POTENCIAL DE ADSORÇÃO DE RESÍDUO SIDERÚRGICO NA REMOÇÃO DO CORANTE VERDE DE BROMOCRESOL PARA APLICAÇÃO NO TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA TÊXTIL

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Gonçalves, A.M. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/ UFPA) ; Nunes, C.S. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/ UFPA) ; Lisboa, I.A. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/ UFPA) ; Vilhena, K.S.S. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/ UFPA)

Resumo

O Verde de Bromocresol é um corante utilizado na indústria têxtil para pigmentação de tecidos e seu descarte sem o tratamento correto acaba sendo prejudicial aos ambientes aquáticos resultando na poluição de rios, mares e reservatórios de água para consumo humano. Estudos destacam a busca de materiais de baixo custo e alternativos que minimizem os impactos causados por tais resíduos. Este estudo avaliou a capacidade de adsorção do resíduo siderúrgico proveniente da produção do silício metálico frente ao corante Verde de Bromocresol. A cinética de adsorção foi avaliada utilizando-se modelos lineares de pseudoprimeira ordem, pseudosegunda ordem e de Weber-Morris. O estudo da cinética de adsorção demonstrou que a adsorção segue um mecanismo característico de uma reação de pseudosegunda ordem.

Palavras chaves

Adsorção; Verde de Bromocresol; Efluente têxtil

Introdução

Diversos segmentos industriais destacam-se no cenário ambiental como grandes poluidores devido ao despejo de resíduos industriais potencialmente tóxicos, gerados de maneira elevada e não biodegradáveis, incluindo corantes, sendo assim um potencial contribuinte à degradação do meio ambiente (OMIDI-KHANIABADI et al., 2016). Os efluentes corados são gerados principalmente pelas indústrias têxteis, devido à presença de corantes que não se fixaram nas fibras durante o processo de tingimento (O'NEILL et al., 1999). Esse tipo de indústria se caracteriza principalmente pela demanda considerável de água nos processos de produção, e consequentemente, pelo grande volume de efluentes gerados (CUNHA, 2014). Bragião e colaboradores (2015) ressaltam os problemas associados à presença dessas substâncias (corantes) nos corpos hídricos, pois dificultam a penetração da luz e consequentemente, afetam grande parte da atividade fotosintética e desenvolvimento de organismos aquáticos. Podem ainda ser nocivos a saúde humana, uma vez que possuem propriedades cancerígenas e tóxicas, podendo provocar males como: asma, sensibilidade da pele, câncer de bexiga entre outros (MÓDENES et al., 2013). A fim de minimizar os impactos causados pela descarga de efluentes têxteis, a remoção de tais compostos coloridos é ambientalmente importante e tem se tornado o foco de pesquisas e de novas tecnologias, as quais vêm sendo desenvolvidas com o intuito de atender aos parâmetros legais de controle ambiental impostos pelos órgãos competentes. Nesse contexto, têm surgido diversas pesquisas capazes de tratar as águas residuais com adsorventes alternativos e de baixo custo quando comparados com o carvão ativado que hoje é o material mais aplicado para este fim. Dentre os materiais utilizados pode-se destacar: casca de arroz (SANTOS et al., 2016), casca de batata (ALFREDO et al., 2015), fibra de bambu in natura e carvão ativado ósseo (SANTOS, 2014), resíduo de vinícola (BRAGIÃO et al., 2015), caulinita rosa (LEAL et al., 2011), resíduos agroindustriais (ALBERTINI; FILHO, 2007) entre outros. Tratam-se de materiais que exigem pouco processamento, abundantes na natureza ou ainda subprodutos ou rejeitos de atividades industriais ou agrícolas. Diversos processos destinam-se ao tratamento de efluentes, tais como a degradação fotocatalítica, a degradação eletroquímica, o processo Fenton, a floculação-coagulação, além dos processos físicos, químicos e biológicos (ARAÚJO et al., 2016). Contudo, a adsorção é o processo mais utilizado para este fim, ganhando importância como um processo físico de fácil operação, projeto simples e eficiência elevada na remoção de corantes (BRAGIÃO, 2015). Segundo Gomes (2015) a adsorção apresenta ainda vantagens em relação às outras operações de separação, tais como o baixo consumo de energia, utilização de adsorventes naturais, a não necessidade de uso de outros componentes para ajudar a separação e a possibilidade de reutilização da água após o processo de purificação (COSTA et al., 2015). Entretanto, uma das grandes vantagens da adsorção sobre as outras técnicas, trata-se da possibilidade de regeneração dos adsorventes e a aplicação de materiais de baixo custo no tratamento de efluentes (GOMES, 2015). Dentre os materiais que vislumbram a remoção de corantes dos efluentes da indústria têxtil, o emprego do resíduo siderúrgico também tem despertado grande interesse para esta aplicabilidade, devido às elevadas quantidades geradas ainda sem reaproveitamento direto, além de ser um material sem valor agregado e disponível em grandes quantidades (SANTOS, 2013). Neste contexto, o presente estudo visa investigar como material adsorvente, o resíduo proveniente da fabricação do silício metálico, produzido pela empresa Dow Corning localizada em Breu Branco, Estado do Pará. O resíduo siderúrgico utilizado consiste no resíduo gerado no pré – separador dos fornos, no qual vem sendo alvo de pesquisas com a perspectiva de promover o seu aproveitamento. Frente a isso, estudos no tratamento de efluentes industriais contendo alta coloração, também tem despertado o interesse em pesquisas de grande relevância, buscando-se por materiais mais econômicos e eficazes para remoção de corantes. Diante do exposto, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de investigar o potencial de adsorção do resíduo proveniente da fabricação de silício metálico como adsorvente, tendo como finalidade a aplicabilidade do material para o tratamento de água residual contendo o corante verde de Bromocresol para isso foi avaliada a cinética de adsorção do corante verde de Bromocresol mediante ajustes de dados experimentais aos modelos matemáticos lineares de pseudoprimeira ordem, pseudosegunda ordem e Weber-Morris.

