UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E
TECNOLÓGICAS –UnUCET
Túlio Natalino de Matos
Potencialidades das cascas de
Jatobá-do-Cerrado (Hymenaea stigonocarpa) na adsorção
de íons Pb(II)
TÚLIO NATALINO DE MATOS
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de graduação em Licenciatura em Química da Universidade Estadual de Goiás, como requisito para o título de Licenciatura Plena em Química.
Orientadora: Prof.ª Dra. Cleide Sandra Tavares Araújo
À DEUS, nosso amado Pai, pela vida, por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades e por todas as oportunidades que me foram concedidas.
Ao meu amado pai (Valter José de Matos) e minha amada mãe (Marta Matos de Andrade), e aos meus queridos irmãos, pelo amor, carinho, apoio e compreensão, e
que apesar das dificuldades não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa da minha vida, pois sempre acreditaram em mim. AMO VOCÊS
INCONDICIONALMENTE!
A todos os meus familiares, avôs, avós, tios, tias, primos e primas por ser esta família maravilhosa e me apoiar constantemente. À todos vocês, o meu muito
obrigado.
Agradeço а todos оs professores por mе proporcionar о conhecimento não apenas racional, mas а manifestação do caráter е afetividade da educação no processo de formação profissional, por tanto que se dedicaram а mim, não somente por terem mе ensinado, mаs por terem mе feito aprender. А palavra mestre, nunca fará justiça
аоs professores dedicados аоs quais sеm nominar terão оs meus eternos agradecimentos.
Agradeço a orientação da professora Dra. Cleide Sandra Tavares Araújo que colaborou de forma fundamental nesse trabalho, indicando sugestões que contribuíram de forma significativa. Agradeço a oportunidade de aprendizado atual e
acredito na possibilidade de uma parceira muito produtiva em trabalhos futuros. Obrigado pelo direcionamento, paciência e amizade. A você, minha eterna gratidão
e respeito.
Ao grupo de pesquisa de química analítica, pela disponibilidade na realização do trabalho experimental.
Não posso esquecer-me dos meus fiéis amigos, companheiros que me fez fortalecer e crescer a cada dia. Uma família que construí, pois, é com vocês que compartilho
angústias, alegrias, felicidades e tantas outras coisas que uma amizade faz. Agradeço pelos ensinamentos, carinho, compreensão e esta maravilhosa amizade.
Obrigado pelo intermitente apoio.
Tecnológicas (UnUCET). Universidade Estadual de Goiás (UEG). Anápolis, 2014. 49 páginas.
RESUMO
Devido ao crescimento populacional, o mundo vivencia o aumento da produção industrial para atender a demanda do mercado, causando impactos ambientais, ao lançar resíduos em seus efluentes, contendo em sua maioria contaminantes, como íons metálicos, sendo prejudiciais ao ambiente e à biota. Técnicas convencionais de tratamento de efluentes apresentam algumas limitações como inviabilidade técnica e econômica. Neste contexto, metodologias envolvendo processos de biossorção utilizando materiais naturais alternativos são desenvolvidas, pois oferecem várias vantagens como alta eficiência, baixo custo e minimização de resíduos. Neste trabalho cascas trituradas de jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa) foram utilizadas para a remoção de íons Pb(II) em soluções sintéticas. Os frutos foram coletados e as cascas separadas da polpa foram lavadas com água deionizada e secas em estufa com circulação de ar. Para a otimização do sistema foi utilizado Planejamento Fatorial 23, no qual o tempo de contato (5 e 10 minutos), massa do adsorvente (25 e 250 mg) e pH (2 e 9) foram avaliados. Verificou-se que a adsorção do metal é fortemente dependente da massa do adsorvente, com remoção de aproximadamente 90,48% de metal. A capacidade máxima de adsorção foi avaliada através da construção de isoterma de adsorção nas condições: tempo de contato (20 min.), pH (7,0), massa do adsorvente (50 mg) e soluções de concentrações crescentes variando de 5 a 100 mg L-1. O modelo matemático que melhor se adequa às condições de estudo foi o de Langmüir com a capacidade máxima de 90,01 mg de íons Pb(II) por g de adsorvente. Para os estudos cinéticos 50 mg do adsorvente foram agitados com 25 ml de solução de íons Pb(II) 10 mg L-1 em frascos de polietileno a temperatura ambiente e pH ajustado para 7. Intervalos de 0 a 300 minutos foram utilizados para agitação. Posteriormente o sobrenadante foi analisado por FAAS e os dados tratados pelo software Origin 8, aplicando os modelos matemáticos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Os resultados representou-se para o modelo de pseudo-primeira ordem em relação a cinética de pseudo-segunda ordem, podendo ser verificado pelo coeficiente de correlação que é 0,9601 e 0,0999 respectivamente. Com o intuito de evidenciar os principais grupos funcionais realizou-se uma análise espectroscópica na região do Infravermelho. Os resultados obtidos até o presente mostram a potencialidade deste material como uma alternativa promissora para a remoção de íons Pb(II) em águas.
