Biomassa do cajá (Spondias mombin) na adsorção do corante violeta cristal

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Santos, L.O. (UESB) ; Pacheco, E.A. (UESB) ; Santos, H.R.M. (UESB) ; Oliveira, C.M. (UESB) ; Hinojosa, A.R.C. (UESB) ; Santos, T.S.M. (UEFS) ; de Souza, A.O. (UESB)

Resumo

A poluição provocada por efluentes contendo corantes sintéticos é um problema ambiental preocupante, uma vez que são tóxicos e impactam fortemente os corpos hídricos. A adsorção é uma tecnologia eficiente para tratar efluentes contendo corantes, além de ser economicamente viável, principalmente quando são utilizados adsorventes de baixo custo. Neste sentido, este trabalho foi desenvolvido com vistas a avaliar o potencial da biomassa do caroço de cajá na adsorção do corante violeta cristal em meio aquoso. Notou-se que em um curto tempo a adsorção superou o teor de remoção de 95%. O estudo cinético foi regido pela reação de pseudoprimeira ordem. As isotermas de adsorção evidenciaram a adsorção em monocamada ao serem parametrizadas pelos modelos de Langmuir e Freundlich.

Palavras chaves

biossorvente; azocorantes; recursos hídricos

Introdução

Os corantes orgânicos são utilizados em larga escala nas indústrias têxteis, alimentícia, de fabricação de papel e cosmética. Eles podem ser potencialmente nocivos à natureza se forem descartados de forma inadequada porque apresentam baixa taxa de degradabilidade ao serem lançados em corpos hídricos interferindo no transporte da luz às comunidades aquáticas e acarretando sérios problemas ambientais como a eutrofização e morte de diversas espécies importantes para a manutenção da vida (BAIRD; CANN, 2012). Conforme tem sido destacado na literatura (MORI; CASSELLA, 2009; VALH et al., 2009) são conhecidos mais de 100.000 corantes comerciais, aproximadamente quatrocentos corantes são de caráter catiônico, mas apenas oitenta e cinco estão cadastrados nos registros de índice de cores. Estes materiais são disponibilizados na forma de pó e após o uso industrial, se apresentam dissolvidos em água, dificultando o tratamento do resíduo, demandando sistemas mais complexos para sua remoção. A remoção dos corantes presentes em fluidos residuais pode envolver diversos processos físicos e químicos, incluindo coagulação, floculação, oxidação avançada por peróxido de hidrogênio, ozonização, troca iônica, irradiação e adsorção (LIANG et al., 2014; JANOS; LANG, 2009; BRITO et al., 2015). Algumas dessas técnicas têm se mostrado satisfatórias e eficientes, embora, por questões econômicas ou práticas, possam onerar os custos de operação. Neste sentido os processos de adsorção se destacam por possibilitarem a recuperação do corante e a reutilização do adsorvente (AYDOGMUS et al., 2016). O carvão ativado é o adsorvente mais utilizado na remoção de cor e no tratamento de efluentes têxteis, mas, devido ao seu alto custo, seu uso tem sido reduzido. Nesse sentido, existe um crescente interesse da comunidade científica na busca por materiais alternativos de baixo custo, sobretudo, os resíduos agroindustriais por serem materiais com alto potencial de adsorção e grande viabilidade econômica (BRITO et al., 2015; AYDOGMUS et al., 2016; NASCIMENTO et al., 2017). Estes materiais podem ser obtidos de diversas matrizes disponíveis na forma vegetal como casca de coco, caroço de pequi, caroço de goiaba e caroço de cajá, desde que apresentem propriedades interessantes do ponto de vista textural, tal como elevada porosidade e área superficial adequada após tratamento mecânico (moagem). Nesse contexto, o presente trabalho objetivou produzir um biossorvente a partir do caroço do cajá e aplicá-lo na remoção do corante violeta cristal em meio aquoso.

