T.; RAHMAN, A. R., ISLAM, A. A potential low cost adsorbent for the removal of cationic dyes from aqueous solutions. Applied Water Science. v. 7, pg. 2831-2842, 2017.
ZANELLA, O. Sorção de Nitrato em Carvão Ativado Tratado com CaCl2: Estudo de Ciclos de Sorção/Regeneração. Porto Alegre. 2012. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Quimica – Escola de Engenharia – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
