REMOÇÃO DE CORANTES TÊXTEIS POR ADSORÇÃO EM GRAFENO: INFLUÊNCIA DO EFEITO DO PH E DA CONCENTRAÇÃO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Silva, K.S. (UFRPE) ; Gomes, M.J.F. (UFRPE) ; Sales, D.C.S. (ASCES - ASSOCIAÇÃO CARUARUENSE DE ENSINO SUPERIOR) ; Ghislandi, M.G. (CETENE/PE - CENTRO DE TECNOLOGIAS ESTRATÉGICAS DO) ; Freire, E.M.P.L. (UFPE) ; Motta, M.A. (UFPE) ; Carvalho, M.N. (UFPE)

Resumo

Os efluentes com corantes, oriundos da indústria têxtil geram diversos impactos ambientais. As tecnologias usadas para o tratamento possuem restrições operacionais e de custo. Nesse sentido, a adsorção se apresenta como uma alternativa às tecnologias convencionais, com destaque para o uso do grafeno como adsorvente. No presente trabalho, o grafeno XGnP® foi utilizado na remoção dos corantes indosol azul reativo e drimaren azul reduzido. Foram avaliados os efeitos do pH (1 – 12) e concentração da solução (5,0 mg/L a 100 mg/L) sobre a eficiência de remoção dos corantes. A remoção apresentou diminuição no sentido de crescimento do pH até um valor mínimo, a partir do qual voltou a aumentar. Em termos da concentração, a remoção alcançou seus maiores valores à 5,0 mg/L, acima de 50%.

Palavras chaves

Corante; grafeno; pH

Introdução

A indústria têxtil utiliza diversos tipos de corantes, pigmentos e auxiliares químicos que geram efluentes líquidos com características específicas (BASTIAN; ROCCO, 2009). A maioria dos corantes são conhecidos pela influência sobre a qualidade da água, resultando em várias consequências indesejáveis, bem como, por serem tóxicos e carcinogênicos (RAMESHA et al., 2011). As atuais técnicas existentes usadas para o tratamento dos efluentes com corantes incluem: coagulação/floculação química, ozonização, oxidação, precipitação química, troca iônica, osmose reversa e métodos de ultra filtração. A maioria dessas tecnologias, entretanto, apresenta restrições relevantes por estarem associadas a elevados custos, formação de resíduos perigosos e intensivos consumos de energia (CALVETE et al., 2010). Nesse sentido, indica-se a adsorção como uma tecnologia alternativa ao uso dessas técnicas convencionais, pela aplicação da remoção dos corantes usando grafeno. O estudo do grafeno como adsorvente tem aumentado frente a uma série de vantagens associadas a esse material (nanomaterial), que reúnem propriedades como: grandes áreas superficiais, estabilidade química, durabilidade, resistência, além de apresentarem desempenho tecnológicos específicos (SITKO; ZAWISZA; MALICKA, 2013). O grafeno XGnP® foi usado no presente trabalho como adsorvente para a remoção dos corantes modelo indosol azul reativo e drimaren azul direto. Foi avaliada a eficiência de remoção dos corantes, em termos do efeito do pH e concentração inicial da solução.

Material e métodos

Na avaliação da eficiência (X) de remoção de corantes pelo grafeno XGnP®, foram usados como modelo os corantes indosol azul reativo e drimaren azul direto, cedidos pela Clariant S. A. A influência do pH sobre a adsorção desses corantes foi avaliada por ensaios em batelada utilizando uma câmara incubadora com agitação orbital (MA-420, MARCONI). Empregou-se uma faixa de pH variando entre 1,0 e 12,0; ajustados com soluções de HCl 0,1 M e NaOH 0,1 M (KIM et al., 2014). Alíquotas de 100 mL das soluções, preparadas na concentração de 50 mg/L, foram colocadas em contato com 0,05 g do grafeno em frascos erlenmeyer (250 mL) por 120 min, sob agitação de 150 RPM. Na sequência, as amostras foram filtradas com filtro de seringa hidrofílico (PTFE, poro 0,22 µm). As concentrações (Ce) residuais dos corantes em solução foram analisadas via espectrofotômetro UV/VIS (Spectroquant® Pharo 300, Merck). As varreduras de espectro realizadas preliminarmente indicaram comprimentos de onda de 610 nm e 593 nm para indosol azul reativo e drimaren azul direto, respectivamente. A quantificação da remoção dos corantes pelo grafeno [q=(C0-Ce)*V/m] foi realizada no pH que resultou na maior eficiência [X=(C0-Ce)*100/C0] de remoção. Foram avaliadas remoções nas concentrações iniciais (C0) de 5,0 mg/L; 50,0 mg/L e 100,0 mg/L empregando-se volume de solução (V) de 50 mL e massa (m) de 0,05 g de grafeno, após um período de 6 h, conforme metodologia adotada por Li et al. (2013) e Wang et al. (2011), operando processo semelhante.

