Preparação e aplicação de um compósito ferromagnético na adsorção do corante verde malaquita em meio aquoso

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

de Marco, C. (UCS) ; Ferrarini, F. (UCS) ; Crespo, J.S. (UCS) ; Carli, L.N. (UFSC) ; Toaldo, L.T. (UCS) ; Bonetto, L.R. (UCS) ; Giovanela, M. (UCS)

Resumo

Um compósito magnético foi preparado através da técnica de precipitação química, utilizando haloisita nanotubular e sais de ferro II e III, em meio alcalino. Foi realizado o ensaio de pH_PCZ do compósito, o qual resultou um pH igual a 5,02. Posteriormente, esse compósito foi utilizado com adsorvente na remoção do corante verde malaquita (MG) em meio aquoso. Foram avaliados os efeitos da velocidade de agitação do sistema, do pH inicial do meio e da massa de adsorvente. Os ensaios demonstraram que esses parâmetros influenciam diretamente no processo de adsorção do corante MG, sendo 200 rpm, pH igual a 5,5 e 0,15 g de adsorvente, os valores mais apropriados para o sistema em estudo.

Palavras chaves

verde malaquita; adsorção; compósito HNT-magnetita

Introdução

As indústrias têxteis são uma das maiores consumidoras de água e acabam gerando grandes volumes de efluentes (UEDA, 2006). Esses efluentes podem apresentar vários contaminantes, dentre os quais se destacam os corantes (NEAMTU et al, 2002). Dentre os corantes catiônicos ou básicos, encontra-se o verde malaquita (MG - Malachite Green), cuja estrutura química encontra-se na Figura 1. O corante MG e seus metabólitos apresentam propriedades genotóxicas e carcinogênicas, além de efeitos negativos sobre os sistemas imunológicos e reprodutivos dos mamíferos (NEBOT et al, 2013). Além disso, os corantes dificultam a reoxigenação das águas, prejudicando a atividade biológica dos organismos aquáticos (LIU et al, 2011). Um método muito utilizado para remoção de corantes de efluentes industriais é a adsorção. Esse processo é dependente da tensão superficial das soluções e a sua intensidade está relacionada com a temperatura, com a natureza e a concentração do adsorvato, bem como com a natureza e o estado de agregação do adsorvente (LEAL, 2003). Novos adsorventes têm sido desenvolvidos a fim de minimizar os problemas causados pelos corantes em águas residuais (KIANI et al, 2011). Dentre os adsorventes, destacam-se as argilas minerais, que ocorrem em abundância na natureza e atuam na remoção de poluentes catiônicos e aniônicos por troca iônica e/ou adsorção (ARAGÃO et al, 2013). Outros adsorventes são os que possuem propriedades magnéticas, os quais podem ser removidos do meio aquoso pela aplicação de um campo magnético externo (ZHANG; YANG, 2012). Estudos mostraram que combinando as propriedades adsorventes da haloisita (HNT) com as propriedades magnéticas da magnetita (Fe₃O₄), obtêm-se adsorventes promissores para essa finalidade (XIE et al, 2011).

