12° ENTEQUI - Adsorção de íons chumbo utilizando adsorvente preparado a partir da casca de amendoim

Adsorção de íons chumbo utilizando adsorvente preparado a partir da casca de amendoim

AUTORES: Silva, C.O.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Teixeira, V.E.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Freitas, R.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Ribeiro, B.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Duarte, M.M.M.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)

RESUMO: Este trabalho teve como objetivo avaliar o carvão ativado com ácido fosfórico (CA_H3PO4), preparado a partir da casca de amendoim, para remoção de íons chumbo de soluções aquosas. As condições operacionais definidas foram: dosagem do adsorvente igual a 2 g·L^-1 e velocidade de agitação de 50 rpm. A evolução cinética foi rápida, com equilíbrio em 60 min. Os modelos cinéticos de pseudo primeira e segunda ordem representaram os dados (R² > 0,99 e RSS < 0,0001). No estudo de equilíbrio, o modelo de Langmuir se ajustou aos dados com R² = 0,99 e q_máx de 0,90±0,04 mmol·g^-1. Os resultados indicam que o CA_H3PO4 apresenta potencial de remoção dos íons chumbo em soluções aquosas.

PALAVRAS CHAVES: Adsorção; Carvão ativado; Chumbo

INTRODUÇÃO: A emissão de efluentes industriais, contendo metais tóxicos como o chumbo, quando eliminados sem o devido tratamento pode levar a bioacumulação dos metais no ambiente (CASTRO et al. 2008). O chumbo é usado em diversos processos industriais tais como: a fundição de minérios, queima de carvão, de baterias, pesticidas e tintas (KUSHWAHA et al. 2018). No Brasil, a Resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) Nº 430/2011 determina o limite da concentração para o chumbo em 0,5 mg·L^-1, para efluentes a serem despejados em corpo receptor (BRASIL, 2011). Diante disso, evidencia-se a necessidade do emprego de processos que visam a remoção deste metal. Devido a facilidade de operação e eficácia na remoção de íons metálicos o processo de adsorção é comumente aplicado (SINGH et al. 2018; LIMA et al. 2020). Estudos com resíduos agroindustriais têm sido frequentes na busca por um adsorvente eficiente e de fonte renovável, considerando a alta demanda da biomassa disponível (SILVA et al. 2018). O uso de biomassas como cascas de amendoim, palha de arroz, bagaço de cana-de-açúcar e casca de abacaxi vem sendo investigado como adsorventes, apresentando uma boa eficiência na adsorção de íons metálicos (SANTOS, 2021; OLIVEIRA, 2019; ZHAO et al. 2020). Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de adsorvente preparado a partir da casca de amendoim por ativação com ácido fosfórico, na remoção dos íons chumbo de meio aquoso.

MATERIAL E MÉTODOS: O adsorvente utilizado neste trabalho foi o carvão ativado com ácido fosfórico (CA_H3PO4), preparado a partir da casca de amendoim com granulometria de 0,09 mm. Este material possui grupos oxigenados na sua superfície, estrutura mesoporosa e pH do ponto de carga zero de 6,0. As soluções de trabalho foram obtidas por diluição da solução de estoque (4,8 mmol·L^-1 no pH natural da solução igual a 5), conforme estudos do grupo de pesquisa (SANTOS, 2021). Os teores dos íons metálicos foram quantificados antes e após execução dos experimentos de adsorção em um Espectrofotômetro de Absorção Atômica com Chama (VARIAN, AA 240 FS). Uma curva analítica foi construída no comprimento de onda 261,4 nm, com Limite de quantificação de 0,029, coeficiente de variação de 4,9% e de correlação de 0,9997. Foi avaliada a influência da velocidade de agitação (V.A.) (50, 100, 150 e 200 rpm) no processo adsortivo e foi realizado ensaios sem agitação. Utilizou-se 0,1 g do adsorvente em 50 mL da solução de 0,5 mmol·L^-1 por 3 h, a 25±2°C. Avaliou-se a influência da dosagem do adsorvente (m/V) utilizando a relação de 0,5; 1; 2; 4 e 8 g·L^-1, por 3 h e 25±2°C. A partir das condições definidas nos estudos anteriores foi avaliada a evolução cinética para as soluções nas concentrações de 0,25 e 0,50 mmol·L^-1 no intervalo de 0 a 360 minutos. Os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem foram ajustados aos dados experimentais utilizando o Software Origin 8,5 em ajuste não linear. Foram realizados os ensaios de equilíbrio de adsorção, utilizando soluções na faixa de concentração de 0,05 a 3 mmol·L^-1 a 25±2°C. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram ajustados aos dados, de forma similar aos modelos cinéticos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: De modo geral, a V.A na faixa avaliada apresentou pouca influência sobre a adsorção dos íons chumbo. Os valores da capacidade adsortiva (q) ficaram em torno de 0,18 mmol·g^-1 com uma dispersão de 2,16%. Os ensaios realizados sem agitação foram os que apresentaram maior dispersão. Deste modo, a velocidade de 50 rpm foi adotada para os ensaios posteriores. Foi constatado que a relação m/V é diretamente proporcional ao percentual de remoção, visto que seu valor aumenta com a elevação da relação até 2 g·L^-1, com um percentual de remoção de 95%. A evolução cinética foi rápida com o equilíbrio sendo atingido em 60 minutos (Figura 1A). Visto que ambos os modelos apresentaram um bom ajuste aos dados experimentais, (R² > 0,99 e RSS < 0,0001 (Figura 1B)), pode-se constatar que o mecanismo de adsorção assume proporcionalidade entre capacidade adsortiva e o número de sítios livres, bem como, apresenta dependência das interações entre adsorvente-adsorvato. No estudo de equilíbrio de adsorção (Figura 2A) pode ser constatado que, os modelos estudados foram capazes de descrever o comportamento do processo. Contudo, o modelo de Langmuir (Figura 2B) apresentou um melhor ajuste aos dados experimentais, com valores de R² > 0,99 e RSS igual 0,0023. Esse melhor ajuste indica que o processo de adsorção dos íons chumbo pelo CA_H3PO4 ocorre preferencialmente em monocamada, ou seja, apresenta equivalência entre os sítios ativos de modo a comportar um íon. Estes resultados corroboram com os estudos de Zhang et al. (2017) que utilizaram bambu (pirólise) para adsorver íons chumbo.