Palavras-chave: Adsorção; chumbo; águas; jatobá-do-cerrado; Hymenaea
Universidade Estadual de Goiás (UEG). Anápolis, 2014. 49 pages. ABSTRACT
Due to population growth, the world experiences an increase on the industrial production to meet market demand, causing environmental impacts, like metallic ions, being harmful to the environment and biota. Conventional techniques of effluent treatment represent some limitations such as technical infeasibility and economic. In this context, methodologies involving biosorption processes utilizing alternative natural materials are developed, for they offer several advantages such as high efficiency, low cost and waste minimization. In this project crushed shells of jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa), were used for the removal of ions Pb (II) in synthetics solutions. The fruitages were collected and the shells separated from the pulp were washed with deionized water and dried in greenhouse with air circulation. For the optimization of the system Factorial Design 23 was used, where the time of contact (5 and 10 minutes), the adsorbent mass (25 and 250 mg) and pH (2 and 9) were evaluated. It was verified that the adsorption of the metal is strongly dependent of the mass of the adsorbent, with removal approximately 90,48% of metal. The maximum capacity of adsorption was evaluated through the construction of isotherm of the adsorbent in the conditions: time of contact (20 min.), pH (7,0), mass of adsorbent (50 mg) and solutions of increasing concentration ranging from 5 to 100 mg L-1 . The mathematical model that best suits to the conditions of the study was the Langmuir with maximum capacity of 90,01 mg of ions Pb(II) by g of adsorbent. For the kinetic studies 50 mg of the adsorbent were agitated with 25 ml of ions solutions Pb(II) 10 mg L-1 in polyethylene bottles at ambient temperature and pH adjusted to 7. Intervals from 0 to 300 minutes were used for the agitation. Afterwards the floating was analyzed by FAAS and the treated data by Origin 8 software, applying the mathematic models of pseudo-first order and pseudo-second order. The results were represented for the pseudo-first order in relation to kinetic of pseudo-second order, being able to be verified by the coefficient of correlation that is 0,9601 and 0,0999 respectively. With the intention of showing the main functional groups held an spectroscopic analysis in the infra-red region. The results obtained until the present show a potentiality of this material like a promising alternative for the removal of íons Pb(II) in water.