Material e métodos

O corante MG (C₂₃H₂₅N₂Cl, Color Index 42000) foi adquirido da Vetec Química Fina. A HNT e os sais de ferro (FeCl₃.6H₂O e FeSO₄.7H₂O) foram adquiridos da Sigma-Aldrich. Todas as soluções aquosas foram preparadas com água deionizada. O compósito ferromagnético foi preparado com base no método de precipitação química (DUAN et al, 2012). A determinação do pH no ponto de carga zero (pH_PCZ) consistiu em adicionar 0,10g do compósito de HNT- Fe₃O₄ em erlenmeyers, contendo 50mL de solução de KNO₃ 0,01 mol L^-1 com pH ajustados entre 2,0 e 11,0 por meio da adição de soluções de KOH ou HNO₃ 0,10 mol L^-1. As suspensões permaneceram sob agitação constante a uma velocidade de 400 rpm por 24 h, a aproximadamente 25 °C, sendo filtradas ao término desse procedimento. Os valores de pH inicial e final foram então medidos em um pHmetro DIGIMED DM-20. O pH_PCZ foi determinado no ponto de intersecção da curva de ΔpH (pH inicial – pH final) em função do pH inicial, onde ΔpH é igual a zero (MALL et al, 2006). Os ensaios de adsorção foram realizados a 25 °C, utilizando alíquotas de 25 mL de solução aquosa de MG 100 mg L^-1. O tempo de contato entre o adsorvente e a solução de corante foi de 4 h e logo após o término dos ensaios, as amostras foram expostas a um campo magnético por meio da aproximação de um imã de 3000 G por 2 min, a fim de separar o compósito de HNT- Fe₃O₄ da solução de MG. As concentrações inicial de MG e do sobrenadante foram determinadas por espectroscopia de absorção molecular na região do visível, com o auxílio de uma curva de calibração (2 a 12 mg L^-1).

Resultado e discussão

O valor do pH_PCZ para o compósito de HNT-Fe₃O₄ foi de 5,02, conforme mostra a Figura 2a. Quando o pH do meio é menor do que o pH_PCZ, favorece a adsorção de compostos com cargas negativas. Na situação em que o pH do meio é maior do que o pH_PCZ, o adsorvente encontra-se carregado negativamente, favorecendo a adsorção de compostos com cargas líquidas positivas (corantes catiônicos, como o MG) (FERNANDES, 2008). Assim, o processo de adsorção em estudo deve ser favorecido em meios com pH superior a 5,02. A Figura 2b mostra que o percentual de remoção do corante aumenta à medida que o pH inicial do meio aumenta. Em pHs muito alcalinos ocorre a descoloração de forma mais intensa, devido a uma reação química entre o corante e os íons OH^-. Esses íons atacam o átomo central de carbono da molécula de MG, interrompendo a ressonância e formando uma base carbinol, que é um composto incolor (EL HAJJ HASSAN, FAYOUMI, EL JAMAL, 2011-4). A fim de definir a melhor condição para a realização dos ensaios de adsorção, novos experimentos foram realizados em paralelo, utilizando-se condições idênticas de meio, mas sem adição do adsorvente. Baseado nisso, optou-se por trabalhar em pH = 5,5, no qual não há descoloração do corante, devido à reação química. Para a avaliação do efeito da velocidade de agitação, foram realizados ensaios de adsorção entre 100 a 400 rpm e observou-se que o percentual de remoção máximo foi alcançado na velocidade de agitação de 200 rpm. O efeito da massa de adsorvente foi avaliado através de ensaios de adsorção onde variou-se a massa de 0,05 g a 0,30 g. O ponto no qual ocorreu a melhor relação entre a quantidade de adsorvente utilizada e o percentual de corante adsorvido correspondeu à massa de 0,15 g.

Estrutura do MG (4-[(4-dimetilaminofenil)-fenil-metil]-N,N-dimetil-anilina) (MOUMENI et al, 2012).


(a) Determinação do pH no ponto de carga zero do compósito magnético, (b) Efeito do pH inicial do meio na adsorção do MG.

Conclusões

De um modo geral, o método proposto para a preparação do compósito se mostrou eficaz. Verificou-se que os parâmetros experimentais avaliados exercem influência na remoção do corante MG pelo compósito de HNT-magnetita. Os valores obtidos nesta etapa para a velocidade de agitação do sistema (200 rpm), pH inicial (pH = 5,5) e massa de adsorvente (0,15 g) mostraram ser os mais adequados para o processo de adsorção do MG em meio aquoso. Os resultados obtidos no presente trabalho evidenciaram que o material em questão pode ser utilizado como um adsorvente eficaz na remoção do corante MG.

Agradecimentos

Os autores agradecem à CAPES, ao CNPq e à FAPERGS pelo apoio financeiro.

Referências

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