ÁREA
Química Ambiental
Autores
Correia, V.L.N.S. (UFERSA) ; de Carvalho, S.A.M. (UFERSA) ; Aroucha, E.M.M. (UFERSA) ; Gomes dos Santos, F.K. (UFERSA) ; de Lima Leite, R.H. (UFERSA)
RESUMO
O presente trabalho teve o objetivo de determinar a cinética de adsorção do cromo hexavalente em solução aquosa por um adsorvente oriundo das sementes do melão (Cucumis melo L.), tratadas com ácido sulfúrico (H2SO4) a 75% em diferentes tempos de contato. Os modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem, difusão intrapartícula, Elovich e Avrami foram ajustados por regressão não linear e os modelos mais adequados selecionados através do Critério de Informação de Akaike foram os de difusão intrapartícula e de pseudo-primeira ordem. Um tempo de tratamento ácido de 10 minutos produziu um adsorvente mais eficeinte. O tratamento ácido ativou o pó de sementes de melão e mais que dobrou sua capacidade adsortiva.
Palavras Chaves
Modelos cinéticos; Regressão Não-Linear; Tratamento de efluentes
Introdução
Mesmo sendo benéfica para a sociedade, a atividade industrial traz riscos pois pode poluir, por exemplo, através da liberação de metais tóxicos no meio ambiente. Com o avanço da legislação ambiental e as pressões da sociedade, as indústrias vêm cada vez mais se conscientizando sobre a necessidade do tratamento de seus efluentes (ALVES, 2013). Por apresentar diversas aplicações na indústria, como no processo de galvanização e curtumes, o cromo se torna um dos metais mais descartados no meio ambiente. Os estados de oxidação dos íons cromo, encontrados na natureza, são o trivalente e o hexavalente (BARBOSA, 2017). O cromo (III) apresenta benefícios aos seres humanos quando está presente em baixas concentrações na alimentação. Essa forma de cromo auxilia na melhora do metabolismo de glicose, lipídios e proteínas e pode ser encontrado em alguns alimentos como fígado, queijo e cereais. O cromo hexavalente, ao contrário, é altamente tóxico, bioacumulativo, e apresenta ação carcinogênica. Quando em altas doses, o cromo hexavalente causa náuseas, diarreia, dermatite e problemas respiratórios (COLLINS et al., 2010). O cromo (VI) é absorvido por via respiratória, oral e dérmica, se espalhando pela medula óssea, pulmões, rins, fígado e outros órgãos. Devido à sua rápida absorção, o cromo hexavalente se integra nas células provocando alterações no DNA (MCNEILL et al., 2012). Portanto, os efluentes contendo este tipo de cromo não podem ser descartados em mananciais aquíferos ou em redes de esgotos antes de um tratamento adequado. Vários processos usados para a remoção de cromo hexavalente têm alto custo, incentivando a pesquisa de outras técnicas e métodos que possibilitem remover os mesmos de forma mais econômica (AKRAMA et al., 2017). Ultimamente o processo de adsorção vem sendo bastante utilizado por apresentar grande potencial para o tratamento de efluentes industriais com cromo hexavalente (ALI et al., 2015) A adsorção é um dos processos de separação e purificação mais utilizados na atualidade, com grande importância tecnológica, sendo bastante eficiente no tratamento de águas residuárias. A adsorção é uma operação de transferência de massa, onde o sólido tem a capacidade de concentrar na sua superfície substâncias existentes no líquido (Nascimento et al., 2014). Uma das limitações da utilização da adsorção no tratamento de efluentes é o alto custo de adsorventes convencionais como o carvão ativado. No entanto, em busca de novos materiais com capacidades de adsorção, estudos mostraram materiais classificados como não-convencionais que possuem ação de redução e eliminação de contaminantes metálicos ou orgânicos presentes em águas residuais. Esses materiais também chamados de bioadsorventes são originados de resíduos agrícolas e da indústria alimentícia, a partir de frutas, plantas e resíduos vegetais (ALI; ASSIM; KHAN, 2012). Assim, a possibilidade de utilização de adsorventes naturais provenientes de rejeitos da agricultura e de subprodutos da indústria torna-se um dos diferenciais nos processos de adsorção, devido