Pirenópolis – Goiás – Brasil 20 a 22 de outubro de 2015
ADSORÇÃO DE Cd(II) UTILIZANDO O FRUTO DO BARÚ (Dipteryx alata), COMO ADSORVENTE NATURAL
Cleciane Souza Sales Cleide Sandra Tavares Araújo Química Licenciatura; CNPQ; UEG – Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológica;
cleciane_sales@hotmail.com Docente; UEG – Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológica; Anápolis – GO; crtarjb@yahoo.com.br
INTRODUÇÃO
O crescente aumento da demanda de bens duráveis e não duráveis associados ao crescimento populacional do planeta levam à necessidade de um desenvolvimento industrial, e como consequência, os impactos ambientais (MARTINS et al, 2013).
A água é essencial para todas as formas de vida na Terra, atua como regulador climático, além de atividades industriais, agricultura, geração de energia, navegação, irrigação entre outros (MARENGO, 2008).
Diversos compostos podem contaminar o ambiente aquático mesmo em baixas concentrações entre eles os íons metálicos. “Metais Tóxicos”, segundo Barakat, (2011) são geralmente considerados aqueles cuja densidade seja superior ou igual a 5 g cm-3, característica de elementos como o chumbo, cobre, cádmio e zinco.
O cádmio é um metal de transição tóxico que naturalmente ocorre em conjunto com os minérios de zinco, chumbo e cobre (FILIPIČ, 2012). E que não participa de nenhuma atividade funcional metabólica (FRANCHI et al, 2011).
de cerca de 110 espécies nativas que apresentam potencial econômico para a população da região (NEPOMUCENO, 2006).
Técnicas convencionais tais como filtração por membrana, troca iônica, tratamento eletroquímico (XIAO et al, 2012) entre outras tem sido utilizadas para a remoção de íons metálicos em água (CHEN et al, 2012). Entretanto esses métodos demandam de alto capital e custos operacionais, baixa eficiência, condições operacionais sensíveis e produção de resíduos secundários (GOOGERDCHIAN et al, 2012).
Neste contexto, metodologias alternativas de remediação química de ambientes contaminados têm sido investigadas, especialmente aquelas que utilizam processos adsortivos. O fenômeno de adsorção é atualmente definido como o enriquecimento de um ou mais componentes em uma região interfacial devido ao não balanceamento de forças (GREGG; SING, 1962).
Através de isotermas de adsorção é possível determinar a quantidade máxima de adsorvato que o adsorvente é capaz de reter em sua superfície. A correlação de dados experimentais utilizando equação teórica ou empírica é essencial para a previsão de dados de adsorção (VASQUES, 2008).
O modelo de Langmuir é um modelo matemático mais simples para a representação de isotermas de adsorção, e corresponde a um tipo de adsorção em monocamadas altamente idealizada. O modelo de Freundlich propõe a formação de uma multicamada (TOOR E JIN, 2012).
A cinética de adsorção descreve a velocidade com que o adsorvato é adsorvido pelo adsorvente. Esta velocidade depende das características físico-químicas do adsorvato, ou seja, de sua natureza, massa molecular, solubilidade. Do adsorvente, sendo da sua natureza e estrutura de poros e da solução que pode ser influenciada pelo pH, temperatura e concentração (SCHNEIDER, 2008).
O estudo cinético de adsorção é realizado através da aplicação de dois modelos matemáticos que relacionam a quantidade de elemento adsorvido por uma matriz sólida e o tempo de contato entre o adsorvente e o adsorvato, a certa temperatura, sendo estes os de pseudo-primeira ordem com a característica de que ocorre apenas a ocupação de um sítio ativo do adsorvente e o de pseudo-segunda ordem, que possui a característica de ocupação de dois sítios ativos do adsorvente (YENER et al., 2006).
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remediação química de ambientes contaminados por íons metálicos, torna-se necessário, a busca e desenvolvimento de métodos simples e de baixo custo, que permitam removê-los do meio ambiente.
