ÁREA: Química Analítica
TÍTULO: Utilização de quitosana modificada com um agente complexante-reticulante na adsorção dos íons metálicos Cu(II) e Cd(II)
AUTORES: VASCONCELOS, H.L. (UNIOESTE) ; NEVES, A. (UFSC) ; FÁVERE, V.T. (UFSC)
RESUMO: RESUMO: A quitosana, natural ou quimicamente modificada, é um excelente adsorvente de íons metálicos em solução. Este trabalho objetivou avaliar a adsorção dos íons Cu(II) e Cd(II), em solução aquosa, por quitosana modificada quimicamente com o ligante N,N’-[bis-(2-hidroxi-3-formil-5-metilbenzil)(dimetil)]-etilenodiamina (H2FMBME), o qual atua como agente complexante e agente reticulante. Foram realizados experimentos de adsorção para estudar o efeito do pH, do tempo de contato e da concentração na adsorção dos íons Cu(II) e Cd(II) pelo novo adsorvente QTS-H2FMBME. O processo de adsorção dos íons se mostrou dependente do pH da solução. A adsorção de Cu(II) ocorreu mais rapidamente que a de Cd(II) e as quantidades máximas adsorvidas destes foram 116,7 e 39,5 mg.g-1, respectivamente.
PALAVRAS CHAVES: quitosana, adsorção, íons cu(ii) e cd(ii)
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: Em virtude da preocupação atual com as questões ambientais, o uso de biopolímeros na remoção de metais tóxicos tem se revelado uma técnica promissora e de grande interesse na química analítica, especialmente no tocante ao tratamento de efluentes industriais. O biopolímero quitosana, obtido a partir da desacetilação da quitina encontrada naturalmente em exoesqueletos de crustáceos e insetos, tem demonstrado efetiva capacidade de adsorver íons metálicos em solução aquosa, com maior seletividade do que algumas resinas quelantes comerciais (VARMA et al., 2004). Tal capacidade depende da origem e grau de desacetilação da quitosana, da natureza do íon metálico e do pH da solução (NG et al., 2002). A presença de um grande percentual de grupos amino e hidroxila reativos distribuídos na matriz polimérica da quitosana tem possibilitado a realização de inúmeras modificações químicas na sua estrutura. Desta forma, um grande número de derivados de quitosana tem sido obtidos por meio de reações de reticulação e da introdução de novos grupos funcionais em sua cadeia com o intuito de aumentar a densidade de sítios de adsorção, e com isso aumentar sua capacidade de adsorção e seletividade com relação a diversos íons metálicos presentes em solução (GUIBAL, 2004). No entanto, não há registros na literatura acerca de reações de modificação da quitosana com um ligante que atue, ao mesmo tempo, como um agente reticulante e um agente complexante de íons metálicos (VASCONCELOS et al., 2008). Portanto, este trabalho objetivou avaliar a adsorção dos íons metálicos Cu(II) e Cd(II) em solução aquosa, por quitosana modificada com o ligante N,N’-[bis-(2-hidroxi-3-formil-5-metilbenzil)(dimetil)]-etilenodiamina (H2FMBME), o qual desempenha função de agente reticulante e complexante.
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAL E MÉTODOS: Foi utilizada quitosana (QTS) com grau de desacetilação de 90%. A síntese do ligante H2FMBME, bem como a obtenção do novo material adsorvente (QTS-H2FMBME) foi realizada conforme descrito em Vasconcelos et al. (2008). O estudo do efeito do pH sobre a adsorção dos íons metálicos foi realizado com 50 mg do adsorvente e 25 mL de solução de cada metal com concentração 10 mg.L-1. O pH foi ajustado entre 3 e 10 e as soluções foram mantidas sob agitação por 4 h, a 25 °C. Após filtração em membrana (0,47m), a concentração de cada metal foi determinada por espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS). A quantidade adsorvida de cada metal (q) foi calculada a partir da diferença entre a concentração inicial e final do metal na solução e da massa do adsorvente. Nos experimentos de cinética de adsorção foram utilizados 500 mg de QTS-H2FMBME e 100 mL de solução de cada metal com concentração 100 mg.L-1 e no respectivo pH ótimo de adsorção. Os sistemas foram mantidos sob agitação por 48 h, a 25 °C, e após tempos pré-determinados, alíquotas do sobrenadante foram retiradas para determinação da concentração dos metais por FAAS e a quantidade adsorvida calculada conforme descrito anteriormente. As isotermas de