ESTUDO DA REGENERAÇÃO DO COMPÓSITO QUITOSANA\BENTONITA NA ADSORÇÃO DE CORANTE VERDE MALAQUITA EM LEITO FIXO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Perdigão Lana, P. (UFSJ) ; de Oliveira Bruno, H.C. (UFSJ) ; Ribeiro dos Santos, F. (UFSJ) ; Werneck Oliveira, G. (UFSJ) ; Zelayaran Melgar, L. (UFSJ)

Resumo

O tratamento de efluentes da indústria têxtil é um dos desafios relacionados à remoção de cor e de composições nocivas ao meio ambiente. Assim, o processo de adsorção tem se mostrado bastante eficaz para tratamento de efluentes. Logo, o objetivo deste trabalho foi sintetizar compósitos de quitosana/bentonita e avaliar a eficiência de adsorção do corante verde malaquita em coluna de leito fixo após ser regenerado. Foram realizados testes para identificar o melhor agente regenerante. As regenerações se deram em ciclos avaliando o tempo de ruptura ou mudanças na resistência mecânica do compósito ao longo dos experimentos na coluna de leito fixo. Por fim, foi observando que ao ser tratado com NaOH com 40 g/L por 18 horas foi possível regenerar o adsorvente em até três ciclos.

Palavras chaves

Adsorção; Regeneração; Bentonita

Introdução

Nas últimas décadas, os problemas ambientais têm se tornado cada vez mais preocupantes e frequentes devido ao aumento das atividades industriais, uma vez que, as indústrias descartam de maneira errônea os poluentes oriundos do processo. Um dos efluentes que mais preocupam, no ponto de vista ambiental, é o corante, seja originado do setor têxtil ou qualquer outro segmento que faz descarte desse resíduo (RODRIGUES F.K. et al., 2015). Mesmo em pequenas quantidades, os corantes são detectáveis e causam sérios problemas de natureza estética nos corpos d’água receptores. Além de problemas estéticos, a maioria dos corantes comercialmente usados são resistentes à fotodegradação, à biodegradação, à ação de agentes oxidantes (FUNGARO, D. A., 2009). Um dos corantes descartados pela indústria têxtil e que, assim como inúmeros outros, causam danos ao meio ambiente é o verde de malaquita a ser estudado nesse projeto. Ele é sintético bastante usado no setor têxtil, utilizado para tingir papéis e também tem aplicação na área veterinária, como bactericida e fungicida. É um corante tóxico podendo causar irritação na pele e tumores gastrintestinais, e caso o efluente contenha alta concentração desta substância pode causar sérios riscos ao meio aquático (ALVES F. C., 2013). A imposição da legislação e a alta complexidade desses efluentes faz com que cada vez novas tecnologias sejam buscadas para tratar esses resíduos, aliando alta eficiência, baixos custos e tempo (RODRIGUES F.K. et al., 2015). Dentre várias técnicas convencionas, como, troca iônica, irradiação, por exemplo, a operação de adsorção em leito fixo tem se destacado nesse tipo de tratamento devido ao baixo investimento inicial e alta eficiência (VIEIRA, M. L. G., 2014). Para a utilização do método de adsorção é necessário um adsorvente, ideal quando combina baixo custo de produção, fácil regeneração e maior seletividade com íons de metais pesados, para gerar alternativas racionaise minimizar os problemas ambientais. A bentonita e a quitosana vem sendo investi¬gadas como adsorventes naturais de metais por apresentarem alta capacidade adsortiva e custo baixo (SILVA, A. P. O. 2013). A bentonita pertence ao grupo de argilominerais, possui estrutura lamelar, é constituída principalmente de montmorilonita (cerca de 60 %) e possui grande capacidade de adsorção catiônica (SILVA, A. P. O. 2013). Já a quitosana é um poliaminossacarídeo, obtido pelo processo de desacetilação da qui¬tina, polímero natural presente na carapaça de crustáceos e insetos e na parede celular de algas verdes, alguns fungos e leveduras (SILVA, A. P. O. et. al., 2013). O fato de a quitosana ser obtida de materiais naturais de baixo custo, possuir alta capacidade de adsorção e versatilidade para o desenvolvimento de novos materiais complexantes, como: filmes, membranas, fibras, faz com que ela possa ser aplicada numa ampla variedade de processos (VIEIRA, M. L. G., 2014). Porém, ela possui uma estrutura física frágil e quebradiça, o que restringe o seu potencial de aplicação. Uma maneira de resolver essa situação é incorporando quitosana na argila bentonita, isso fará com a quitosana ganhe maior resistência (FIORI, A. P. S. M. et al., 2014). Para que a técnica de adsorção seja eficiente e capaz de ser aplicada não basta apenas ser eficiente como adsorvente, pois uma das etapas de avaliação da viabilidade econômica de um processo de adsorção é a regeneração dos adsorventes saturados para um novo ciclo de adsorção. A dessorção dos corantes presentes no compósito quitosona/bentonita pode ser conseguida através da utilização de agentes de eluição, como soluções ácidas, soluções alcalinas e soluções aquosas contendo cloreto de sódio. (VIEIRA, M. L. G., 2014). Visto a necessidade de diminuir o impacto ambiental causado principalmente por corantes, é essencial desenvolver uma técnica eficiente e de baixo custo de regeneração de adsorventes já saturados. Portanto, serão avaliados métodos de regeneração do adsorvente na coluna para reutilização da mesma.