Material e métodos

Os experimentos foram realizados no Laboratório de Química – Pesquisa (Multidisciplinar) e no Laboratório de Controle e Monitoramento da Qualidade da água, ambos localizados no Campus Universitário de Tucuruí - Pará. Caracterização do adsorvente: O adsorvente foi fornecido pela empresa Dow Corning, situada na cidade de Breu Branco localizada no estado do Pará. O resíduo utilizado neste estudo foi obtido no ciclone pré-separador, do processamento industrial do silício metálico da empresa. Para este trabalho, os experimentos foram conduzidos utilizando-se a granulometria de 0,15 mm para os ensaios de adsorção de cinética, considerando a área externa disponível de o adsorvente ser maior que o tamanho da partícula do adsorvato. Ensaio Preliminar de Concentração: A concentração do corante (adsorvato) foi determinada por espectrofotometria de UV-Visível (Modelo FEMTO – 800XI), na qual se relaciona a absorbância de uma amostra com a concentração de corante presente na mesma, por meio de uma curva de calibração. Para isto, a solução-mãe do corante foi preparada a partir do corante verde de bromocresol sólido. Preparou-se a solução-mãe na concentração inicial de 100 mg/L obtida pela dissolução do corante em água destilada. A partir da solução-mãe, foram preparadas as demais soluções (diluições) com concentrações variando entre 5, 10, 15 e 20 mg/L. A fim de se verificar as características e o comprimento de onda máximo para o corante utilizado nesse estudo, realizou-se varredura na faixa espectral entre 300 a 700 nm utilizando-se o espectrofotômetro, posteriormente, a curva de calibração foi construída no comprimento de onda correspondendo ao pico máximo de absorbância, obtidas para as soluções do corante nas concentrações de 5 a 20 mg/L. Ensaios de Cinética: O estudo da cinética de adsorção foi realizado variando o tempo de contato do adsorvente com a solução do corante. Para realização do experimento foram utilizados frascos de erlenmeyers de 125 mL contendo aproximadamente 0,3 g do adsorvente (granulometria = 0,15mm), aos frascos foram adicionandos 20 mL da solução aquosa do corante de concentração de 20 mg/L, as amostras foram submetidas à agitação constante e homogênea em agitador magnético em intervalos de 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90 e 120 minutos. A cinética de adsorção foi investigada em temperatura ambiente (25ºC) e o pH mantido foi o do próprio meio (medido experimentalmente em pHmetro (Marca PHTEK equipado com eletrodo de calomelano), correspondendo a pH = 6 aproximadamente), tendo em vista que não foram realizados ajustes de pH das soluções iniciais. Após atingir o tempo determinado, foram coletadas as alíquotas das amostras, procedeu-se a filtração em funil de vidro e papel filtro qualitativo e então foi realizada a leitura da absorbância em espectofotômetro no comprimento de onda de 610nm. Todos os ensaios foram realizados em batelada e em duplicata, a fim de assegurar a confiabilidade dos resultados.

