ÁREA
Química Ambiental
Autores
Freitas, L.D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Medeiros, H.H.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Aquino, R.V.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA) ; Marques, E.H.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Azoubel, P.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Rocha, O.R.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)
RESUMO
Neste estudo, foram produzidos adsorventes provenientes da coroa do abacaxi, in natura e por meio de diferentes tratamentos (carbonização e tratamento ácido) para a remoção do corante alimentício amarelo tartrazina. O adsorvente carbonizado e tratado com ácido (CA-A) foi caracterizado por espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR). Os espectros de FT-IR mostraram bandas características de materiais lignocelulósicos. Um estudo cinético foi realizado para avaliar o comportamento de adsorção ao longo do tempo. No estudo cinético, a adsorção atingiu o equilíbrio em 240 min e o modelo de pseudo-segunda ordem obteve o melhor ajuste. O modelo de difusão intrapartícula elucidou que a transferência de adsorvato dentro dos poros não limita o processo.
Palavras Chaves
adsorção; biossorvente; corante alimentício
Introdução
Efluentes coloridos podem ser perigosos para a saúde e o meio ambiente se forem lançados diretamente nos corpos d'água. Os corantes sintéticos do grupo azo são particularmente problemáticos, pois são resistentes à degradação e altamente solúveis. As indústrias geradoras de efluentes coloridos podem usar diferentes métodos de tratamento, combinados ou não, para degradar completamente as substâncias coloridas ou apenas descolorir o efluente (COLLIVIGNARELL et al. 2019). Os corantes sintéticos mais usados na indústria alimentícia são os azo, indigóides, trifenilmetanos e xantenos. Um dos mais comuns em bebidas não fermentadas, como sucos e néctares de abacaxi, é o monoazo Amarelo Tartrazina (AT). Esse corante destaca-se por apresentar alta solubilidade em água e soluções alcoólicas, baixa reatividade com outros componentes (flavorizantes e aromatizantes) e estabilidade à luz, calor e umidade (ZOUGHI et al. 2021). O grupo funcional azo e os anéis aromáticos de AT são potencialmente tóxicos e prejudiciais à saúde. Estudos têm demonstrado que a ingestão de AT em quantidades superiores à ingestão diária aceitável (IDA) pode causar uma série de problemas de saúde, incluindo distúrbios hepáticos, cânceres, asma, alergias, problemas renais e alterações neurocomportamentais em crianças (AHMED et al. 2021). Efluentes contendo corantes são fontes poluidoras e, portanto, devem ser tratados antes de serem despejados nos corpos hídricos. Os corantes sintéticos são particularmente difíceis de remover, pois são resistentes à fotodegradação e à biodegradação. Isso torna necessário o desenvolvimento de novos métodos de tratamento, bem como o aperfeiçoamento dos métodos já existentes. A adsorção é um dos métodos mais eficientes para a remoção de cor de efluentes industriais. Oferece várias vantagens, incluindo facilidade de operação, eficiência energética, possibilidade de regeneração do adsorvente e recuperação do adsorvato, além da possibilidade de uso de diferentes materiais como adsorventes (CAMARA et al. 2020). A cinética de adsorção descreve a velocidade com que o adsorvato se liga ao adsorvente. Em outras palavras, ela expressa a taxa de remoção do adsorvato em relação ao tempo. De acordo com Tank e Hameed (2017), os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e difusão intrapartícula são os mais utilizados no estudo da adsorção em meio líquido. O objetivo deste trabalho foi avaliar a cinética de remoção do corante amarelo tartrazina utilizando um adsorvente produzido da coroa do abacaxi. O material foi caracterizado por FT-IR e os dados de adsorção ajustados em diferentes modelos cinéticos.
Material e métodos
Para o preparo do adsorvente in natura, os pedaços da coroa do abacaxi, previamente lavados e cortados, foram secos em estufa a 105 ± 1 °C por 24h e triturados em moinho de facas. O carvão ativado à base de coroa de abacaxi foi preparado utilizando-se ácido orto-fosfórico (H3PO4, Vetec, 85 % de pureza), como agentes ativantes, à concentração de 10%. A ativação foi realizada misturando-se 2,5g da amostra in natura e o agente ativante na proporção de 1:4 (m:v) por 60 min, a temperatura ambiente, em cadinho de porcelana. Depois do período de ativação, o cadinho foi alocado em forno mufla à 400 ºC por 1h. O material foi denominado CA-A. A identificação dos grupos funcionais presentes nos adsorventes foi realizada através de FT-IR em Espectrômetro (BRUKER®, modelo Tensor II) utilizando a técnica de Refletância Total Atenuada (ATR). Os espectros de absorção foram observados usando 30 varreduras na faixa do infravermelho (4000 a 850 cm-1) com resolução de 4 cm-1. Para os experimentos de adsorção, misturou-se 0,1 g de adsorvente a 100 mL da solução de corante AT (50 mg. L-1). As soluções foram agitadas a 150 rpm em mesa agitadora, à temperatura ambiente, por diferentes intervalos de tempo até o equilíbrio (0, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90, 120, 180, 240, 300 e 360 min). Após cada período de agitação, o conteúdo foi filtrado e analisado em espectrofotômetro (Spectroquant Pharo 300) no comprimento de onda de 425 nm. Com a finalidade de obter uma aproximação do comportamento dos adsorventes durante o processo adsortivo, aplicou-se os modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e de difusão intrapartícula. Para verificação do ajuste dos modelos aos dados experimentais, foi calculado coeficiente de determinação (R2) e o Chi-quadrado (χ2). Utilizou- se o software Origin® 2018.