OBJETIVO(S)
Avaliar as potencialidades das cascas e polpa trituradas do Barú (Dipteryx alata )“in
natura” na adsorção de íons Cd(II);
Investigar materiais alternativos, para o uso em processos de remediação química;
Determinar a capacidade máxima adsortiva (CMA) do material, na remoção de íons Cd(II)
através da construção de isotermas de adsorção;
Realizar estudos cinéticos e identificar o modelo mais adequado ao sistema, se pseudo-primeira ordem ou pseudo-segunda ordem para a adsorção de Cd(II);
METODOLOGIA
Os frutos do Barú foram obtidos no pátio da UEG- CCET, Anápolis-GO. As cascas foram separadas das sementes, lavadas, secas em estufa com circulação de ar modelo MA-035 (Marconi, Piracicaba, SP) e trituradas em moinho de facas TE-650 (Tecnal, Piracicaba, SPl). A granulometria foi definida em peneiras Tyler (Bertel - Ind. Metalalúrgica Ltda , Caieiras, SP) com tamanhos de partículas de 100 a 115 mesh. Para avaliar a capacidade máxima de adsorção (CMA) foram preparadas soluções individuais do metal de interesse através de diluições sucessivas a partir de
soluções padrões de grau analítico com concentração 1000 mg L-1 (Dinâmica Química
Contemporânea Ltda, Diadema-SP). As vidrarias foram limpas, em solução de ácido nítrico (HNO3)
a 10 % por um período de 24 horas, enxaguadas com água destilada e secas à temperatura ambiente. Para a otimização do sistema, foi estudado as variáveis pH da solução, tempo de agitação (minutos) e massa do adsorvente (mg). O ajuste do pH das soluções foi realizado utilizando Potenciômetro Microprocessado 0400-MT (Quimis®, Diadema, SP), com soluções de Hidróxido de sódio NaOH e ácido nítrico HNO3 (Dinâmica, Diadema-SP) ambas de concentração 0,3 mol L-1. As variáveis
meio (2 e 9), através da realização de Planejamento Fatorial 23 com a finalidade de determinar as condições onde ocorre a maior remoção. A solução do metal foi agitada com a respectiva massa de adsorvente à temperatura ambiente em frascos de polietileno e agitador magnético Shaker TE-42 (Tecnal, Piracicaba, SP). Após a agitação o pH das soluções foram ajustados novamente, e em seguida as soluções foram filtradas em sistema de filtração simples, utilizando papel de filtro Quanty JP-42. O sobrenadante foi analisado por Espectroscopia de Absorção Atômica por Chama (FAAS), Perkin Elmer, Aanalyst 400 (Massachusetts, USA) para a quantificação de íons Cd(II). A fim de se obter a Capacidade Máxima Adsortiva (CMA), foram construídas isotermas de adsorção aplicadas aos modelos de Langmuir e Freundlich, onde se pode verificar graficamente a quantidade máxima de adsorvato (mg) que pode ser adsorvida por uma determinada massa de adsorvente (g).
Na construção da isoterma foram utilizados 25 mg do adsorvente, com granulometria entre 115 ≤ G ≤ 100 mesh, ao qual foram levados a um Agitador Magnético Shaker TE-42 (Tecnal, Piracicaba, SP) à temperatura ambiente, com 15 mL de solução de Cd(II), em concentrações variando de 5 a 70 mg L-1, em pH 7,0 e tempo de agitação de 20 minutos. Em seguida, o pH foi novamente ajustado para 7,0. Posteriormente, o sobrenadante foi analisado por Espectrômetro de Absorção Atômica com Chama - FAAS Analyst 400 (Perkin Elmer, Massachusetts, USA). A quantificação do teor de Cd(II) foi realizada mediante construção de curva de calibração na faixa de 5 a 25 mg L-1.
