Caracterização e Avaliação da Potencialidade do fruto do Barú (Dipteryx alata) in natura e quimicamente tratado como material adsorvente

Resumo

O crescimento das atividades industriais tem contribuído significativamente para o aumento da concentração de íons metálicos no meio ambiente, principalmente nos ambientes aquáticos, dentre eles o Pb(II), que é nocivo à saúde humana ainda que em baixas concentrações. Nesse contexto a busca por alternativas limpas para o tratamento de águas contaminadas com metais tóxicos vem ganhando grande campo de estudo. O presente trabalho avaliou a potencialidade da casca e polpa de Barú (Dipteryx alata) in natura e quimicamente tratado, como adsorvente natural na remoção de íons Pb(II) em águas.A Capacidade Máxima de Adsorção (CMA) obtida para Barú “in natura” e quimicamente tratado foi de 20,90 e 67,84 mg/g. O modelo matemático que melhor ajustou aos dados para os dois adsorventes foi o de Langmüir.

Palavras chaves

Isotermas; Adsorção; Chumbo

Introdução

A água é um recurso natural de extrema relevância para a manutenção da vida, com grande capacidade em dissolver substâncias, tais como sais minerais, além de garantir o desenvolvimento de diferentes atividades com a produtividade econômica e o bem-estar social (RIBEIRO et al., 2012).Diversas substâncias, ainda que em baixas concentrações, podem contaminar o ambiente aquático, entre eles íons metálicos. Esses contaminantes ameaçam a saúde humana, pois podem se tornar citotóxicos e carcinogênicos, quando há acúmulo nos tecidos, pois o organismo humano não é capaz de metabolizar ou eliminar metais (MÓDENES et al, 2013).O chumbo é um elemento amplamente utilizado em vários setores industriais, o que justifica a sua presença em efluentes especialmente na forma ionizada Pb(II), o que provoca danos dos seres vivos (GONÇALVES JÚNIOR, 2013). Interfere no funcionamento das membranas celulares e enzimas, forma complexos estáveis com ligantes contendo enxofre, fósforo, nitrogênio ou oxigênio, inibe a ação do cálcio, interage com proteínas, traz comprometimentos às questões respiratórias e circulatórias e causa distúrbios no sistema nervoso central (MOREIRA & MOREIRA, 2004). Neste contexto, metodologias alternativas para a remediação química de ambientes contaminados têm sido investigadas, especialmente aquelas que utilizam processos adsortivos. O fenômeno de adsorção é atualmente definido como o enriquecimento de um ou mais componentes em uma região interfacial devido ao não balanceamento de forças (GREGG; SING, 1962). Este projeto teve como objetivo avaliar o uso das cascas e polpa trituradas de Barú, espécie arbórea presente no cerrado brasileiro, como material biossorvente de íons Pb(II), através da construção de isotermas de adsorção.

Material e métodos

Os frutos do Barú(Dipteryx alata) foram obtidos no pátio Universidade Estadual de Goiás - UEG, Campus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo – CCET. As cascas e polpa foram separadas das amêndoas e secas em estufa com circulação de ar modelo MA-035 (Marconi, Piracicaba, SP) por um período de 48 horas, à 40 °C e trituradas em moinho de facas TE-650 (Tecnal, Piracicaba, SP). A granulometria foi definida em peneiras Tyler (Bertel - Ind. Metalúrgica Ltda, Caieiras, SP) com tamanhos entre 100 a 115 mesh. Para a modificação do material, foram pesados 50g da casca in natura, triturada na granulometria definida, inserida em coluna de vidro e percolados 250mL de HNO3 0,3 mol/L, seguida pela percolação de 900 mL em água destilada/deionizada. Posteriormente à percolação, a referida massa foi transferida para um béquer e misturada com 1000 mL de solução de NaOH 0,75 mol/L por uma hora sob agitação magnética. Após esta etapa do procedimento, 16 alíquotas de 500 mL de água destilada/deionizada foram adicionadas ao material e agitado por 10 minutos a fim de eliminar o excesso de NaOH, até o pH final da solução ser ajustado próximo a 7,0.Por fim, o material foi seco em estufa de circulação de ar (~60 °C) até peso constante. Para se obter a Capacidade Máxima Adsortiva (CMA) de cada um dos adsorventes naturais (“in natura” e quimicamente tratado) em estudo para íons Pb(II), foi construída a isoterma de adsorção e posteriormente aplicado aos modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich. Este procedimento permitiu verificar graficamente a quantidade máxima do adsorvato, no caso os íons Pb(ll),que pode ser adsorvida numa dada massa de adsorvente. Neste experimento, 25,0 mg do adsorvente dispostos em frascos de polietileno devidamente limpos e secos, a temperatura ambiente, foram agitados com 15,0 mL de solução de Pb(II), em concentrações crescentes de 5 a 70 mg/L. Os valores de pH igual a 7,0 e tempo de agitação de 20 minutos foram utilizados para a construção da isoterma.Posteriormente, o sobrenadante foi filtrado e analisado por Espectrômetro de Absorção Atômica com Chama – FAAS Analyst 400.O tratamento matemático dos dados foi realizado utilizando o software Origin 8.0 Professional, e os resultados experimentais foram ajustados ao modelo através da regressão linear. As características morfológicas da casca e polpa trituradas de Barú in natura e quimicamente tratadas foram obtidas usando um Microscópio Eletrônico de Varredura JOEL JMT-300.

