Estudo da adsorção do corante cristal violeta utilizando areia modificada

Resumo

O descarte indevido de corantes pelo setor têxtil gera contaminação do meio ambiente, esses corantes são resistentes a degradação e são bioacumulativos, sendo necessário o desenvolvimento de métodos de tratamento. Dentre os principais métodos desenvolvidos, a adsorção em materiais funcionais se destaca por ser uma técnica muitas vezes simples e de baixo custo operacional, sendo que a areia se mostra promissora. Para a modificação da areia, dispersou-se areia em uma solução de carbonato de sódio, mantendo em agitação por 2h. As análises de MEV demonstraram mudanças significativas na morfologia do material obtido e a cinética de remoção do corante cristal violeta demonstrou uma redução na concentração de corante em 86% após 60 minutos.

Palavras chaves

Cinética; Concentração; Remoção

Introdução

O setor industrial é o principal responsável por parte do uso de corantes na atualidade. Com isso, há o descarte de corantes em águas residuais que gera a contaminação e intoxicação da biota aquática e de vida na Terra. Geralmente, os corantes apresentam resistência a degradação e não são biodegradáveis (SHARMA et al., 2019). Diante deste fato, os métodos para a remoção desses corantes em águas de descarte são propostos, como processos oxidativos avançados (LEVANA et al., 2021), adsorção em materiais funcionais (LIU et al., 2022) e membranas de troca iônica (KHAN et al., 2022). Dentre esses métodos, destaca-se a adsorção como uma técnica promissora por apresentar uma operação simplificada e um baixo custo para a descoloração da água contaminada (MUNDADA; BRIGHU; GUPTA, 2017). Entre os materiais funcionais, o carvão ativado é o mais utilizado e tem destaque entre as pesquisas atuais, entretanto o uso do carvão ativado envolve um alto custo. Como uma alternativa a materiais de elevado custo, tem-se o uso de areais como adsorventes que podem ter a superfície modificada devido a presença de sílica, gerando novos grupos funcionais para a interação com compostos orgânicos (BELLO; BELLO; ADEGOKE, 2013; SHARMA et al., 2019). A modificação de areia com o NaOH foi reportada por Sharma et. al, (2019) em que foi removido cerca de 70% de corante durante os primeiros 3 minutos de reação. Resultados promissores que influenciam o estudo do uso de areias com possíveis modificações para o uso como adsorventes. Dentro dessa perspectiva, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de adsorção da areia modificada com carbonato de sódio (Na2CO3) utilizando o corante cristal violeta.

Material e métodos

A metodologia utilizada foi análoga a descrita por Sharma et al., (2019). A areia coletada foi lavada com água destilada para remover as impurezas suspensas e depois seca em estufa a 100 °C por 2 horas. Para a ativação foi realizado uma dispersão de 5 g da areia em uma solução a 0,5 mol/L de Na2CO3, que permaneceu sob agitação durante 2 h. Após a ativação, a areia foi lavada com água destilada (3 x 25 mL) e seca em estufa a 100 °C por 2h. Para a cinética de adsorção, foi preparado 100 mL de uma solução aquosa de cristal violeta a 10 mg L-1uma solução, em um Erlenmeyer foi colocado 100 mL da solução e 10 mg da areia ativada que permaneceu em agitação durante 2 horas a temperatura ambiente. Alíquotas de 2 mL foram retiradas nos intervalos de tempo 0, 5, 10, 15, 30, 60 e 120 minutos e centrifugadas por 3 minutos, o sobrenadante foi utilizado para análise por espectroscopia na região do Ultravioleta-visível (UV-vis) monitorando a evolução da banda em 584 nm. Os materiais obtidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV).

Resultado e discussão

A análise de MEV (figura 1 a) da areia não modifica apresenta flocos maiores, lisos e com maior regularidade, o que não é observado na areia modificada (figura 1 b), que apresenta flocos menores, uma morfologia áspera, pequenos poros e finas ranhuras. O tratamento com Na2CO3 auxiliou na remoção de impurezas e possivelmente levou a formação de novas ligações contendo o ânion CO32-. A formação dessas ligações resulta em um possível aumento no número de sítios ativos e rugosidade na superfície da areia, como é evidente nas imagens MEV, permitindo uma melhor sorção das moléculas de corante (SHARMA et al., 2019). Durante a cinética de remoção após o tempo de 5 minutos, foi possível observar uma redução significativa da intensidade da cor da solução Os picos ao longo da faixa de comprimento de onda reduziram significativamente após adsorção de 100 mL do corante, indicando a interação do corante com a areia ativada. O gráfico da adsorção é demonstrado na figura 2. Após os primeiros 5 minutos de cinética realizado o adsorvente alcançou uma remoção de 72% do corante e em 60 minutos alcançou o máximo de remoção que foi de 86% que indica que a capacidade adsortiva da areia ativada chegou ao máximo para a concentração de corante utilizada. Loganathan et. al, (2022) reportaram a adsorção efetiva do cristal violeta utilizando poliamidas aromáticas, com um percentual de remoção de 95% em que foi utilizado 200 mg de adsorvente em uma solução de 100 mg/L de cristal violeta. Ao comparar com o presente trabalho, nota-se a utilização de uma menor massa de adsorvente, podendo demonstrar a capacidade adsortiva da areia modificada com Na2CO3.

Figura 1 - Micrografia dos grãos de areia não modificados (a) e modifi

Diferenças na morfologia da areia não modificada (a) e modificada (b)

Figura 2 - Cinética de adsorção do corante cristal violeta.

Demonstração gráfica da diminuição da banda de absorção do corante cristal violeta em função do tempo.

Conclusões

O estudo realizado demonstra que a areia sofreu uma modificação, sendo possível observar uma diminuição no tamanho dos grãos e diferenças significativas na morfologia quando comparada a areia não ativada. O estudo de adsorção demonstra um resultado significativo, sendo alcançado 86% de remoção do corante em 60 minutos. A partir dos resultados obtidos, esse trabalho abre novas perspectivas de estudos utilizando areia previamente modificada com possíveis aplicações como adsorvente de baixo custo.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (FAPEG), pelo suporte financeiro concedido.

Referências

BELLO, O.; BELLO, I.; ADEGOKE, K. Adsorption of Dyes Using Different Types of Sand: A Review. South African Journal of Chemistry, v. 66, n. 1, p. 117–129, 2013.
KHAN, M. I. et al. Application of the commercial anion exchange membrane for adsorptive removal of Eriochrome Black-T from aqueous solution. Desalination and Water Treatment, v. 252, p. 437–448, 2022.
LEVANA, A. et al. Photo-Fenton Oxidation of Methyl Orange Dye Using South African Ilmenite Sands as a Catalyst. 2021.
LIU, Y. et al. Iron-biochar production from oily sludge pyrolysis and its application for organic dyes removal. Chemosphere, v. 301, n. April, p. 134803, 2022.
MUNDADA, P.; BRIGHU, U.; GUPTA, A. B. Removal of methylene blue on soil: An alternative to clay. Desalination and Water Treatment, v. 58, n. January, p. 267–273, 2017.
SHARMA, A. et al. Adsorption of textile wastewater on alkali-activated sand. Journal of Cleaner Production, v. 220, p. 23–32, 2019.
LOGANATHAN, M. et al. Effective adsorption of crystal violet onto aromatic polyimides: Kinetics and isotherm studies. Chemosphere, v. 304, n. April, p. 135332, 2022.