Material e métodos

O biossorvente foi obtido a partir da utilização do caroço do cajá oriundo do processamento do fruto em fábricas de polpas de frutas na região sudoeste da Bahia. Os caroços foram secos ao sol por 48 horas, depois secos por 48 horas em estufa com circulação de ar, triturados em moinho de facas e peneirados para obter um pó finamente dividido. O material produzido foi denominado Biossorvente do Caroço do Cajá(BCC). O bissorvente produzido foi caracterizado por determinação da composição química (umidade, cinzas, carboidratos, proteínas e lipídios), difração de raios X e espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). No ensaio de adsorção, utilizou-se 100 mg de biossorvente em contato com 10,0 mL de uma solução de 100 mg.L-1 do corante violeta cristal (VC) estabilizada em pH = 10. Os frascos foram mantidos em agitação a 30 rpm, em temperatura ambiente em períodos de 10, 30, 60, 120, e 180 minutos. Em cada intervalo foi realizada a leitura da absorbância em espectrofotômetro (UV∕Vis) no comprimento de onda de 583nm. O percentual de remoção foi determinado por meio da Equação 01, onde são simbolizados Co (Concentração inicial do adsorbatos, mg.L-1) e Ce (Concentração do adsorbato no equilíbrio, mg.L-1). Além de determinar a capacidade de adsorção do biossorvente BCC foi também possível estabelecer matematicamente a ordem da reação de adsorção por meio da parametrização linear da equação de pseudoprimeira ordem (Equação 01) e pseudosegunda ordem (Equação 02) a partir da equação de Gibbs (ADAMSON, 1990; HO; MCKAY, 1999; HO; MCKAY, 1998; RUTHVEN, 1984). O estudo das isotermas de adsorção foi conduzido para avaliar o comportamento isotérmico do biossorvente (FOO; HAMEED, 2010; RUTHVEN, 1984) com base nos dados experimentais utilizando 100 mg do biossorvente em contato com diferentes concentrações da solução de VC (10, 20, 30, 40, 50 e 60 mg.L-1) ajustando o pH para 10. Os frascos foram deixados sob agitação a 30 rpm por 10 minutos. A quantidade de VC adsorvida foi determinada aplicando a expressão da Equação 02. Os modelos não lineares foram ajustados aos dados experimentais e desenvolvidas as expressões linearizadas para o estudo de isotermas de adsorção (FOO; HAMEED, 2010). O modelo de Langmuir é apresentado na Equação 03, onde são destacados q (capacidade adsortiva, mg∙g-1), C (concentração do corante na fase líquida, mg∙g-1), qs=qm (capacidade da saturação na monocamada), 1/b=kd (constante de equilíbrio de adsorção). As linearizações da Equação 03 são apresentadas na Equação 04 e 05. O modelo de Freundlich é apresentado na Equação 06, onde são evidenciados: C (concentração do corante na fase líquida, mg∙g-1), kF (constante da isoterma de Freundlich) e n (índice dessa isoterma). A linearização da Equação 06 é apresentado na Equação 07.

