INCORPORAÇÃO DE ETILENODIAMINA NA CELULOSE MODIFICADA COM ETILENOSULFETO PARA REMOÇÃO DO CORANTE REMAZOL AMARELO GR
ISBN 978-85-85905-21-7
Área
Materiais
Autores
Silva, M.S. (UFPI) ; Ferreira, F.J.L. (UFPI) ; Lima, L.C.B. (UFPI) ; Osajima, J.A. (UFPI) ; Silva Filho, E.C. (UFPI)
Resumo
A contaminação de águas superficiais e subterrâneas com corantes é um problema ambiental. Diante disso, a adsorção tem sido utilizada como um método de remoção de corantes, destacando-se a celulose microcristalina pura ou modificada como adsorvente. No presente trabalho, incorporou-se etilenodiamina na superfície da celulose modificada com etilenosulfeto (CEL-ESEN). A celulose pura e os materiais modificados foram caracterizados por Análise Elementar, Ressonância Magnética Nuclear de Carbono 13 no estado sólido e Difração de Raios-X. O material CEL-ESEN foi aplicado na remoção do corante remazol amarelo GR pelo método de adsorção. A quantidade adsorvida do corante em pH 2 e 180 min na temperatura de 298 K foi de 98,57±0,18 mg g-1.
Palavras chaves
CELULOSE; MODIFICAÇÃO; ADSORÇÃO
Introdução
Diante dos inúmeros contaminantes provenientes de rejeitos industriais, a água residual gerada da indústria têxtil vem ganhando destaque por provocar danos imensuráveis aos ambientes aquáticos. A presença dos corantes têxteis nos efluentes dificulta a penetração da radiação solar sobre a água, provocando inibição da fotossíntese e crescimento da biota (SILVA et. al, 2013). Com isso, diversos métodos químicos e físicos têm sido utilizados para tratar os corpos d‘água poluídos por corantes, como: troca iônica, fotocatálise, osmose reversa, ozonização, oxidação, adsorção e etc..Dentre esses, a adsorção chama atenção por apresentar flexibilidade e eficácia, visto que o efluente tratado poderá ser reutilizado livre de calor, odor, cor e toxicidade. Além disso, o processo de adsorção é reversível, sendo possível regenerar o adsorvente (SILVA FILHO; MELO; AIROLDI, 2006). A busca por materiais de origem natural que tenha boa capacidade de adsorção tem sido cada vez mais intensa. Os mais estudados, recentemente, são as argilas, quitina, lignina, celulose, e entre outros. A celulose é o biopolímero mais abundante da natureza, e esse vem sendo bastante utilizado em pesquisas científicas em virtude do seu baixo custo (SILVA FILHO, et.al, 2013). Esse biopolímero é suscetível a modificações químicas da sua superfície concedendo-lhe novas e vantajosas propriedades, tal como um aumento na capacidade de adsorção frente a corantes. Portanto, os objetivos do trabalho foram imobilizar etilenodiamina na celulose modificada com etilenosulfeto, e caracterizar o material modificado por Análise Elementar, Ressonância Magnética Nuclear de Carbono 13 no estado sólido e Difração de Raios-X. Por fim, o material foi aplicado na remoção do corante remazol amarelo GR pelo método de adsorção.
Material e métodos
No processo de modificação da celulose microcristalina, uma amostra de 10,0 g da celulose pura foi ativada a 100 ºC por 24 h e, posteriormente, suspensa em 200,0 mL de dimetilformamida. Na etapa de cloração da celulose, foram adicionados lentamente 35,0 mL de cloreto de tionila, a 80 ºC, sob agitação mecânica. Esse sistema se manteve em agitação durante 4 h. Em seguida, o material foi lavado com solução de hidróxido de amônio, água deionizada e acetona, respectivamente. Por fim, o sólido foi separado por filtração e seco a 80 ºC por 24 h. O material foi denominado CEL-Cl.O próximo procedimento foi modificar quimicamente a superfície do material CEL-Cl utilizando etilenosulfeto. O sistema dessa reação continha 1,0 g de CEL-Cl para 2,83 mL de etilenosulfeto. Esse sistema se manteve a temperatura de 55 ºC, sob agitação mecânica, por 3 h. Após esse tempo, o material foi lavado, filtrado e seco a 80 ºC por 24 h. O material resultante foi denominado CEL-ES. Na ultima etapa, promoveu-se a reação do material Cel-ES com a etilenodiamina. Para isso, fez-se reagir 3,0 g de Cel-ES com 15,00 mL de etilenodiamina. O sistema reacional se manteve a temperatura de 123 ºC, sob agitação mecânica, no período de 4h. Por fim, o material denominado CEL-ESEN foi lavado, filtrado e seco a 80 ºC por 24 h. O procedimento experimental de adsorção do corante remazol amarelo GR na superfície da CEL-ESEN consistiu em avaliar os parâmetros tempo, pH, concentração e temperatura de adsorção. O procedimento geral de adsorção consistiu em colocar 20,0 mg da CEL-ESEN em contato com 20,0 mL de uma solução do corante, e variar um dos parâmetros. Após o tempo de adsorção, realizou-se a centrifugação, e as concentrações das soluções sobrenadantes foram determinadas em um espectrofotômetro Varian Cary 300.