As isotermas foram obtidas lançando no eixo das abscissas a concentração do sobrenadante (Ce) e
no eixo da ordenada a quantidade máxima do metal adsorvido (mg L-1) pela massa do adsorvente (mg). A massa do metal adsorvido foi calculada subtraindo a concentração da solução de trabalho inicial (C0) e da solução de equilíbrio (Ce) após a agitação, multiplicando-se o valor obtido pelo
volume da solução em litros (0,015 L). O tratamento matemático dos dados foram realizados utilizando o software (ORIGINPRO, versão 8.0), e os resultados experimentais foram ajustados ao modelo através da regressão linear.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
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procedimento de adsorção, especialmente pH. Maiores porcentagem de remoção foram sendo observadas quando a massa foi elevada, e nos experimentos em que as variável massa e pH estavam no nível máximo. As condições ótimas foram definidas para a construção das isotermas de adsorção como mostra a Figura 1.
Figura 1 – Gráfico de Pareto.
A isoterma foi obtida lançando-se no eixo das abscissas a concentração do sobrenadante, Ce (mg L-1) e no eixo da ordenada a quantidade máxima do metal adsorvido pela massa do adsorvente Qe (mg g-1). O Qe foi calculado subtraindo a concentração da solução de trabalho inicial C0 (mg L -1
) da solução final Cf (mg L-1), ou seja, antes e depois da remoção, multiplicando-se o valor obtido pelo volume da solução (L) e logo dividindo-se pela massa do adsorvente (g), representado pela Equação 1
Qe = (c0 – cf).v
m
Figura 2 - Isoterma de adsorção de íons Cd(II) em cascas e polpas de Baru 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 5 10 15 20 25 30 Q e (mg g -1) Ce (mg L-1 )
Condições: pH = 7,0; [Cd(II)] = 5 a 70 mg L-1; tagit = 20 min. e madsorv = 25 mg
A remoção de metal Cd(II) em amostras sintéticas usando casca e polpa trituradas de Baru, mostraram que a adsorção foi um processo completamente favorável nas condições e faixas de concentração estudadas.
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Figura 3 (a) – Linearização da isoterma segundo Langmuir
0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 1/Q e ( m g g -1 ) 1/Ce (mg L-1 ) Y = 5,349x - 0,196 r = 0,9885
Figura 3(b) – Linearização da isoterma segundo Freundlich
Pode-se observar que, no estudo das isotermas de adsorção, os dados experimentais para a adsorção de íons Cd(II) pelas cascas e polpas de Baru (Dipteryx alata), proporcionaram bons ajustes para os dois modelos de isotermas, apesar do fato de que o coeficiente de correlação para o modelo de Freundlich foi ligeiramente superior ao modelo de Langmuir.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados iniciais através da biomassa de casca e polpa triturados de Baru (Dipteryx alata) na remoção de íons Cd(II), indica que o material apresenta potencialidade na remoção destes íons metálicos, e constitui uma alternativa promissora para remediação de águas contaminadas.
Os estudos relacionados ao processo de otimização da adsorção do Baru (Dipteryx alata) mostraram que o pH da solução com o respectivo adsorvente, influencia significativamente na eficiência da remoção. Com relação ao tempo de contato de 5 e 10 minutos não houve contribuição, que também foi observado na massa de 25 e 250 mg, sendo assim, obteve-se uma contribuição eficiênte do pH da solução, bem como a interação da massa do adsorvente para com o pH, mesmo que a massa não tenha representado uma determinada relevância. Assim, obteve-se uma remoção de aproximadamente 70,3% do metal Cd(II) da solução aquosa. De acordo com os dados experimentais na construção das isotermas de adsorção, pode-se concluir que o processo de adsorção foi satisfatoriamente descrito pelos modelos de equação Linearizadas de Langmuir e Freundlich, uma vez que apresentou fatores de correlações respectivamente próximos: 0,9885 e 0,9981.