Figura 1

Figura 1 - A - Evolução cinética da adsorção de íons chumbo nas concentrações de 0,25 e 0,5 mmol.L-1 e B - Parâmetros dos modelos cinéticos.

Figura 2

Figura 2 - A - Equilíbrio de adsorção dos íons chumbo pelo CAH3PO4 e B - Parâmetros dos modelos de equilíbrio

CONCLUSÕES: O adsorvente preparado a partir da casca de amendoim, resíduo agroindustrial, ativado com ácido fosfórico possui potencial técnico para remoção de íons chumbo de meios aquosos. De modo geral, a velocidade de agitação, na faixa avaliada, apresentou pouca influência sobre a adsorção do íon estudado. A evolução cinética foi rápida, podendo ser atribuída à grande oferta de sítios ativos presentes no adsorvente. No estudo de equilíbrio, o modelo de Langmuir obteve melhor ajuste aos dados experimentais, representando uma forte interação entre o adsorvente- adsorvato e adsorção em monocamada.

AGRADECIMENTOS: Ao CNPq, PIBIC/UFPE, FADE/UFPE e Núcleo de Química Analítica Avançada de Pernambuco - NUQAAPE (FACEPE, processo APQ-0346-1.06/14).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Resolução nº 430, de 13 de maio de 2011. Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), Brasília, DF, 2011.
CASTRO, R.S.D.; SÁ, M.A.; MARTIRES, M.A.U.; CASTRO, G.R. Adsorção de íons metálicos Cd(II) e Pb(II) em meio aquoso utilizando casca de amendoim. CBQ – Congresso Brasileiro de Química, Rio de Janeiro/RJ, 2008.
KUSHWAHA, A.; HANS, N.; KUMAR, S.; RANI, S. A critical review on speciation, mobilization and toxicity of lead in soil-microbe-plant system and bioremediation strategies. Ecotoxicology and Environmental Safety, v. 147, p.1035-1045, 2018.
LIMA, V.E.; GOUVEIA, A.G.M.; SILVA, M.L.C.; SOUSA, A.A.P.; PIMENTEL, E.L.; RODRIGUES, A.P. Avaliação do uso de materiais residuais como adsorventes para remoção de Pb2+ em efluentes de laboratórios. Brazilian jornal of Development, v. 6, n.12, p. 97249-97626, 2020.
OLIVEIRA, L.P.S. Adsorção de cádmio(II) e cobalto(II) em sistemas de banho finito e de leito fixo para soluções monocomponentes e binária. 2019.
SANTOS, V.H. Resíduos agroindustriais como precursores para preparação de materiais adsorventes visando à remoção de íons Cd(II) e Pb(II) em sistema de mistura binária. Dissertação de mestrado. Recife, PE: Universidade Federal de Pernambuco, 2021.
SILVA, T.; BARBOSA, C.; GAMA, B; NASCIMENTO, G.; DUARTE, M. Agregação de valor ao resíduo agroindustrial: Remoção de fenol utilizando adsorvente preparado a partir da casca de amendoim. Revista Matéria, v. 23, n. 1, 2018.
SINGH, N.B.; NAGPAL, G.; AGRAWAL, S.; RACHNA. Water purification by using Adsorbents: A Review. Environmental Technology & Innnovation, v.11, p.187-240, 2018.
ZHANG, C.; SHAN, B.; TANG, W.; ZHU, Y. Comparasion of cadmium and lead sorption by Phyllostachys pucescens biochar produced under a low-oxigen pyrolysis atmosphere. Bioresourse Technology, v. 238, p. 352-360, 2017.
ZHAO, M.; DAI, Y.; ZHANG, M.; FENG, C.; QIN, B.; ZHANG, W.; ZHAO, N.; LI, Y.; NI, Z.; XU, Z.; TSANG, D.C.W.; QIU, R. Mechanisms of Pb and/or Zn adsorption by diferente biochars: Biochar characteristics, stability and binding energies. Science of the Total Environment, v.717, p. 136894, 2020.