Material e métodos

Materias. O corante têxtil Verde Malaquita foi fornecido pela Texpal. Foram utilizados como agentes regenerantes álcoois etílico, isopropílico, ácido acético glacial e solução de NaOH A argila do tipo bentonita sódica natural foi proveniente da cidade de Uruguaiana - RS, cedida pela empresa ALIANÇA LATINA. Métodos.Síntese. Foi preparada uma solução de quitosana (2% m/v) em 500 mL de ácido acético (6,01 g/L) agitada por 24 horas. A argila (10 g) foi adicionada lentamente a 500 mL de solução de quitosana, sendo mantidos sob agitação a 80°C, por 24 horas. O compósito foi seco a 90 °C em estufa por 24 horas. Foram sintetizados três compósitos com diferentes tempos de adição da argila na solução de quitosana por 30 minutos, 1 hora e 4 horas. Ensaios de adsorção. O estudo comparativo dos compósitos foi realizado através de ensaios de adsorção para observar a influência das propriedades físicas. Os ensaios foram conduzidos através da adição de 0,3 g (200 mesh) do compósito sob agitação, durante duas horas em 250 mL da solução de verde malaquita 18 mg/L. Foram retiradas alíquotas do sobrenadante para análise de espectrofotometria. Saturação do Compósito. Foi adicionado 8 g dos compósitos 1, 2 e 3 às soluções de verde malaquita de 0,6 g/L. Os sistemas permaneceram em agitação por 6 horas até saturação, foram filtradas a vácuo e as concentrações do filtrado foram determinadas por espectrofotometria. Os adsorbatos retidos pelo filtro foram secos por 24 horas a 60 ºC.Ensaios de regeneração. Foram testados como agentes regenerantes, álcool etílico, isopropílico, ácido acético glacial e solução de NaOH. O processo de tratamento aconteceu através da agitação de 0,3 g do compósito saturado em 250 mL das respectivas soluções citadas por 4 horas. Foram retiradas amostras para mensurar a variação da concentração de corante nas soluções. Além disso, foram determinados dois pontos de otimização, a concentração mais efetiva da solução de NaOH e o tempo ótimo para o tratamento de 0,3 g do compósito saturado em 250 mL de solução. Os experimentos foram conduzidos em concentrações 40 g/L, 60 g/L e 80 g/L de NaOH e períodos de 8, 12, 16, 18, 24 e 48 horas. Realizou-se a lavagem do filtrado até pH neutro, em seguida foi secado em estufa por 12 horas a 60°C. Foi utilizada uma coluna de vidro encamisada de 1 cm de diâmetro interno, preenchida com chumaço de algodão e esferas de vidro. Os experimentos foram realizados à temperatura ambiente de 30°C, com 0,3 g dos compósitos (200 mesh) argila/quitosana obtidos do tratamento. Trabalhou-se com pH entre 7 e 8 e vazão 10 mL/min. A coluna foi operada pela injeção em fluxo ascendente de solução aquosa de verde malaquita (18 mg/L) de um tanque utilizando uma bomba peristáltica. As amostras foram coletadas a cada intervalo de tempo até a completa saturação, sendo a concentração remanescente dos corantes determinada por espectrofotometria no comprimento de onda de 615 nm do corante verde malaquita.

