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 trabalho, adsorventes provenientes da coroa do abacaxi foram obtidos in natura e por tratamento térmico e químico (CA-A) e utilizados na remoção do corante tartrazina (AT). Os materiais produzidos foram devidamente caracterizados. Foram feitos estudos do efeito do pH inicial da solução de corante e da dosagem de adsorvente aplicada. A área superficial obtida para CA-A (17,9 m².g-1) foi muito superior à verificada para o adsorvente in natura. Pelo ponto de carga zero, observou-se que a carga superficial de CA-A só é positiva abaixo do pH 2,9. Nos estudos de adsorção, verificou-se que a remoção do corante aniônico AT foi superior em menores valores de pH, em especial em valores em que a carga superficial de CA-Aera positiva. A dosagem ótima encontrada foi de 1 g.L-1.
Palavras Chaves
biocarvão; caracterização; resíduo agroindustrial
Introdução
A produção de alimentos gera resíduos e efluentes que podem ser contaminantes ambientais. Uma das possibilidades de uso desses resíduos é a produção de biossorventes, que são adsorventes produzidos a partir de biomassa inativa. Sua utilização vem ganhando destaque por questões ambientais e econômicas, pois são feitos de resíduos industriais e o processo adsortivo pode complementar os tratamentos biológicos, físicos ou químicos de efluentes industriais (MARTINS et al. 2015). Um tipo de efluente que pode ser tratado com biossorventes é o da indústria alimentícia. Esses efluentes são ricos em matéria orgânica e corantes, naturais e sintéticos. Quando não tratados corretamente, podem poluir os corpos d'água, pois reduzem a transparência da água e dificultam a fotossíntese da biota aquática (SÁ; NUNES; BORGES, 2016). Isso torna necessária a remoção dos contaminantes perigosos dos efluentes para que estes não atinjam os corpos hídricos em altas concentrações. Para isso, vários processos químicos, físico- químicos e biológicos têm sido aplicados. Um dos processos mais utilizados nas estações de tratamento para remoção de poluentes desse tipo é a adsorção. A adsorção é um fenômeno de transferência de massa que envolve o contato de um adsorvato (fase fluida) com a superfície de um adsorvente (fase rígida). Durante o processo de adsorção, o adsorvato se liga aos sítios disponíveis na superfície do adsorvente, tanto na região externa quanto na interna (poros). A remoção das moléculas anteriormente adsorvidas é chamada de dessorção. A capacidade de adsorção do material é maior quanto maior for a área de contato entre o adsorvato e o adsorvente (TRAN et al. 2017). O processo de adsorção é influenciado por diversos fatores, incluindo as condições operacionais (pH, temperatura, dose do adsorvente e concentração da solução), a natureza do adsorvato (polaridade, tamanho da molécula, solubilidade, acidez ou basicidade) e as características do adsorvente (área superficial, hidrofobicidade, densidade, grupos funcionais de superfície, potencial zeta e tamanho dos poros) (PATHIRANA et al. 2020). Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar diferentes condições operacionais (pH e dosagem de adsorvente) de adsorção do corante alimentício amarelo tartrazina (AT) por meio de adsorvente proveniente da coroa de abacaxi. Análises de caracterização do material foram feitas para ajudar na interpretação dos resultados.
Material e métodos
Para preparar o adsorvente in natura, os pedaços da coroa do abacaxi foram lavados, cortados e secos em estufa a 105 °C por 24 horas. Em seguida, foram triturados em moinho de facas. O carvão ativado à base de coroa de abacaxi foi preparado utilizando ácido orto-fosfórico (H3PO4) a 10%. A ativação foi realizada misturando-se 2,5 g da amostra in natura com o agente ativante na proporção de 1:4 (m:V) por 60 minutos, a temperatura ambiente, em cadinho de porcelana. Após a ativação, o cadinho foi alocado em forno mufla a 400 °C por 1 hora. O adsorvente foi denominado CA-A. A determinação da área superficial específica, volume e diâmetro médio dos poros foram realizados através do método de adsorção/dessorção do gás nitrogênio (N2) à temperatura de 77K, utilizando o equipamento ANOVA 1000e da Quanta Chrome Autosorb-iQ Instruments. Cada amostra adsorvente foi submetida à desgaseificação sob vácuo, a temperatura de 60 °C. A área superficial específica foi calculada a partir da equação padrão de Brunauer-Emmett-Teller (BET). Enquanto, os demais parâmetros foram obtidos pelo método Barret, Joyner e Halenda (BJH). O pH do ponto de carga zero (pHpcz) foi determinado de acordo com Nascimento et al. (2014). 0,1 g dos adsorventes foi adicionado a um erlenmeyer de 250 mL contendo 50 mL de água destilada. O pH inicial (pHi) da solução foi ajustado, na faixa de pH de 2 a 11, com soluções de NaOH e HCl. Em seguida, as soluções foram agitadas em mesa agitadora a 200 rpm por 24 horas a temperatura ambiente. As leituras de pH foram realizadas em um pHmetro de bancada (EVEN®, modelo PHS-3E) previamente calibrado. O efeito do pH na adsorção foi estudado de acordo com Astuti et al. (2019). Em erlenmeyers de 250 mL, foram adicionados 0,1 g do adsorvente e 100 mL da solução de AT (50 mg.L-1). O pH da solução foi ajustado para 3, 5, 7, 9 e 11 com soluções de NaOH e/ou HCl, e medido antes e após o processo de adsorção com o auxílio de um pHmetro de bancada. Os erlenmeyers foram selados e agitados em mesa agitadora a 150 rpm por 120 minutos a temperatura ambiente. Para avaliar o efeito da dosagem, foram utilizados erlenmeyers de 250 mL contendo 0,05, 0,1 e 0,2 g de adsorvente e 100 mL de solução de AT (50 mg.L-1). A concentração do corante nas soluções foi determinada através de leituras espectrofotométricas em UV/Vis (Spectroquant®, modelo Pharo 300M) no comprimento de onda de 425 nm.