Resultado e discussão

De acordo com os resultados de composição química para os parâmetros analisados, verificou-se que os teores de umidade e cinzas foram baixos, e dessa forma, pode-se inferir que o pó obtido a partir do caroço do cajá é um bom material carbonáceo, pois sua composição é basicamente formada por material lignocelulósico. A presença de proteína, gordura e carboidratos sugere que o material em estudo poderá ser um bom adsorvente considerando a disponibilidade de grupos funcionais importantes como carboxilas e hidroxilas. O espectro do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi importante para identificar os principais grupos funcionais presentes na superfície da biomassa. Notou-se uma banda larga centrada em torno de 3300 cm-1 que pode ser atribuída aos estiramentos da ligação O-H (álcool, fenol e ácido carboxílico) ou estiramentos N-H associados à presença de grupos amino, tendo em vista a presença de proteínas na composição química da biomassa). A partir das bandas que foram evidenciadas na análise do espectro de FTIR é possível sugerir que o corante violeta cristal poderá ser adsorvido através de atrações eletrostáticas em função da presença de grupos funcionais presentes na superfície da biomassa, tais como grupos OH e COOH, além de grupos amino. O difratograma de Raios-X exibiu um halo em baixo ângulo de difração (2θ = 15 a 25°) típico de estruturas amorfas. No experimento de cinética de adsorção foi possível perceber que nos primeiros 10 minutos o biossorvente já alcançava uma capacidade de remoção superior a 95%, com a média do desvio padrão de ±0,0210%, indicando sua eficiência na adsorção do corante, como é possível observar no gráfico ilustrado na Figura 1. Aplicando os resultados encontrados aos modelos matemáticos foi possível perceber que ambos são adequados, embora haja uma leve diferença entre os coeficientes de correlação de aproximadamente 3%, podendo assim concluir que o sistema estudado é de pseudosegunda ordem. Substituindo os valores empíricos obtidos da equação da regressão linear na equação linear de cada modelo matemático de PPO e PSO determinam-se os seguintes parâmetros cinéticos: (1) PPO (r²=0,9765; Ks=0,173; e qm=0,1193) e (2) PSO (r²=0,9999; Ks=0,4870; e qm=9,7276). As isotermas de adsorção indicam a forma como o adsorvente efetivamente adsorverá o soluto, como também fornece uma estimativa da quantidade máxima de soluto que o adsorvente adsorverá e traça o perfil dos poros do adsorvente. Dentre os diferentes modelos de adsorção, a equação de Langmuir tornou-se muito atrativa, pois fornece um parâmetro quantitativo, relacionado à máxima capacidade de adsorção, e um qualitativo, que expressa a energia de ligação. No presente estudo foi feita uma correlação entre a quantidade de corante adsorvida (qe) e a concentração relativa (C/C0 ), sendo que, foi possível observar o comportamento de isoterma côncava do tipo L segundo o sistema de classificação de Giles, também sendo chamada de favorável, por extrair altas quantidades de adsorvato do meio. Pelo sistema de classificação de Brunauer, é possível concluir que se trata de um material com poros no intervalo entre mesoporos e macroporos. As derivações dos parâmetros de Freundlich (KF e n) foram estudadas por Sposito (1980), que observou uma relação qualitativa entre o parâmetro n e a distribuição dos sítios energéticos, quando n=1 todos os sítios energéticos se equivalem e os dados podem ser ajustados ao modelo teórico de Langmuir. Entretanto, quando n≠1 a distribuição dos sítios energéticos tende a variar com a densidade de adsorção. Quanto maior o valor de n maior a heterogeneidade dos sítios de adsorção Nesse modelo, a constante “n” está relacionada ao grau de heterogeneidade da superfície e se a isoterma é favorável (quando 1 < n < 10) ou desfavorável. Como no presente estudo o valor de n encontrado foi n = 1,34, pode-se concluir que a adsorção do violeta cristal no pó do caroço de cajá foi favorável, o que está de acordo com os elevados valores de adsorção (>95%) obtidos. O valor de KF encontrado é compatível com a elevada extensão em que a adsorção ocorreu. A constante de correlação (r²) varia entre 0 e 1, indicando, em percentagem, o quanto o modelo consegue explicar os valores observados, mostrando assim, que o modelo em Langmuir 2, se ajusta melhor ao experimento realizado em relação ao modelo de Langmuir 1, sendo apresentados nos gráfico abaixo ,onde é importante dizer também que o parâmetro de equilíbrio (RL) expresso na Tabela 1 apresentou um valor entre 0 e 1 significando que os sistemas de Langmuir satisfazem a modelagem do processo de adsorção de modo favorável.

Cinética de adsorção do VC pela BCC e os parâmetros das isotermas de Langmuir 1 (L1), Langmuir 2 (L2) e Freundlich (F).


Equações

Conclusões

O biossorvente produzido foi capaz de remover 95% do corante violeta cristal em apenas 10 minutos do estudo cinético, podendo vir a se constituir em uma alternativa de baixo custo para o tratamento de efluentes contaminados com corantes sintéticos.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB).

Referências

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