Modelos cinéticos para a adsorção de íons cobre (Cu2+) em areia de praia “in natura”.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Inorgânica

Autores

Silva, F.A. (IFMA/CAMPUS CODÓ) ; Cantanhede, L.B. (IFMA/CAMPUS CODÓ) ; Silva, L.J.O.X. (IFMA/CAMPUS CAXIAS)

Resumo

Processos adsortivos envolvendo materiais híbridos, biomateriais, ou mesmo materiais “in natura”, como adsorvente podem ser empregados na remoção de íons metálicos em meio aquoso. Neste trabalho, investigou-se a potencialidade de silicatos provenientes das areias de praias do litoral piauiense frente a íons cobre (Cu2+). Para a quantificação das quantidades adsorvidas, foi utilizada a técnica de titulação complexiométrica, a partir de soluções padrões de Cu2+ tituladas com EDTA. A cinética de adsorção investigada apresentou melhor adequação ao modelo de pseudoprimeira ordem e o mecanismo de difusão intrapartícula é determinante nas etapas de adsorção, com concentração inicial de íons Cu2+ de 3140 mg/L, temperatura 25°C, tempo de contato de 210 minutos, pH 5,8 e agitação constante.

Palavras chaves

Adsorção; Areia de Praia; Cu2+

Introdução

Pesquisas recentes têm sido direcionadas para investigação de adsorventes alternativos, os chamados não convencionais ou adsorventes de baixo custo. A capacidade adsortiva dos diferentes materiais está associada à quantidade de espécies químicas adsorvidas por grama de adsorvente, durante o processo adsortivo. As reações de adsorção possuem todo o processo orientado por uma ou mais etapas (difusão de filmes, difusão intrapartícula, maior difusão de poros, entre outras) e possui influência das propriedades estruturais do adsorvente, como: porosidade, área específica, tamanho de partícula, superfície de complexação e hidrólise (DEEPAK, VARSHA e YOGESH, 2014). A aplicação dos modelos cinéticos para analisar os dados experimentais é a melhor forma de compreender o processo global de adsorção (FEBRIANTO, et al, 2009). Vários modelos cinéticos foram desenvolvidos para revelar a cinética de absorção de metais, como o modelo cinético de pseudoprimeira ordem, pseudosegunda ordem e o modelo cinético de difusão intrapartícula (DEEPAK, VARSHA e YOGESH, 2014). Tanto estudos das isotermas de adsorção, quanto o entendimento dos fenômenos cinéticos envolvidos, são fundamentais na investigação das capacidades adsortivas de um determinado adsorvente. Neste trabalho, investigou-se a cinética de adsorção de íons cobre (Cu2+) em areia de praia com o ajuste dos dados experimentais aos modelos de pseudoprimeira ordem e pseudosegunda ordem, além do modelo de difusão e intrapartícula cinética.

Material e métodos

As adsorções foram realizadas em meio aquoso e todos os reagentes empregados neste trabalho foram de pureza analítica e as vidrarias utilizadas foram previamente tratadas em uma solução de ácido nítrico a 10%, para evitar contaminação dos materiais utilizados. A água utilizada no preparo das soluções foi apenas destilada. A areia usada como adsorvente neste estudo foi coletado do litoral piauiense, Lagoa do Portinho, situado na cidade de Parnaíba, à 318 km de Teresina, 2º55'43.2'' sul e 41º40'30.7'' oeste. O tempo de equilíbrio adsortivo foi determinado através do método de batelada, por análise titrimétrica. Para cada experimento, fixou-se a massa do adsorvente em 300 mg e a concentração de íons cobre (Cu2+) padronizada em: 3140 mg/L, sob agitação constante em diferentes temperatura (298, 313, 333, 353K) e pH 5,8. Os tempos investigados para a determinação do tempo de equilíbrio foram: 10, 20, 30, 40, 60, 90, 120, 180 e 210 min. Os dados experimentais obtidos com as reações de adsorção foram ajustados aos modelos cinéticos pseudoprimeira ordem (constante de velocidade determinada pela inclinação e interceptação do gráfico log(qe –qt) versus t.), pseduosegunda ordem (constante de velocidade obtida a partir da inclinação e interceptação do gráfico entre t/qt versus t) e difusão intrapartícula (constante de difusão obtida a partir da inclinação e interceptação do gráfico entre qt versus t1/2) (DEEPAK, VARSHA e YOGESH, 2014).

