Autores
Silva, F.A. (IFMA) ; Cantanhede, L.B. (IFMA) ; Marques, I.S. (IFMA) ; Araújo, W.S. (IFMA) ; Pinheiro, V.L.F. (IFMA)
Resumo
A contaminação de recursos naturais por corantes é uma problemática que ganhou destaque
nos últimos anos, principalmente em estudos que desenvolvem novos métodos de remoção
desses compostos. Neste estudo preparou-se, caracterizou-se e investigou-se a
capacidade adsortiva do carvão ativado quimicamente com H3PO4, obtido a partir da casca
do fruto tamboril para a remoção do corante AM em meio aquoso. Os experimentos foram
realizados pelo método de batelada e quantificação do AM adsorvido realiza pela técnica
espectrofotométrica de UV-Visível. Os dados experimentais adequados aos modelos de
isoterma e cinético, revelaram que os modelos de Langmuir e pseudossegunda ordem se
ajustaram melhor ao sistema, respectivamente. A capacidade máxima adsorvida foi máxima
adsorvida foi de 525,15 mg.g-1.
Palavras chaves
ADSORÇÃO; AZUL DE METILENO; CARVÃO ATIVADO
Introdução
Ao longo dos anos a indústria de corantes vem desenvolvendo um papel significativo
na economia moderna. Entretanto, a produção têxtil tem se destacado, negativamente,
na utilização de corantes pelo ponto de vista de contaminação de efluentes por
resíduos oriundos de produtos perigosos e tóxicos (SAKR et al., 2020). Diante dessa
problemática, se faz necessário uma ação preventiva de forma eficaz a curto, médio e
longo prazo que pode ser alcançada através do estudo de métodos, processos ou
estratégias que possam reduzir os resíduos gerados pela contaminação indesejável de
corantes ao ambiente (HO, 2020). Devido ao alto custo dos diversos meios de
tratamentos de efluentes industriais contaminados, o processo de adsorção
sólido/líquido se mostra uma alternativa simples e viável economicamente, pois
acontece pela transferência de massa de um soluto que esteja presente na fase
liquida para uma superfície porosa na fase sólida (SANTOS-CLOTAS et al., 2019).
Existem vários tipos de adsorvente no mercado, porém o alto curso de materiais
sintéticos têm direcionado pesquisa para adsorventes alternativos, também chamados
de adsorventes de baixo custo ou não convencionais (MASHKOOR e NASAR, 2020). Os
carvões ativados possuem grande capacidade adsortiva, grande área superficial
específica, alta resistência mecânica e baixo custo, além da grande disponibilidade
a natureza (HAN et al., 2020). Neste estudo objetivou-se a investigação do potencial
adsortivo do carvão ativado preparado frente ao corante AM em meio aquoso. A
quantificação do corante ocorreu por meio da utilização de espectrofotometria na
região do ultravioleta visível UV-Vis, pela medição direta da absorbância do
analito. Os dados experimentais foram ajustados a modelos de isotermas e cinéticos
disponíveis na literatura.
Material e métodos
Os reagentes utilizados neste trabalho foram de pureza analítica e apenas água
destilada. As cascas do fruto do tamboril foram lavadas, secas e trituradas,
depois foi realizada a ativação de 20 gramas do precursor com Ácido Fosfórico
(H3PO4) a 40% a uma proporção em massa de ácido/tamboril entre 1/2 e 3/1, depois
seca por mais 24 horas. Em seguida, em forno mufla deu-se início a etapa de
pirólise. Foram preparados carvões ativados em diferentes temperaturas (523 K, 623 K
e 773 K) e tempo de queima (1 a 3 horas). Por conseguinte, o material foi lavado com
água destilado para remover o excesso de ácido, depois seco a 333±5K, macerado,
seguida da granulometria com grãos entre 53 e 150 µm. O carvão foi denominado
como CAx-Py-Tz (onde 'x', 'y' e ‘z’ são o tempo de pirólise do precursor ativado
(horas), razão de massa de H3PO4 para resíduo de tamboril e a temperatura de
ativação (K), respectivamente). Para o melhor entendimento do mecanismo de
adsorção foram realizadas algumas análises de caracterização do material adsorvente
como FT-IR, MEV, TGA, pHpcz, Teor de cinzas e umidade. A capacidade adsortiva foi
investigada com a construção de uma curva de calibração utilizando o corante AM
aquosa como molécula poluente modelo em solução em concentrações entre 748 e 3831,
19 mg.L-1 a 298 K e pH 5,5. Foi utilizado Espectrofotômetro Shimadzu UV-Visível
através da medição da absorbância do analito. Condições iguais foram utilizadas para
os ensaios adsortivos. O tempo de equilíbrio, estudo da massa do adsorvente e a
isoterma foi analisada em tempo de 0 a 48 h, massa entre 5 e 10 mg e concentração
entre 748 e 3.831,19 mg.L-1, respectivamente. A validação foi realizada com ajuste
dos dados experimentais a modelos de isotermas e cinéticos disponíveis na
literatura.