Resultado e discussão
A análise das isotermas de adsorção/dessorção de N2 indicou que o adsorvente in
natura não apresenta área superficial significativa (1,037 x 10-2 m².g-1). Este
fato é corroborado pela análise de MEV, na qual não foi observada porosidade
superficial. O adsorvente CA-A apresentou área superficial (SBET), volume e
diâmetro de poro iguais a, respectivamente, 17,9 m².g-1, 0,04 cm³.g-1 e 31,7 nm.
O valor obtido para o diâmetro de poro, conforme a IUPAC, classifica o
adsorvente CA-A como mesoporoso, visto que seu diâmetro médio de poro encontra-
se entre 2 e 50 nm (THOMMES et al., 2015). O pHpcz é o valor de pH no qual a
carga elétrica superficial do material é neutra. Ele é importante em fenômenos
de adsorção, especialmente quando forças eletrostáticas estão envolvidas. A
Figura 1 mostra que o pHpcz do adsorvente in natura foi de 6,82 e do CA-A de
2,97. Em pH inferior ao pHpcz, as superfícies dos adsorventes apresentam carga
positiva, e em pH superior, carga negativa. A redução do pHpcz do CA-A em
relação ao in natura pode ser atribuída ao uso do ativador H3PO4, que leva à
formação de grupos superficiais oxigenados ácidos. O pH da solução pode afetar
tanto os grupos funcionais presentes na superfície do adsorvente quanto a
solubilidade dos corantes em soluções aquosas. Observou-se que apenas 4,2% de AT
foi removido pelo adsorvente in natura, enquanto que 50,3% foram observados para
CA-A, assim, seguiu-se apenas com CA-A nos experimentos seguintes. A Figura 2(a)
mostra que os maiores valores de percentual de remoção e capacidade adsortiva
foram obtidos quando o meio apresentou pH abaixo do pHpcz de CA-A. Isso ocorre
porque o corante AT é aniônico, e as superfícies dos adsorventes apresentam
carga positiva em pH inferior ao pHpcz. A atração eletrostática entre as cargas
opostas favorece a adsorção. Em pH superior ao pHpcz, há redução dos sítios
positivamente carregados na superfície do adsorvente. Além disso, os íons OH-
presentes na solução podem competir com os íons do corante pela adsorção,
diminuindo a taxa de sorção. A Figura 2(b) mostra que o percentual de remoção
(%R) aumenta com a massa de CA-A na solução. Isso ocorre porque o aumento da
massa de adsorvente, em um mesmo volume de solução, proporciona o aumento do
número de sítios ativos disponíveis, o que permite a adsorção de mais corante
(FEGOUSSE et al. 2019). A capacidade adsortiva diminuiu com o aumento da
dosagem, passando de 41,68 mg.g-1 para 32 mg.g-1. Isso ocorre porque o valor de
q é inversamente proporcional à razão massa de adsorvente/volume de solução
(dose). Assim, a dose de 1 g.L-1 foi a que apresentou a melhor relação entre q e
R(%).
Ponto de carga zero dos adsorventes utilizados.
Avaliação dos parâmetros operacionais (a) pH inicial \r\ne (b) dosagem de adsorvente para CA-A.
Conclusões
Neste estudo, avaliou-se o potencial da utilização de um dos resíduos do processamento do abacaxi (coroa) como material precursor para a produção de adsorventes, na forma in natura e ativada com H3PO4, para remoção do corante amarelo tartrazina de uma solução aquosa. Os resultados dos testes preliminares de remoção de cor apontaram que o adsorvente ativado por H3PO4 (CA-A) apresentou o melhor percentual de remoção do corante AT, atingindo 50,3%. A análise de adsorção/dessorção de N2 mostrou uma baixa área superficial dos adsorventes e um caráter predominantemente negativo na carga superficial de CA-A. o pH ótimo observado foi de 1 e a dosagem ótima de 1 g.L-1 de adsorvente. Os resultados mostram que o adsorvente CA-A tem potencial a ser explorado na adsorção desse tipo de contaminante.
Agradecimentos
Referências
FEGOUSSE, A.; EL GAIDOUMI, A.; MIYAH, Y.; EL MOUNTASSIR, R.; LAHRICHI, A. Pineapple Bark Pineapple Bark Performance in Dyes Adsorption: Optimization by the Central Composite Design. Journal of Chemistry, v. 2019, p. 1-11, 2019.
MARTINS, W. A. OLIVEIRA, A. M. B. M.; MORAIS, C. E. P.; COELHO, L F. O.; MEDEIROS, J. F. Reaproveitamento de resíduos agroindustriais de casca banana para tratamento de efluentes. Revista Verde de Agroecologia e Desenvolvimento Sustentável, v. 10, n. 1, p. 96–102, 2015.
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