Resultado e discussão

Síntese dos Compósitos. Foram sintetizados três compósitos com diferentes tempos de adição da argila na solução de quitosana por 30 minutos, 1 hora e 4 horas resultando nos compósitos 1, 2 e 3 respectivamente. A variação do tempo de adição de 10 g de argila em solução ácida de quitosana influenciou na obtenção final do compósito, tanto em propriedades físicas quanto em sua capacidade de adsorção. Conforme representado na Figura 1, após os compósitos serem secos foram obtidos três granulometrias diferentes.Na análise de adsorção, foi obser¬vado uma redução do corante nos três tipos de compósitos apesar de suas diversidades físicas. No entanto, os resultados demonstram uma maior remoção de corante através do compósito 3 em relação aos ensaios realizados com os compósitos 1 e 2. Esse resultado demonstra que a adição de 10g de argila de forma lenta em solução ácida de quitosana eleva a eficiência de remoção do corante. Contudo, a capacidade máxima de adsorção obtida pelo compósito 3, foi 97%, e quando comparado ao compósito 1 é possível observar que o aumento da incorporação da argila influenciou consideravelmente na eficiência adsortiva do compósito que removeu 90% do corante. Testes de dessorção.Os testes de mensuração de retirada do corante adsorvidos no compósito realizados para o álcool etílico, isopropílico e ácido acético glacial não apresentaram índices de remoção tão consideráveis. Em contrapartida, a solução de NaOH como agente de tratamento trouxe ótimos resultados. Após a filtração, quando comparada aos demais agentes, a solução de NaOH, antes incolor, torna-se amarelada sem nenhum vestígio visual de corante. Outro ponto a ser levantado, é a mudança de tonalidade das soluções de NaOH após tratar os compósitos. As soluções de NaOH que trataram os compósitos de maior rendimento adsortivo apresentaram colorações ainda mais amareladas. A potencialização dos resultados de regeneração do compósito pôde ser desenvolvida através da definição do tempo ótimo de tratamento e a concentração mais efetiva da solução de NaOH. Diante disso, observou-se que quando tratado com concentrações abaixo de 40 g/L o processo de tratamento era mais demorado e não atingiu resultados tão expressivos quanto em solução de 40 g/L. No entanto, aumentar a concentração da solução de tratamento para 80 g/L não otimizou a regeneração do compósito saturado. O aumento da concentração da solução de tratamento diminuiu a capacidade adsortiva do compósito, resultando no alcance do ponto de ruptura em um curto período de tempo e apenas um ciclo de regeneração. Logo, é possível observar que o aumento da concentração da solução regenerante também altera as propriedades físicas do material, fazendo com que sofra lixiviação logo em seu primeiro ciclo de adsorção. Contudo, a solução de NaOH 40 g/L apresentou os melhores índices de regeneração do compósito. Já a definição do tempo ótimo de tratamento para o compósito regenerado demonstrou resultados expressivos com tratamentos acima de 16 horas sob agitação em solução de NaOH 40 g/L. Diante disso, o tratamento mais efetivo teve a duração de 18 horas em solução de NaOH 40 g/L, possibilitando uma ruptura mais demorada e o maior número de ciclos de regeneração. Os tratamentos realizados por tempos maiores que 18 horas diminuíram a capacidade adsortiva dos compósitos, possivelmente pelo extenso tempo de contato ter modificado a capacidade de adsorção dos sítios ativos, logo, o ponto de ruptura dos compósitos tratados por 24 e 48 horas foi atingido em um intervalo de tempo extremamente curto.Readsorção em leito fixo.A regeneração da coluna foi realizada utilizando uma solução de NaOH 40 g/L para os três compósitos utilizados neste trabalho. Na Figura 2 estão apresentadas as curvas de ruptura para os ciclos de adsorção do corante verde malaquita dos compósitos 1, 2 e 3. A análise da figura 2C indica que o compósito 3 apresentou os melhores resultados ao ser submetido ao tratamento. Embora a capacidade adsortiva descaísse, foi possível realizar três ciclos de regeneração até que as propriedades físicas do compósito sofressem alterações e o material fosse lixiviado impossibilitando a continuidade do processo em leito fixo. Após a primeira regeneração o compósito 3 adsorveu o verde malaquita por 207 minutos alcançando o ponto de ruptura, e 690 minutos até encontrar-se saturado. Em seu segundo ciclo de regeneração, passaram-se 195 minutos até alcançar o ponto de ruptura e 690 minutos até encontrar-se saturado. Por fim, em seu terceiro ciclo, após 45 minutos, o compósito sofreu lixiviação durante a passagem de corante no leito. Esse fato possivelmente pode ter ocorrido pelos seguidos tratamentos com NaOH terem alterado bruscamente as propriedades físicas do adsorvente. A análise das Figuras 2A e 2B indicam menores capacidades adsortivas ao longo dos ciclos de regeneração.