B: Força de interação adsorvente-adsorvato Ce: Concentração do analito no equilíbrio CMA: Capacidade Máxima de Adsorção
FAAS: Espectrometria de Absorção Atômica com Chama FTIR: Espectroscopia na região do infravermelho
Qe: Quantidade adsorvida no equilíbrio
Figura 1: Representação da estrutura química da lignina. ... 19
Figura 2: Representação da estrutura química da celulose. ... 19
Figura 3. Partes da árvore do jatobá-do-cerrado. ... 21
Figura 4: Os principais tipos de isotermas de adsorção. ... 22
Figura 5: Gráfico de Pareto. ... 31
Figura 6: Curva de calibração para o íon Pb(II). ... 33
Figura 7: Isoterma de adsorção. ... 34
Figura 8: Ajustes lineares segundo os modelos de Langmuir (a) e Freundlich (b). ... 35
Figura 9: Modelo cinético de pseudo-primeira ordem (a) e pseudo-segunda ordem (b). ... 37
1. INTRODUÇÃO ... 10
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 13
2.1. Desenvolvimento Industrial ... 13
2.2. Sustentabilidade e a Química Verde ... 14
2.3. Água ... 15
2.4. Contaminação por metais ... 16
2.5. Tecnologias convencionais ... 17
2.6. Materiais alternativos ... 18
2.7. Jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa) ... 20
2.8. Isoterma de adsorção ... 21 3. OBJETIVOS ... 26 3.1. Objetivo Geral ... 26 3.2. Objetivos Específicos ... 26 4. METODOLOGIA ... 27 4.1. Otimização do Sistema ... 27
4.2. Capacidade Máxima de Adsorção (CMA) ... 28
4.3. Estudos Cinéticos ... 29
4.4. Caracterização das cascas de jatobá-do-cerrado ... 29
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 30
5.1. Otimização do Sistema ... 30
5.2. Capacidade Máxima de Adsorção (CMA) ... 32
5.3. Estudos Cinéticos ... 36
5.4. Caracterização das cascas de jatobá-do-cerrado ... 38
5.4.1. Espectroscopia vibracional na região do infravermelho ... 38
6. CONCLUSÕES ... 40
1. INTRODUÇÃO
O mundo, impulsionado pelo capitalismo e suas estratégias de marketing, vivencia o aumento exponencial da produção industrial para atender a demanda do mercado, acompanhado de sérios riscos à conservação do meio ambiente e da qualidade de vida das gerações presentes e vindouras (JACOBI; BESEN, 2011).
Tal ingrediente aliado ao desmedido crescimento populacional intensifica os problemas de ação antrópica, podendo ser facilmente observados através de alterações na qualidade do solo, ar e água.
Em que pese à deterioração de ecossistemas, os recursos hídricos têm causado grande preocupação, pois a presença de substâncias tóxicas, em particular íons metálicos, causam um desequilíbrio ambiental (COSTA JÚNIOR, 2007).
Neste compasso, com os níveis elevados de consumo e descarte, a humanidade caminha para a redução e comprometimento dos recursos naturais (MIMURA et al., 2010).
Segundo o Relatório Planeta Vivo (SOUZA, 2009), o planeta não consegue renovar o que se consome, sendo necessário repensar os padrões de produção, objetivando o consumo sustentável dos recursos naturais utilizando fontes de energia menos poluidoras, com ênfase no ciclo de vida dos produtos, diminuindo a produção de lixo e reciclando o máximo possível.
A Química Ambiental também conhecida como Química “Verde” é um novo direcionamento à questão da redução dos impactos ambientais inerentes às atividades industriais. Tais tendências sinalizam para o desenvolvimento e a aplicação de produtos e processos químicos que minimizem ou reduzem a geração de resíduos tóxicos, tendo como princípio a necessidade de um desenvolvimento sustentável, utilizando os recursos naturais no presente, sem comprometer o uso de gerações futuras (LENARDÃO et al., 2003).
A contaminação de águas e solos por metais pode ocorrer como resultado das atividades como, mineração, chapeamento de metal, curtumes e refino de petróleo, entre outras (MOUNI et al., 2011). Resíduos de íons metálicos provenientes destas atividades contaminam lençóis freáticos e reservatórios de água que abastecem cidades, podendo causar doenças em populações que fazem uso deste recurso (ALMEIDA et al., 2012).
No que tange a remediação química de áreas contaminadas por íons metálicos, tornam-se necessário, a busca e desenvolvimento de métodos eficazes, simples e de baixo custo, que permitam removê-los do meio ambiente (CHATTERJEE; BHATTACHARJEE; CHANDRA, 2010).
Métodos convencionais como, precipitação química, troca iônica (TAGLIAFERRO et al., 2011), resinas quelantes (SADEGHI; SHEIKHZADEH, 2009) entre outros, são amplamente utilizadas, porém demandam custos elevados em relação à implantação e operação.
Atualmente materiais naturais alternativos para a remoção de íons metálicos têm sido cada vez mais explorados devido a sua alta eficiência (SILVA; FERNANDES, 2010).