Resultado e discussão

Para a determinação da quantidade de corante adsorvido, fez-se necessário identificar o comprimento de onda ideal para o corante verde de bromocresol. Para isso, realizou-se uma varredura no espectrofotômetro obtendo-se o espetro de adsorção máximo de absorbância com dois picos (Figura 1), um em 440 nm e outro 610 nm (com incrementos de 5 e 10 nm). Resultados semelhantes do comprimento de onda para este corante foram encontrados por Ozdemir et. al, (2015), neste estudo o comprimento observado foi de λmáx= 424 nm. Figura 1. Absorbância em função do comprimento de onda para o corante verde de bromocresol para as diferentes formas. A curva de calibração elaboradas a partir da análise das soluções em diferentes concentrações (5, 10, 15 e 20 mg/L) foi obtida no espectrofotômetro UV-VIS no comprimento de onda de 610nm. Observando-se o gráfico da curva de calibração ressalta-se que quanto mais próximo de 1 for o coeficiente de correlação (R2) melhor é a reta descrita pela regressão linear dos pontos (AMSTALDEN, 2010). Dessa forma, a curva de calibração utilizada neste estudo foi àquela obtida em comprimento de onda de 610 nm para o corante verde de bromocresol. A mesma demonstrou boa linearidade (R2 = 0,9139). Devido o pH do meio em contato com o adsorvente estar mais próximo de 6 optou-se por realizar a medição do corante no comprimento de onde de 610 nm (onde predomina a forma do V.B na cor azul – predominante em pH 6). Os ensaios da cinética de adsorção estão relacionados com a velocidade de remoção do corante da solução pelo adsorvente em relação ao tempo. A velocidade de adsorção pode ser afetada por diversos fatores, dentre eles: temperatura, pH, concentração inicial do adsorvato, agitação e tamanho das partículas. Na Figura 3 (A, B e C) são apresentadas as curvas de cinéticas de adsorção para o corante verde de bromocresol obtidas pelos ajustes cinéticos dos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e Weber-Morris aplicados aos dados experimentais. Observa-se que a adsorção do corante pelo adsorvente é considerada favorável devido à isoterma apresentar forma convexa. Figura 3. Cinéticas de Adsorção (T=25º, m= 0,3 g, 20 mg/L) do corante verde de bromocresol pelo adsorvente ajustados aos modelos cinéticos de pseudoprimeira ordem (A), pseudossegunda ordem (B) e Weber-Morris (C). Foi observado nos estudos de cinética de adsorção que no intervalo de tempo de 5 a 90 minutos, a adsorção do corante variou de 1,16 mg/g a 1,29 mg/g, respectivamente, indicando grande capacidade adsortiva neste intervalo de tempo. É possível verificar ainda a remoção aumenta gradativamente alçando o equilíbrio no tempo de 120 minutos. De acordo com os resultados apresentados (Tabela 1), pode-se constatar que para o adsorvente em estudo, que os três modelos apresentaram bons resultados, sendo que o modelo que melhor representou a cinética de adsorção do corante verde de bromocresol foi o modelo de pseudosegunda ordem, pois apresentou r2 igual 0,9995 e constante de velocidade k2 de 0,434907. Além do valor de r² ser satisfatório, pode-se observar uma proximidade entre os valores de adsorção qe experimental (1,3149 mg/g) e qe calculado (1,30447 mg/g) o que indica uma boa aplicabilidade do modelo para o ensaio de adsorção testado. A capacidade de adsorção do corante obtido para o resíduo foi de 1,3149 mg do corante para cada g do resíduo. Apesar da elevada eficiência alcançada no processo de cinética adsorção, verifica-se a necessidade de elevadas quantidades de resíduo para adsorção. Contudo, ressalta-se a grande quantidade produzida desse resíduo no processo industrial siderúrgico e a falta de aplicabilidade para o mesmo. O ajuste do modelo de pseudosegunda ordem para adsorção do corante pelo adsorvente, está de acordo com aquele encontrado em estudo de adsorção do alaranjado de metila realizado por Ramos et al., 2017, utilizando-se o mesmo resíduo. Os resultados indicaram um coeficiente de determinação (R2) de 0,9952 e qe igual a 1.886,79 mg/g, sob condições experimentais de 25ºC, massa do adsorvente de 0,2 g e solução de corante com concentração de 20 mg/L. No entanto, o corante testado para aplicabilidade no mesmo resíduo apresentou maior capacidade de adsorção, e em menor tempo para o corante alaranjado de metila como demonstra a Tabela 2.

Gráfico compara a absorbância em função do comprimento de onda para o corante verde de bromocresol para as diferentes formas do VB (cores diferentes).


Cinéticas de Adsorção (T=25º, m= 0,3 g, 20 mg/L) do corante verde de bromocresol pelo adsorvente ajustados aos modelos cinéticos.