Resultado e discussão
A Figura 1(a) compara os efeitos da ativação na superfície do adsorvente CA-A
com os do in natura. O espectro FT-IR do in natura mostra uma banda ampla em
3400 cm-1, característica de estiramento do grupo -OH, e bandas significativas
em 2750 cm-1, 2250 cm-1 e 1059 cm-1, atribuídas, respectivamente, à vibração do
grupo CH, ao alongamento do grupo CH na celulose e hemiceluloses e ao grupo -
COOH da lignina. Essas bandas estão de acordo com as observadas em materiais de
matriz lignocelulósica. O CA-A também apresenta essas bandas, mas em menor
intensidade. Isso pode ser atribuído ao processo de ativação, que é consistente
com os resultados de outros estudos, como o de Mbarki et al. (2022). A curva
cinética (Figura 1(b)) para o CA-A mostra que a maior parte da remoção do AT da
solução ocorreu nos primeiros 30 minutos do processo. Depois desse tempo, os
incrementos na capacidade adsortiva começam a desacelerar até atingir o
equilíbrio. De acordo com Reck et al. (2018), esse comportamento ocorre porque
há mais sítios disponíveis para adsorção no início do processo. Para avaliar o
comportamento da cinética de adsorção, foram utilizados os modelos não lineares
de PPO e PSO. A análise dos parâmetros cinéticos obtidos (Figura 2(b)) indica
que o modelo PSO fornece um melhor ajuste, com maior R2, menor χ2 e qe,cal mais
próximo do qe,exp. Esse resultado está de acordo com o estudo de Tan e Hameed
(2017), que afirma que a cinética de adsorção em processos ambientais pode ser
bem descrita pelo modelo PSO. No entanto, os modelos cinéticos PPO e PSO não são
por si só suficientes para identificar o número de etapas da sorção. Para isso,
foi utilizado o modelo de difusão intrapartícula (Figura 1(c)). A Figura 21
mostra que a adsorção de AT em CA-A ocorre em três etapas. Etapa 1: difusão do
corante para a superfície externa do adsorvente (30 min), Etapa 2: difusão
intrapartícula, com a migração do adsorvato até o interior dos poros (30 a 150
min) e Etapa 3: alcance do equilíbrio dinâmico (a partir de 150 min). De acordo
com Reck et al. (2018), o fato de as retas do gráfico qe versus t1/2 não
passarem pela origem indica que o mecanismo de difusão intrapartícula não é a
etapa determinante da velocidade da adsorção. Outros mecanismos devem atuar
simultaneamente no controle do processo de sorção. Os parâmetros do modelo de
difusão intrapartícula estão expostos na Figura 2(b). Observa-se que Kdif,1 >
Kdif,2 > Kdif,3. Esse comportamento ocorre porque a concentração de adsorvato
diminui ao longo do processo. Com a redução da difusão interna, a adsorção na
superfície externa aumenta.
(a) Espectro de FT-IR dos adsorventes. Ajustes \r\ncinéticos para (b) modelos de pseudo-primeira e \r\npseudo-segunda ordem e (c) difusão intrapartícula.
Parâmetros obtidos pelos ajustes nos modelos \r\ncinéticos de (a) pseudo-primeira e pseudo-segunda \r\nordem e (b) difusão intrapartícula.
Conclusões
A análise de FT-IR possibilitou verificar que a ativação química seguida de tratamento térmico favoreceu a perda de água e a degradação da celulose, hemecelulose e lignina no CA-A em comparação com o adsorvente in natura. No estudo cinético de adsorção, o modelo de pseudo-segunda ordem se ajustou melhor aos dados experimentais do que o de pseudo-primeira ordem, com R² acima de 0,90. O modelo de difusão intrapartícula não passou pela origem dos dados, o que indicou que a difusão não é uma etapa limitante no processo. O adsorvente oriundo de resíduos de abacaxi mostrou potencial na remoção do corante amarelo tartrazina.
Agradecimentos
Á CAPES pelo financiamento e à UFPE pela estrutura.
Referências
AHMED, M. A.; AL-KHALIFA, A. S.; AL-NOURI, D. M.; EL-DIN, M. F. S. Dietary intake of artificial food color additives containing food products by school-going children. Saudi Journal of Biological Sciences, v. 28, n. 1, p. 27-34, 2021.
CAMARA, A. S.; LUTKE, S.F.; PINHEIRO, C. P.; VIEIRA, M. L. G.; CADAVAL JR, T.R.S.; PINTO, L, A. A. Chitosan-coated sand and its application in a fixed-bed column to remove dyes in simple, binary, and real systems. Environmental Science and Pollution Research, v. 27, 2020.
COLLIVIGNARELLI, M. C.; ABBÀ, A.; MIINO, M. C.; DAMINI, S. Treatments for color removal from wastewater: State of the art. Journal of Environmental Management, v. 236, 2019.
MBARKI, F., SELMI, T.; KESRAOUI, A.; SEFFEN. Low-cost activated carbon preparation from corn stigmata fibers chemically activated using H3PO4, ZnCl2 and KOH: Study of methylene blue adsorption, stochastic and fractal kinetic. Industrial Crops & products, v. 178, 2022.
RECK, I. M.; PAIXÃO, R. M; BERGAMASCO. R.; VIEIRA, M. F.; VIEIRA, A. M. S. Removal of tartrazine from aqueous solutions using adsorbents based on activated carbon and Moringa oleifera seeds. Journal of Cleaner Production, v. 171, p. 85-97, 2018.
TANK. L.; HAMEED, B. H. Insight into the adsorption kinetics models for the removal of contaminants from aqueous solutions. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, v. 74, p. 25–48, 2017.
ZOUGHI, S.; FARIDBOD, F.; AMIRI, A.; REZAGANJALI, M. Detection of tartrazine in fake saffron containing products by a sensitive optical nanosensor. Food Chemistry, v.350, 2021.