Diante dos resultados conclui-se que o Baru (Dipteryx alata) apresentou-se como um material alternativo para a remoção de íons Cd(II) em sistemas aquosos, que pôde ser verificado pelos parâmetros de Langmuir e Freundlich respectivamente, 0 < RL < 1 como adsorção favorável;
e valor de Kf = 1,03 10-7 entre 0 – 24, o que indica uma pequena adsorção, além da caracterização do material adsorvente com os sítios adsortivos responsáveis pelo fenômeno.
AGRADECIMENTOS
Pirenópolis – Goiás – Brasil 20 a 22 de outubro de 2015 REFERÊNCIAS
BARAKAT, M. A. New trends in removing heavy metals from industrial wastewater. Arabian Journal of Chemistry, v. 4, p. 361–377, 2011.
CHEN, D., LI, Y., ZHANG, J., LI, W., ZHOU, J., SHAO, L., QIAN, G. Efficient removal of
dyes by a novel magnetic Fe3O4/ZnCr-layered double hydroxide adsorbent from heavy metal wastewater. Journal of Hazardous Materials, v. 243, p. 152– 160, 2012.
FILIPIČ, M. Review: Mechanisms of cadmium induced genomic instability. MutationResearch, v. 733, p. 69–77, 2012.
FRANCHI, M., MENEGÁRIO, A. A., GARCIA, A. L. B., CHAGAS, G. C., SILVA, M. V.,
PIÃO, A. C. S., GOVONE, J. S. Bioconcentration of Cd and Pb by the River Crab Trichodactylus
fluviatilis (Crustacea: Decapoda). J. Braz. Chem. Soc., v. 22, p. 230-238,
2011.
GOOGERDCHIAN, F., MOHEB, A., EMADI, R. Lead sorption properties of nanohydroxyapatite– alginate composite adsorbents. Chemical Engineering Journal, v.
200-202, p. 471-479, 2012.
GREGG, S. J.; SING, K. S. W. Adsorption, surface area and porosity. Nova York: Academic Press,
v.1, p.61-84, 1962.
LIMA, A.; SILVA, A. M. O.; TRINDADE, R. A.; TORRES, R. P.; MANCINI-FILHO, J. Composição química e compostos bioativos presentes na polpa e na amêndoa do pequi (Caryocar
brasiliense, Camb.). Revista Brasileira de Fruticultura, v. 29, p. 695-698, 2007.
MARTINS, A. E.; PEREIRA, M. S.; JORGETTO, A. O.; MARTINES, M. A. U.; SILVA, R. I. V.; SAEKI, M.; CASTRO, G. R. The reactive surface of Castor leaf [Ricinus communis L.] powder as a green adsorbent for the removal of heavy metals from natural river water. Applied Surface Science, v. 276, p. 24–30, 2013.
NEPOMUCENO, D. L. M. G. O extrativismo de baru (Dipteryx alata) em Pirenópolis (GO) e sua sustentabilidade. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Produção Sustentável, Universidade Católica de Goiás, Goiânia - Goiás, 2006.
SCHNEIDER, E.L. Adsorção de compostos fenólicos sobre carvão ativado. 2008. 79 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2008.
TOOR, M., JIN, B. Adsorption characteristics, isotherm, kinetics, and diffusion of modified natural bentonite for removing diazo dye. Chemical Engineering Journal, v. 187, p. 79– 88, 2012.
VASQUES, A. R., Caracterização e Aplicação de Adsorvente para Remoção de Corantes de Efluentes Têxteis em Batelada e Colunas de Leito Fixo. 2008, 153 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008.
YENER, J.; KOPAC, T.; DOGU, G.;DOGU, T. Adsorption of basic yellow 28 from aqueous solutions with clinoptilolite and amberlite. Journal of Colloid and Interface Science, v. 294, p. 255-264, 2006.
XIAO, Z. H., ZHANG, R., CHEN, X.Y., LI, X. L., ZHOU, T. F. Magnetically recoverable