Resultado e discussão

Os valores das quantidades adsorvidas, das constantes de velocidade e do coeficiente de correlação (R2) para os modelos cinéticos pesudoprimeira ordem, pseudosegunda ordem, além dos parâmetros do modelo de difusão intrapartícula (constante de velocidade de difusão intrapartícula Kid, R2 e a constante de resistência – C), obtidos a partir dos dados experimentais para diferentes temperaturas 298, 313, 333 e 353 K, estão apresentados na Tabela 1. Comparando as quantidades adsorvidas obtidas através dos modelos cinéticos e a determinada experimentalmente, a 298 K por exemplo, os valores de qe do modelo cinético pseudoprimeira ordem (10,42 m/g) são mais próximos dos valores de qexp (10,44 mg/g) do que os valores obtidos com o modelo de pseudosegunda ordem (7,55 mg/g). Esse comportamento se repete nas demais temperaturas estudadas. O modelo cinético de difusão intrapartícula determina a legitimidade de difusão intrapartícula como o passo limitante da velocidade na adsorção (DEEPAK, VARSHA, YOGESH, 2014). A Figura 1 apresenta a representação gráfica do modelo de difusão intrapartícula para diferentes temperaturas. Os resultados sugerem que a difusão intrapartícula é determinante nas etapas de adsorção, estimando que a reação entre os íons Cu2+ e a superfície da areia ocorre em etapas, nas quais ocorre uma interação dos íons Cu2+ com sítios ativos da camada externa da areia e ainda, a difusão nos sítios de adsorção das camadas internas do sólido. Com o aumento da temperatura há uma diminuição na quantidade de íons Cu2+ adsorvidos, pois o sistema é exotérmico e as interações adorvente/adsorvato seguem uma adsorção do tipo fisissorção (BHATTACHARYYA e SHARMA, 2005).

Valores dos modelos cinéticos de pseudoprimeira ordem e pseudosegunda ordem para remoção de Cu2+ a partir da adsorção em areia praia.


Modelo cinético pseudosegunda ordem para remoção de íons Cu2+ em areia de praia em diferentes temperaturas.

Conclusões

A investigação dos parâmetros da cinética de adsorção é fundamental para entender as etapas globais da adsorção. O modelo cinético que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o modelo de pseudoprimeira ordem. O mecanismo de difusão intrapartícula é determinante nas etapas de adsorção, sugerindo que a remoção de íons Cu2+ ocorre tanto pelos sítios ativos da superfície externa, quanto pelos sítios ativos das camadas internas da areia (adsorção em multicamadas). Os resultados obtidos na adsorção de íons Cu2+ (10,4 mg/g), mostram o potencial promissor do uso desse material como adsorvente.

Agradecimentos

Ao Grupo de Estudos em Inorgânica e Catálise do Maranhão - GEIC, ao IFMA/Campus Codó e a FAPEMA pela bolsa concedida (BITI 00426/14).

Referências

DEEPAK, Gusain; VARSHA, Srivastava; YOGESH, Chandra Sharma. Kinetic and thermodynamic studies on the removal of Cu(II) ions from aqueous solutions by adsorption on modified sand. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. V. 20. p. 841-847. maio. 2014.

FEBRIANTO, J.; KOSASIH, AN.; SUNARSO, J.; JU, YH.; INDRASWATI, N.; ISMADJI, S. Equilibrium and kinetic studies in adsorption of heavy metals using biosorbent: a summary of recent studies. Journal of Hazardous Materials, V.162. p. 616-620. junho. 2009.

BHATTACHARYYA, Krishna G.; SHARMA, Arunima. Kinetics and thermodynamics of Methylene Blue adsorption on Neem (Azadirachta indica) leaf powder. V. 65. p. 51-59. setembro. 2005.