à disponibilidade, baixo custo e aproveitamento desses resíduos (ALI et al., 2015). Os estudos comprovam a eficiência desses adsorventes para o tratamento de águas e efluentes contaminados com metais tóxicos (ALI; ASSIM; KHAN, 2012). Como exemplo da utilização de bioadsorventes na adsorção do cromo hexavalente, temos a casca de café (XAVIER et al., 2019), o pó da casca de laranja (TOVAR et al., 2015), caroço de seriguela (BARBOSA, 2017), algas (GARCÍA et al., 2012) e vários outros. As sementes do melão (Cucumis melo L.) despertam interesse como matéria prima na obtenção de bioadsorventes já que o melão é de baixo custo e de fácil obtenção no Brasil. O melão (Cucumis melo L) apresenta vários tipos produzidos na nossa região, sendo o tipo Amarelo (Cucumis melo var. inodorus) mais comum (CRISÓSTOMO et al., 2002). Seguindo essa ideia, a presente pesquisa teve como objetivo utilizar o bagaço das sementes do melão Amarelo no processo de remoção do cromo hexavalente em soluções aquosas, modificando quimicamente as sementes para obter diferentes adsorventes e determinando em seguida a cinética de adsorção do cromo hexavalente nestes.
Material e métodos
As sementes de melão amarelo (Cucumis melo L.) foram disponibilizados pelo Restaurante Universitário da UFERSA na cidade de Mossoró, Rio Grande do Norte. Inicialmente, as sementes foram limpas e secas. Em seguida as sementes foram trituradas em um moinho de facas para obtenção de um pó. Uma amostra de pó de semente de melão sem tratamento foi lavada várias vezes com água destilada em intervalos de 20 minutos sob agitação, até que o filtrado não apresentasse absorbância na região do visível em espectrofotômetro. Após lavagem, o pó de sementes sem tratamento, designado como SMST, foi seco em estufa por aproximadamente 2 h. Este material sem tratamento foi utilizado para comparação com o material tratado. Volumes de 100 mL de solução de ácido sulfúrico a 75% foram colocados sob agitação em temperatura ambiente, 25°C, em contato com porções de 10 g do pó de sementes de melão para se obter os adsorventes tratados. Estes foram designados SM5, SM10 e SM15 de acordo com o tempo de ataque ácido ao qual foi submetido o pó de sementes de melão, 5, 10 e 15 minutos, respectivamente. Após os tratamentos, os adsorventes foram lavados várias vezes com água destilada para eliminar o excesso de H₂SO₄. Após a lavagem, os adsorventes foram secos em estufa por aproximadamente 2h. Para a determinação do cromo hexavalente utilizou-se o método espectrofotométrico da difenilcarbazida (RODIER et al., 2009). As absorvâncias foram medidas em um Espectrofotômetro UV-Visível Thermo Fisher Scientific®, modelo Evolution 600 PC, utilizando cubetas de plástico com caminho óptico de 1,0 cm e comprimento de onda de 540 nm. Os ensaios de adsorção ocorreram em banho finito com agitação constante de 180 rpm, a uma temperatura de 25 °C e pH 1,0. Foram pesadas massas, m = 0,1 g, dos adsorventes designados como SMST, SM5, SM10 e SM15, em triplicata. Uma solução de cromo de concentração Ci igual a 100 mg/L teve seu pH ajustado para 1,0 com o auxílio de um pHmetro, através da adição de ácido clorídrico PA com pureza analítica de 37%. Em seguida, 25 mL desta solução foram adicionados nos recipientes contendo os adsorventes. Durante o experimento foram coletadas alíquotas da mistura com auxílio de pipeta automática nos tempos de 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120 e 180 minutos para serem analisadas quanto à concentração de cromo (Ct). Calculou-se a quantidade de cromo hexavalente adsorvida por unidade de tempo (qt) pela equação: qt = V.(Ci – Ct)/m. As cinéticas de adsorção de cromo hexavalente nos adsorventes de semente de melão foram ajustadas aos modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem, difusão intrapartícula, Elovich e Avrami. Os ajustes foram realizados utilizando a ferramenta solver do Microsoft Excel. A adequação dos modelos foi avaliada pelo coeficiente de determinação R2 e critério de informação de Akaike corrigido para pequenas amostras.