Conclusões

A partir do estudo de cinética de adsorção, constatou-se que para o material testado, o modelo matemático de pseudosegunda ordem foi o modelo mais adequado para descrever o mecanismo de velocidade de adsorção, indicando assim um processo de adsorção químico. Os experimentos de cinética demonstraram que a curva apresentou uma forma convexa, sendo desta forma, favorável ao processo de adsorção na granulometria testada. Este resultado indica que para o adsorvente testado, o corante Verde de Bromocresol é apropriado para a remoção nas condições experimentais deste estudo. Vale ressaltar, que o resíduo utilizado nesta pesquisa, foi testado anteriormente pelo mesmo grupo de pesquisa e nas mesmas condições. Sendo investigada a adsorção do resíduo frente ao corante Alaranjado de Metila, o que indicou uma boa aplicabilidade do material adsorvente para este corante. Tal processo, portanto, mostrou-se promissor em aplicações de corantes do grupo azo. Sendo este, desfavorável para corantes com estruturas mais complexas como é o caso do Verde de Bromocresol. Outra característica que pode ter influenciado para os melhores resultados demonstrados ao trabalho anterior, é o fato da granulometria testada ser a de menor tamanho, visto que o processo de adsorção é considerando um fenômeno de superfície, de modo que o aumento superficial pode aumentar a capacidade de adsorção, assim a menor granulometria poderia favorecer o processo de adsorção. De maneira geral, pode-se concluir que o resíduo testado não foi promissor frente ao corante Verde de Bromocresol sob as condições descritas neste estudo. Com o intuito de aprofundar os estudos referentes ao processo de adsorção no resíduo testado, sugere-se que ensaios futuros em condições experimentais diferenciadas como: diferentes tipos de classes de corantes (preferencialmente daqueles contendo grupamento azo), variação de pH, temperatura e velocidade de agitação podem resultar em aumento da capacidade de adsorção do material estudado.

Agradecimentos

À equipe do Laboratório de Química - Pesquisa da Universidade Federal do Pará – Campus Tucuruí, e à empresa Dow Corning Silício do Brasil pela doação do resíduo utilizado

Referências

ALFREDO, A.P.C.; GONÇALVES, G.C.; LOBO, V.C.; MONTANHER, S.F. Adsorção de Azul de Metileno em casca de batata utilizando sistema em batelada e coluna de leito fixo. Revista Virtual de Química, 2015,7 (6), 1909-1920. 20 de julho de 2015.

AMSTALDEN, L. C. Validação e protocolos em análises químicas. Conselho Regional de Química – IV Região (SP). Laboratório T&Analítica – Campinas, 2010.

ARAÚJO K. S.; ANTONELLI R.; GAYDECKZA B.; GRANATO A.C.; MALPASS G.R.P. Processos oxidativos avançados: uma revisão de fundamentos e aplicações no tratamento de águas residuais urbanas e efluentes industriais. Ambiente & Água - An Interdisciplinary Journal of Applied Science. ISSN 1980-993X – doi:10.4136/1980-993X, 2016.

CUNHA, B. S. Utilização de Biossorventes Alternativos na Remoção de Corantes Têxteis. 2014. 63f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Ambiental - Universidade Tecnológica Federal do Paraná). Medianeira, 2014.

GOMES, J. N. Estudo Da Adsorção De Corantes Por Meio Do Carvão Ativado De Osso De Boi. Trabalho de Conclusão do Curso de Licenciatura Plena em Química, Instituto Federal de Goiás, Campus Anápolis, 2015.

MÓDENES, A. N.; ROSS, A. A.; SOUZA, B. V.; DOTTO, J.; GERALDI, C. Q; ESPINOZA-QUINOBES F. R.; KROUMOV, A. D.; Biosorption of BF-4B Reactive Red Dye by using Leaves of Macrophytes Eichhorina crassipes; International Journal of Bioautomation; v. 17; p.33-34; 2013.

OMIDI-KHANIABADI Y, JAFARI A, JOURVAND M, Saeedi S, BASIRI H. Nourmoradi H, et al. The study of azo dye removal from liquid medium by modified clay. J Adv Environ Health Res; 4(1): 9-17, 2016.

O'NEILL, C.; HAWKES, F. R.; HAWKES, D. L., LOURENCO, N. D.; PINHEIRO, H. M.; DELEE, W. Colour in Textile Effluents – Sources, Measurement, Discharge Consents and Simulation: A Review”. Journal of Chemical Technology & Biotecnology, vol. 74, nº 11, p. 1999, 74, 2009.

RAMOS, J. P.; PAVÃO, M. F. U.; BARRA, E. C.; VILHENA, K. S. S.; GOUVEIA, F. P. Potencial de Adsorção do Resíduo Proveniente do Processo de Obtenção do Silício Metálico. Revista Virtual de Química, 2017, 9 (2), 751-763, 2017.

SANTOS, E. M. A., et al. Reator anaeróbio tipo UASB conjugado com processo Fenton para remoção de cor e demanda química de oxigênio de água residuária sintética de indústria têxtil. Engenharia Sanitária e Ambiental, vol. 22, p. 285–92. Scielo, doi:10.1590/s1413-41522016148154, 2016.

SANTOS, S. V. Utilização de resíduos siderúrgicos no tratamento de efluentes contendo emulsões oleosas. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Minas Gerais, Escola de Engenharia. 85 f., enc. : il. 2014.