Resultado e discussão
A quantidade de nitrogênio na matriz da CEL-ESEN foi determinada pela análise elementar do nitrogênio, a qual apresentou uma porcentagem de 5,52 ± 0,06 %, correspondendo a 3,94 mmol de nitrogênio por grama da CEL-ESEN, confirmando assim, uma boa incorporação da molécula de etilenodiamina na CEL-ES. Os espectros de Ressonância Magnética Nuclear de Carbono 13 no estado sólido para a CEL, CEL-CL, CEL-ES e CEL-ESEN estão mostrados na figura 1. O espectro da CEL-ES mostra a presença de um pico com deslocamento químico em aproximadamente 33 ppm que é atribuído aos CH2 provenientes da molécula de etilenosulfeto incorporada. Esses carbonos estão próximos a átomos de enxofre que levam os mesmos a uma região de menor deslocamento químico em relação aos demais carbonos da celulose. No espectro da CEL-ESEN observa-se que a presença do mesmo pico com deslocamento químico, em aproximadamente 33 ppm, apresenta-se muito intenso devido a incorporação da etilenodiamina, ou seja, mais CH2 foram incorporados. Devido a isso, o sinal se torna tão intenso que chega a diminuir os sinais dos carbonos característicos da estrutura da celulose. O material modificado CEL-ESEN apresentou elevada capacidade de adsorção frente ao corante remazol amarelo GR quando comparado à celulose pura. A quantidade adsorvida em pH 2 e 180 min nas temperaturas de 298, 308 e 318 K foram 98,57±0,18 mg g-1, 92,00±0,20 mg g-1 e 95,73±0,16 mg g-1 respectivamente (figura 2). A temperatura não influenciou na adsorção. As isotermas experimentais de adsorção foram melhor ajustadas para a isoterma do modelo de Langmuir. O modelo de Langmuir considera que as moléculas são adsorvidas e aderem à superfície do adsorvente em sítios definidos e localizados atingindo a adsorção máxima quando é formada uma monocamada do adsorvato.
Conclusões
As caracterizações por Análise Elementar, RMN de carbono 13 no estado sólido e Difração de Raios-X do material CEL-ESEN confirmaram a imobilização da molécula de etilenodiamina na superfície do material CEL-ES. O pH ótimo de adsorção do corante remazol amarelo GR foi em pH 2. O tempo de saturação da adsorção foi de 180 min, e a cinética de adsorção se ajustou melhor ao modelo cinético de pseudo-segunda ordem. A quantidade adsorvida em pH 2 e 180 min na temperatura de 298 K foi de 98,57±0,18 mg g-1. As isotermas experimentais de adsorção foram melhor ajustadas para a isoterma de Langmuir.
Agradecimentos
À Universidade Federal do Piauí (UFPI), ao CNPq e ao Laboratório Interdisciplinar de Materiais Avançados (LIMAV).
Referências
SILVA, L. S.; LIMA, L. C. B.; SILVA, F. C.; MATOS, J. M. E.; SANTOS, M. R. M. C.; SANTOS JÚNIOR, L. S.; SOUSA, K. S. SILVA FILHO, E. C. Dye anionic sorption in aqueous solution onto a cellulose surface chemically modified with aminoethanethiol. Chemical Enginnering Journal, v. 218, p. 89-98, 2013.
SILVA FILHO, E. C.; MELO, J. C. P.; AIROLDI, C. Preparation of ethylenediamine-anchored cellulose and determination of thermochemical data for the interaction between cations and basic centers at the solid/liquid interface. Carbohydrate Research, v. 341, p. 2842-2850, 2006.
SILVA FILHO, E. C.; LIMA, L. C. B.; SOUSA, K. S.; FONSECA, M. G.; PEREIRA, F. A. R. Calorimetry studies for interaction in solid/liquid interface between the modified cellulose and divalent cation. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v. 114, p. 57-66, 2013.