Resultado e discussão
As caracterizações de TGA, MEV e FT-IR, pHpcz revelaram que o material adsorvente,
CA3P2,75T623, possui uma degradação térmica em torno da temperatura de 623 K e tempo
de 3 horas, estruturas irregulares e porosas por toda superfície dos grãos, grupos
ácidos, o pHpcz foi 3,25 que caracteriza a superfície do adsorvente carregada
negativamente, respectivamente (MAMANÍ et al., 2021). A Figura 1 apresenta as
caracterizações TGA, MEV, FT-IR e pHpcz. As caracterizações realizadas demonstraram
que o material adsorvente possui uma superfície facilitadora da difusão de
adsorvatos que favorece a adsorção do corante Azul de Metileno, uma vez que se trata
de um corante catiônico, resultados semelhantes foram obtidos por Zhang et al.,
(2021). O tempo de equilíbrio, o estudo da massa do adsorvente e isoterma de
adsorção obtido a partir dos ensaios alcançou 120 minutos para o equilíbrio de
adsorção, o ensaio experimental com a massa de 30 mg do carvão ativado obteve maior
quantidade adsortiva de AM e a remoção do corante aumenta à medida que eleva-se a
concentração, chegando a remover 525,15 mg de corante por grama de carvão, com
remoção e 82,67%, respectivamente. A Figura 2 apresenta a adequação dos dados
experimentais a modelos de isoterma e cinéticos. Os dados experimentais adequados os
modelos de isoterma e aos modelos cinéticos mostraram que o modelo de isoterma de
Langmuir melhor se ajustou (R2=0,999), sugerindo adsorção em monocamada homogênea. O
modelo cinético de pseudossegunda ordem obteve melhor ajuste (R2-=0,998), indicando
que além de interações físicas, também ocorrem interações químicas no processo
adsortivo, com a difusão intrapartícula não sendo a única etapa limitante da
velocidade da adsorção. Resultados semelhantes foram obtidos por Han et al., (2021).
Análises de caracterização MEV (1), FT-IR (2), TGA (3) e pHpcz (4) do adsorvente.
Ajuste aos modelos de isoterma de Langmuir/ Freundlich e modelos cinéticos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e mecanismo intrapartícula.
Conclusões
Conclui-se que o CA3P2,75T623 como melhor condição de preparo do carvão ativado. As
caracterizações demonstraram que a superfície do adsorvente é favorável pra o processo
adsortivo do corante AM, uma vez que o tempo de equilíbrio foi de apenas 120 minutos, a
quantidade máxima adsorvida foi de 525,15 mg.g-1, com ajuste dos dados experimentais ao
modelo de isoterma de isoterma de Langmuir e ao modelo cinético de pseudossegunda ordem
indicando adsorção em monocamada e existência de interações químicas. Portanto, o
CA3P2,75T623 se mostra como um potencial adsorvente alternativo para remoção de AM.
Agradecimentos
Agradeço ao Programa de Pós-Graduação em Química do Instituto Federal de Educação,
Ciência e Tecnologia do Maranhão - IFMA (Campus - Monte Castelo e IFMA Campus-
Codó) e ao Grupo de Inorgânica e Catálise do Maranhão - GEIC.
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