Adsorvente natural é qualquer material que não seja produzido sinteticamente e que apresente propriedades adsortivas de espécies químicas de origem inorgânica ou orgânica (SCHUBERT; HÜSING, 2005 apud BIAZON, 2008), entre elas, destacam-se os materiais lignocelulósicos de origem vegetal apresentando grande quantidade de lignina e celulose na sua constituição. Normalmente subprodutos agroindustriais, portanto, de baixo custo e de fácil aquisição, possuem a habilidade de adsorver íons metálicos a partir de grupos funcionais presentes nas estruturas das macromoléculas como a lignina e a celulose (SILVA; FERNANDES, 2010). O mecanismo responsável pela retenção dos metais é atribuído aos processos de troca iônica e/ou de complexação que ocorrem na superfície do material por meio da interação dos metais com os grupos carboxílicos, fenólicos, carbonílicos, aminas presentes nas estruturas moleculares entre outros (CYSNE, 2006 apud ARAÚJO, 2009).
Estudos utilizando diferentes adsorventes naturais na remoção de íons metálicos têm sido realizados (MIMURA et al., 2010).
em reter metais (REDONDO-BRENES; MONTAGNINI, 2006 apud ARAKAKI, 2010). O jatobá-do-cerrado é comumente encontrado no bioma cerrado sendo uma planta da família Leguminosae, que apresenta nomes diferentes dependendo da região, como: jatobá, jutaí, jutaí-açu, jutaí-bravo, jutaí-grande, jataí, jataí-açu, jataí-grande, dentre outros.
O fruto é uma vagem indeiscente, lenhosa, glabra, oblonga a cilíndrica, a casca é espessa e vermelho-escura, a polpa é farinácea, adocicada e amarelo claro e as sementes são em número de 2 a 6 por fruto (SEGISMUNDO et al., 2012).
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Desenvolvimento Industrial
Com a revolução industrial do século XIX o crescimento e a expansão dos processos produtivos com a transformação de energias e materiais para a produção de matérias-primas e bens de consumo tornou-se gigantesco e foi acompanhado por um processo de crescimento e urbanização da população (FREITAS; PORTO, 2006).
Esse processo histórico formativo de um sistema econômico mundial, segundo Furtado (2000), retrata a transformação do modo de produção, ou seja, o processo de destruição total ou parcial das formas familiar, artesanal, sensorial e corporativa de organização da produção, e de progressiva implantação de mercados de ingredientes. Essa transformação no sistema de dominação social responsável pela organização da produção abriu mais amplos canais à divisão do trabalho e ao avanço das técnicas, o que realimentaria o processo acumulativo.
A relação entre crescimento econômico e degradação ambiental tem sido o motivo de conferências mundiais e pactos entre países do mundo para a busca do uso sustentável dos recursos naturais no planeta. A questão principal reside em como conciliar crescimento econômico e preservação ou conservação ambiental bem como diminuir os efeitos maléficos provocados pela má utilização dos recursos naturais (MARQUES et al.,2013).
Com os níveis elevados de consumo e descarte, a humanidade caminha para a redução e comprometimento com os recursos naturais como água, ar e solo. Segundo o Relatório Planeta Vivo (SOUZA, 2009), o planeta não consegue renovar o que se consome, sendo necessário repensar os padrões de produção, objetivando o consumo sustentável utilizando fontes de energia menos poluidoras, com ênfase no ciclo de vida dos produtos, diminuindo a produção de lixo e reciclando o máximo possível.
2.2. Sustentabilidade e a Química Verde
Educar para um modo de vida sustentável considerando os limites físicos do ambiente tem se tornado uma preocupação social e uma “exigência” para se alcançar a salvaguarda do planeta (MARQUES et al.,2013). Isto se deve ao reconhecimento internacional de inúmeros e preocupantes problemas contemporâneos, como: as mudanças climáticas, a escassez e má distribuição dos suprimentos alimentares, as grandes migrações derivadas da fome e desastres ambientais; o esgotamento de bens naturais e fontes energéticas carbonosas; a escassez de água potável; a geração e despejo de substâncias tóxicas no ambiente e as responsabilidades pela poluição.
Enfrentar tal situação envolve, além da dimensão ética e do comprometimento de diferentes áreas do conhecimento, ações baseadas no domínio, difusão e produção de conhecimentos científicos relativos aos sistemas físicos e biológicos que compõem nosso planeta e à forma de utilização destes sistemas pelos seres humanos torna-se necessário (MARQUES et al.,2013).