Resultado e discussão

Os resultados obtidos da microscopia eletrônica de varredura na amostra de Barú “in natura” e quimicamente tratado constata-se pela Figura 1, em diferentes valores de ampliação, que o material apresenta uma matriz com distribuição heterogênea e relativamente porosa, tal característica se deve a grande variedade de componentes que constituem a biomassa em estudo. A presença de algumas deformações na superfície pode ser atribuída ao tratamento químico que torna as fibras do tecido vegetais mais acessíveis, e contendo espaços disponíveis, essa característica possibilita inferir que o adsorvente possui condições favoráveis para a adsorção de espécies metálicas nos interstícios conferindo mais potencialidade de remoção aos íons Pb(II) em detrimento ao material in natura. A capacidade máxima adsortiva (CMA) da casca e polpa trituradas de Barú “in natura” e Barú quimicamente tratado, para a espécie Pb(II) foi realizada através da construção da isoterma de adsorção, neste ensaio é possível verificar graficamente a quantidade máxima de adsorvato que pode ser adsorvida por uma determinada massa de adsorvente, utilizando as condições ótimas de pH da solução, massa do adsorvente e tempo de contato definidas no estudo das variáveis na capacidade de remoção. A massa do metal adsorvido foi calculada subtraindo-se o valor da concentração da solução de trabalho antes e após o procedimento de remoção e multiplicando-se o valor obtido pelo volume da solução, em litros (L), dividindo pela massa do adsorvente, em gramas (g), como representa a equação: Qe = (C0 – Cf). V/m Sendo: Qe é a quantidade de metal adsorvido na superfície do adsorvente em (mg/g); C0 e CF são as concentrações em mg L-1inicial e no equilíbrio, respectivamente; Vs é o volume da solução (0,015 L); m é a massa do adsorvente (0,025 g). A isoterma de adsorção descreve como os adsorventes interagem com o material adsorvido, portanto, de grande importância para a compressão dos processos adsortivos. A isoterma de adsorção de íons Pb(II) em casca e polpa trituradas de Barú quimicamente tratadas, foi obtida lançando-se no eixo da abcissa a concentração do sobrenadante, ou seja, a concentração de equilíbrio do adsorvato – Ce (mg/L), e no eixo da ordenada a quantidade do metal adsorvido (mg) pela massa do adsorvente – Qe (mg/g). Os dados experimentais foram aplicados aos modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich, através das equações linearizadas dos modelos, respectivamente, com o intuito de obter um modelo matemático para fornecer informações sobre o mecanismo de adsorção e propriedades superficiais, bem como a afinidade do adsorvente pelo adsorvato. Os resultados obtidos no estudo das isotermas de adsorção para a adsorção de íons Pb(II) pelas cascas e polpas de Baru (Dipteryx alata), proporcionaram bons ajustes para os dois modelos de isotermas, embora o melhor ajuste foi para o modelo de Langmuir, apresentando coeficiente de correlação de 0,9905 para Barú “in natura”. A capacidade máxima de adsorção dos íons Pb(II) obtida a partir da isoterma de adsorção de Langmuir, foi de 20,90 mg/g de íons Pb(II) por g de adsorvente. O resultado obtido até o momento mostra que o Barú “in natura” em estudo apresenta bons resultados na sua capacidade de remover íons Pb(II). Analisando os coeficientes de correlação das linearizações do Barú quimicamente tratado, temos que o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente linear de 0,9929, enquanto que a linearização segundo o modelo de Freundlich apresentou coeficiente linear de 0,9599. O resultado experimental apresentou melhor ajuste ao modelo de Langmuir, pois foi a isoterma que apresentou coeficiente de correlação mais próximo de 1. Considerando o embasamento teórico que estabelece o modelo de Langmuir, a boa correlação dos dados indica que o processo ocorre em monocamada e não existe interação entre as moléculas de adsorvato adjacentes. O valor de Qmáx de 67,84 mg/g obtido a partir da equação linearizada dos dados experimentais em relação a equação de Langmuir, sinaliza a potencialidade das cascas e polpa trituradas de Barú quimicamente tratadas em remover íons Pb(II) em sistemas aquosos.

Figura 1

Micrografia eletrônica de varredura das cascas e polpa trituradas do Barú “in natura” (a) e (b) e quimicamente tratado(c) e (d).

Conclusões

Os resultados preliminares obtidos neste trabalho, evidenciaram que a casca e polpa trituradas de Barú (Dipteryx alata), in natura, na remoção de íons Pb (II), aponta que o material apresenta potencialidade na remoção de íons metálicos em águas contaminadas, além de constituir uma promissora alternativa aos métodos convencionais, tanto em relação ao custo, quanto em relação à eficácia. As isotermas foram construídas a partir do modelo de Langmuir, sendo que a partir desta foi possível determinar a relação massa do adsorbato (mg) pela massa do adsorvente (g), obtendo-se um valor de 20,90 mg g-1 . De acordo com os dados experimentais na construção das isotermas de adsorção, para o Barú, quimicamente tratado, o modelo de Langmuir foi mais bem ajustado na avaliação da capacidade máxima de adsorção de íons Pb(II) pelo adsorvente apresentando coeficiente e correlação linear de 0,9929. A CMA encontrada foi de 67,84 mg g-1 indicando que a casca e polpa trituradas de Barú quimicamente tratadas tem potencialidade na adsorção de íons Pb(II), pois apresentam interações favoráveis em se ligar aos sítios ativos do adsorvente.

Agradecimentos

À UEG pela infraestrutura; Ao Programa de Concessão da Bolsa de Incentivo ao Pesquisador (BIP), Instituído pela Lei Estadual n.18332/2013; Á CNPq.

Referências

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