adsorção foram obtidas a partir de 50 mg de QTS-H2FMBME que foram adicionadas a 25,0 mL de cada uma das soluções de Cu(II) e Cd(II), em diferentes concentrações e já ajustadas no pH ótimo de adsorção, e mantidas sob agitação, a 25 °C, até atingir o equilíbrio de adsorção. Após filtração, procedeu-se à determinação da concentração dos metais por FAAS e ao cálculo da quantidade adsorvida conforme descrito anteriormente. Os modelos de isoterma de Langmuir e Freundlich foram usados na análise dos dados experimentais na forma de equações linearizadas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: RESULTADOS E DISCUSSÃO: A quantidade adsorvida de íons Cu(II) aumentou com o aumento do pH da solução até um valor máximo de 6,0 e diminuiu com o aumento do pH. Comportamento semelhante também foi observado para Cd(II), cujo valor máximo de adsorção foi em pH 9,0. A cinética de adsorção dos íons por QTS-H2FMBME (Fig. 1) mostrou um decaimento rápido da concentração de Cu(II) nos primeiros minutos, com o equilíbrio atingido em 4h, enquanto que a concentração de Cd(II) apresentou um decaimento lento, cujo equilíbrio foi atingido em 10h. A ordem de remoção dos íons da solução por QTS-H2FMBME, após atingir o equilíbrio, foi: Cu(II) (98,2%) > Cd(II) (67,5%). No estudo realizado por Justi et al. (2005) com quitosana modificada com o agente complexante BPMAMFF foi obtida a mesma ordem de remoção: Cu(II) (60%) > Cd(II) (40%), o que está em concordância com os resultados cinéticos obtidos no presente trabalho, embora os valores de remoção terem sido inferiores aos encontrados neste trabalho. O modelo cinético de pseudo segunda-ordem foi o que resultou em melhor correlação dos dados experimentais obtidos para Cu(II) e Cd(II), com constantes de velocidade (k2) de 2,7.10-3 e 2,7.10-5 g.mg-1min-1, respectivamente. Foi observado um aumento da quantidade adsorvida de íons Cu(II) e Cd(II) na superfície de QTS-H2FMBME com o aumento da concentração de equilíbrio desses íons em solução, até atingir a saturação em altas concentrações (Fig.2). A quantidade máxima adsorvida de Cu(II) (116,7 mg.g-1) foi cerca de três vezes superior a de Cd(II) (39,5 mg.g-1), evidenciando maior afinidade do sólido com Cu(II) do que com Cd(II). Estes valores foram superiores àqueles obtidos por Justi et al. (2005) ao utilizarem quitosana modificada com o agente complexante BPMAMFF e reticulada com glutaraldeído.
CONCLUSÕES: CONCLUSÕES: Os resultados mostraram que o processo de adsorção dos íons Cu(II) e Cd(II) pelo novo sólido adsorvente QTS-H2FMBME é dependente do pH da solução. A máxima adsorção dos íons foi obtida em pH 6,0 e 9,0, respectivamente. A cinética de adsorção dos íons metálicos estudados seguiu o modelo de pseudo segunda-ordem. A adsorção de Cu(II) ocorreu mais rapidamente que a adsorção de Cd(II), com os equilíbrios de adsorção atingidos em 4 e 10h, respectivamente. As quantidades máximas adsorvidas de Cu(II) e Cd(II) foram 116,7 e 39,5 mg.g-1, respectivamente, de acordo com o modelo de Langmuir.
AGRADECIMENTOS: AGRADECIMENTOS: À Universidade Estadual do Oeste do Paraná, à Universidade Federal de Santa Catarina e à Fundação Araucária.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GUIBAL, E. 2004. Interactions of metal ions with chitosan-based sorbents: a review. Separation and Purification Technology, 38: 43–74.
JUSTI, C. K.; FÁVERE, V. T.; LARANJEIRA, M. C. M.; NEVES, A.; PERALTA, R. A. 2005. Kinetics and equilibrium adsorption of Cu(II), Cd(II), and Ni(II) ions by chitosan functionalized with 2[-bis-(pyridylmethyl)aminomethyl]-4-methyl-6-formylphenol. Journal of Colloid and Interface Science, 291: 369-374.
NG, J. C. Y.; CHEUNG, W. H.; MCKAY, G. 2002. Equilibrium studies of the sorption of Cu (II) ions onto chitosan. Journal of Colloid and Interface Science, 255: 64–74.
VARMA, A. J.; DESHPANDE, S. V.; KENNEDY, J. F. 2004. Metal complexation by chitosan and its derivatives: a review. Carbohydrate Polymers, 55: 77–93.
VASCONCELOS, H. L.; CAMARGO, T. P.; GONÇALVES, N. S.; NEVES, A.; LARANJEIRA, M. C. M.; FÁVERE, V. T. 2008. Chitosan crosslinked with a metal complexing agent: synthesis, characterization and copper(II) ions adsorption. Reactive and Functional Polymers, 68: 572-579.