Resultado e discussão
A Figura 01 apresenta os resultados experimentais (pontos) e os valores calculados
através dos modelos escolhidos (linhas) para a adsorção do cromo hexavalente nos
quatro adsorventes obtidos a partir das sementes de melão amarelo. Os parâmetros
dos modelos ajustados e de avaliação da adequação destes aos dados experimentais
estão apresentados na Tabela 01. Os modelos aplicados conseguiram, em seu conjunto,
explicar de 91,7 a 99,0% da variação total encontrada para as cinéticas de adsorção
do cromo hexavalente. Considerando o Critério de Akaike corrigido para pequenas
amostras como o parâmetro de escolha dos modelos mais adequados, encontramos que a
cinética de adsorção do cromo hexavalente segue o modelo de difusão intrapartícula
quando utilizamos o adsorvente oriundo das sementes de melão sem tratamento (SMST),
sendo o coeficiente de determinação igual a 0,990. Enquanto que para os adsorventes
produzidos pelo ataque com ácido sulfúrico ao pó de sementes de melão o modelo que
melhor descreveu a cinética de adsorção foi o de pseudo-primeira ordem. Foram
obtidos os seguintes coeficientes de determinação para estes modelos, segundo o
adsorvente utilizado: 0,990 – SM5; 0,989 – SM10 e 0,985 – SM15.
Os resultados observados na Figura 01 deixam evidente a melhora na velocidade de
adsorção e nos valores de equilíbrio obtidos para a adsorção do cromo hexavalente
nos adsorventes de semente de melão tratados com ácido sulfúrico (SM5, SM10 e
SM15), quando em comparação com os resultados obtidos para o pó da semente de melão
sem tratamento (SMST). Isto acontece porque o ácido degrada parte da superfície do
sólido, atacando as moléculas de celulose e lignina e formando poros que permitem a
adsorção do cromo. Também, podem ocorrer modificações nos grupos funcionais de
superfície com a geração de grupos mais reativos e susceptíveis de formar ligações
com os íons de cromo hexavalente. A velocidade de adsorção encontrada para o SM10
foi maior que para os outros adsorventes, porém as capacidades de adsorção no
equilíbrio foram semelhantes para o SM10 e SM15.
Parâmetros encontrados para os ajustes dos modelos \r\ncinéticos aos dados experimentais de adsorção de cromo \r\nhexavalente
Cinéticas de adsorção de cromo hexavalente em \r\nadsorventes obtidos a partir da semente de melão \r\namarelo
Conclusões
Os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que é possível obter bioadsorventes capazes de adsorver eficientemente o cromo hexavalente presente em soluções aquosas a partir de sementes de melão amarelo. O adsorvente de semente de melão foi ativado através do ataque com ácido sulfúrico em uma concentração de 75%. O tempo de ataque ácido que produziu um adsorvente mais eficiente foi de 10 minutos (SM10).
Agradecimentos
Os autores agradecem à Universidade Federal Rural do Semi-Árido campus Mossoró/RN pelo financiamento da pesquisa.
Referências
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BARBOSA, A. R. S. S. Caracterização e aplicação na remoção de cromo hexavalente de um bioadsorvente obtido de endocarpo de Spondias purpurea L. 130 f. 2017. Dissertação (Mestrado) –Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Mossoró-RN.
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