Compósitos bentonita/quitosana sintetizados.


Curvas de ruptura dos compósitos 1, 2 e 3 (- primeira regeneração, -segunda regeneração, - terceira regeneração).

Conclusões

O melhor resultado de regeneração do compósito bentonita/quitosana depois do processo de adsorção do corante verde malaquita em coluna de leito fixo foi com de NaOH 40 g/L. A melhor condição de regeneração foi obtida ao submeter o compósito saturado em tratamento por 18 horas, permitindo outros três ciclos de adsorção do corante no compósito. O tempo de adição da argila na solução ácida na síntese do compósito foi um parâmetro importante.

Agradecimentos

Referências

ALVES F. C. Estudo dos Processos de Adsorção utilizando argilas como adsorvente para remoção do corante verde malaquita. Dissertação apresentada no Programa de Pós-Graduação em Agroquímica. Universidade Federal de Lavras, MG. 2013.
BARRON–ZAMBRANO, J., SZYGULA, A., RUIZ, M., SASTRE, A. M., GUIBAL, E. BiosorptionofReactive Black 5 fromaqueoussolutionsbychitosan: Columnstudies. Journal Environmental Management, v. 91, p. 2669–2675, 2010.
FIORI, A. P. S. M. et al. Preparationandcharacterizationofpolymernanocompositesbasedonchitosanandclayminerals. Polímeros, São Carlos, v. 21, n. 5, p. 628-635, out. 2014.
FUNGARO, D. A.; REVA, J.; IZIDORO, J. de C. Remoção de vermelho do congo de solução aquosa por zeólitas de cinzas de carvão: estudo cinético e análise de isotermas de equilíbrio. Centro de Química e Meio Ambiente, Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN – CNEN/SP). Periódico Tchê Química. Vol. 6 - N. 12 – AGO/2009. Porto Alegre – RS. Brasil.
GOLIE, W. M., UPADHYAYULA, S. Continuousfixed-bedcolumnstudy for theremovalofnitratefromwaterusingchitosan/alumina composite. JournalofWaterProcessEngineering.,v. 12, p. 58-65, 2016.
RODRIGUES, F. K., FRÖHLICH, R., MARTINS, T. R., TANABE, E. H. e DOTTO G. L. Adsorção do corante amaranto utilizando filmes de quitosana modificados com bentonita. Universidade Federal de Santa Maria. XI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica, Unicamp, São Paulo, 2015.
SILVA, A. P. O.; PERGHER, S. B. C.; PENHA, F. G.; MELO, J. V. Preparação de argilomineraisorganofilizados com quitosana. Perspectiva, Erechim. v.37, n.139, p.17-55, setembro/2013. (SILVA, A. P. O. et. al., 2013)
VIEIRA, M. L. G. Quitosana imobilizada em suporte inerte para a adsorção de corantes alimentícios em coluna de leito fixo. Dissertação. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos. Universidade Federal do Rio Grande, RS. 2014.
YAGUB, M. T., SEM, T. K., AFROZE, S. A., ANG, H. M. Fixed-beddynamiccolumnadsorptionstudyofmethylene blue (MB) onto pine cone. DesalinationandWaterTreatment.,v. 55, p. 1026-1039, 2014.