Resultado e discussão

A eficiência de remoção dos corantes indosol azul reativo e drimaren azul direto pelo grafeno XGnP® foi avaliada em termos do efeito do pH e concentração inicial da solução. A variação do pH apresentou efeito significativo sobre a remoção dos corantes: indosol azul reativo (Figura 1A) e drimaren azul direto (Figura 1B). Os resultados indicaram diminuição da eficiência de remoção no sentido do aumento do pH para ambos os corantes até um valor mínimo (indosol azul reativo: pH 9,0 com 15%; drimaren azul direto: pH 7,5 com 12%), a partir do qual os valores voltaram a aumentar. Em valores de pH mais baixo, a remoção foi mais acentuada para ambos os corantes, com destaque para o drimaren azul direto que alcançou 60% com pH 1,0. Esse comportamento está associado ao caráter aniônico dos corantes diretos, que interagem de forma mais acentuada com os grupos de carga negativa da superfície do grafeno, através de forças de van der Waals (RAMESHA et al., 2011). O pH 3,5 foi escolhido para avaliação do efeito da concentração, devido à tendência de maior remoção dos corantes em menores valores de pH, bem como por representar valores próximos daqueles observados em efluentes oriundos da indústria têxtil (KOSITZI et al., 2004). Na Figura 2 estão apresentados os valores de capacidade de adsorção (q) dos corantes em função da concentração inicial. Em ambos os casos, foi observado que a quantidade adsorvida foi maior nas concentrações mais elevadas. Nas concentrações de 50 mg/L e 100 mg/L o corante do tipo indosol azul reativo (Figura 2A), apresentou capacidade de remoção de 54,8 e 104,3 mg/g, respectivamente. Enquanto que, para o corante drimaren azul direto (Figura 2B) as capacidades de remoção foram de 115,60 e 151,2 mg/g.

Efeito do pH da solução sobre a remoção dos corantes (A) indosol azul reativo e (B) drimaren azul direto pelo grafeno reduzido XGnP®.


Efeito da concentração inicial sobre a remoção dos corantes (A) indosol azul reativo e (B) drimaren azul direto pelo grafeno XGnP®.

Conclusões

O grafeno XGnP® foi avaliado como adsorvente dos corantes indosol azul reativo e drimaren azul direto, em função do pH (1–12) e da concentração inicial (5-100mg/L) dos corantes. A remoção foi favorecida no pH 3,5 devido às interações entre os corantes, de caráter aniônico, e as cargas negativas presentes na superfície do grafeno. Remoções superiores a 40% para ambos os corantes foram obtidas. Os resultados indicaram maior remoção dos corantes em concentrações mais elevadas. As capacidades de remoção (q) obtidas foram de 151,2 mg/g para o drimaren direto e de 104,3 mg/g para o indosol reativo.

Agradecimentos

Ao CNPq pelo apoio financeiro, a Clariant pelo fornecimento dos corantes.

Referências

BASTIAN, E. Y. O.; ROCCO, J. L. S. Guia técnico ambiental da indústria têxtil. São Paulo: CETESB: SINDITÊXTIL, 2009.

CALVETE, T. et al. Application of carbon adsorbents prepared from Brazilian-pine fruit shell for the removal of reactive orange 16 from aqueous solution: kinetic, equilibrium, and thermodynamic studies. Journal of Environmental Management, v. 91, n. 8, p. 1695–1706, 2010.

KIM, H. et al. Adsorption isotherms and kinetics of cationic and anionic dyes on three-dimensional reduced graphene oxide macrostructure. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.jiec.2014.05.033.

KOSITZI, M. et al. Solar photocatalytic treatment of simulated dyestuff effluents. Solar Energy, v. 77, p. 591–600, 2004.

LI, Y. et al. Comparative studyof methylene blue dye adsorption onto activated carbono, graphene oxide, and carbon nanotubes. Chemical Engineering Research and Design, v. 91, p. 361–368, 2013.

RAMESHA, G. K. et al. Graphene and graphene oxide as effective adsorbents toward anionic and cationic dyes.Journal of Colloid and Interface Science, v. 361, n. 1, p. 270–277, 2011.

SITKO, R.; ZAWISZA, B.; MALICKA, E. Graphene as a new sorbent in analytical chemistry. TrAC – Trends in Analytical Chemistry, v. 51, n. 0, p. 33–43, 2013.

WANG, C. et al. Preparation of a graphene-based magnetic nanocomposite for the removal of na organic dye from aqueous solution. Chemical Engineering Journal, v. 173, p. 92–97, 2011.