A Rio+20, uma das maiores conferências convocadas pelas Nações Unidas, realizada na cidade do Rio de Janeiro em 2012, propiciou discussões para implementação de estratégias que visem o desenvolvimento sustentável. Desenvolvimento que integra plenamente a necessidade de promover prosperidade, bem-estar no presente e proteção do meio ambiente, sem comprometer as gerações futuras. Segundo o documento final gerado pela conferência, acordado por 188 países, dois terços dos serviços que a natureza oferece para a humanidade estão em declínio, sendo este um dos desafios enfrentados (RIO+20, 2012).
A conscientização ambiental promove crescente exigência, em que setores metalúrgicos, minerais e demais indústrias, tornem alvo de cobrança e fiscalização, tanto social quanto pelos órgãos competentes, em relação às emissões atmosféricas, efluentes líquidos e resíduos de poluentes. No Brasil somente na década de 80 foram criadas legislações que estabelecem os padrões de qualidade da água nos recursos hídricos, sendo que nas décadas anteriores as legislações ambientais se preocupavam apenas com o aspecto de classificação, utilização e discussões sobre a gestão da água (ALMEIDA, 2010).
e de doenças associadas, o uso histórico e atual de agentes químicos para fins industriais e agrícolas, que comprometem a qualidade da água, e consequentemente comprometendo a saúde humana, flora (Agência Nacional de Águas, 2011).
Nesse contexto a Química tem um papel importante, ainda que se reconheça que seus estudos deram enormes contribuições à melhoria na qualidade de nossas vidas. É nesta espécie de “dialética da produção-destruição” que a Química é desafiada a rever muito de seus modelos teórico-práticos, com o fito de produzir alternativas científicas e tecnológicas que tenham em consideração a prevenção ambiental (FREITAS; PORTO, 2006).
A Química Verde parecem surgir como uma resposta a tais expectativas, e se inserem em um amplo, histórico e crescente movimento social, científico e tecnológico em defesa do meio biótico e abiótico (MACHADO, 2011).
Como um novo campo de pesquisa e intervenção, a Química Verde é conhecida por seus princípios que fundamentalmente preconiza diversas linhas de atuação com vista a eliminar ou minimizar os impactos negativos dos produtos da sua fabricação e uso. A Química Verde vem contribuindo para o desenvolvimento científico e na inovação tecnológica associada à sustentabilidade. Neste propósito, a Química Verde vem conquistando cada vez mais espaço em todo mundo, seja em universidades, indústrias, agências governamentais e organizações não governamentais, promovendo o uso da Química para a prevenção da poluição ambiental (MACHADO, 2011).
2.3. Água
A água é sinônimo de vida, substância essencial para o desenvolvimento de muitas atividades econômicas no passado, presente e futuro (ARAÚJO, 2009). Está presente em todos os organismos vivos, na constituição dos órgãos e tecidos, têm a função de transportar nutrientes, é utilizada para diversas atividades no cotidiano do ser humano, além de controlar a temperatura da Terra (STIKKER, 1998 apud ARAÚJO, 2009).
A escassez de água é agravada inclusive no Brasil, que é considerado o país das águas, já que detém um alto volume de água doce existente no planeta Terra. Além de ser ingerida pelo ser humano em quantidade superior a todos os outros alimentos, é imprescindível para a higiene e manutenção da vida (BABARINDE, 2002 apud ARAÚJO, 2009). Possui enorme capacidade de dissolver outras substâncias, tais como sais minerais, matéria orgânica e gases, sendo que a sua poluição decorre da adição de substâncias que, diretamente ou indiretamente, alterem as suas características físicas e químicas (MELO et al., 2012).
Processos industriais que envolvem a utilização da água nas etapas de produção e geram grande quantidade de efluentes, deve fazer uso o sustentável desse recurso, realizando previamente o tratamento adequado dos resíduos gerados antes de serem descartados (BANDEIRA, 2007).
2.4. Contaminação por metais
O nível de contaminação de mananciais com metais tóxicos tem aumentado assustadoramente (MOUNI et al., 2011).
Resíduos de íons metálicos proveniente destas atividades contaminam lençóis freáticos e reservatórios de água que abastecem cidades, podendo causar doenças em populações que fazem uso deste recurso. Dentre estes metais se destaca o Pb(II), sendo este um metal caracterizado pela sua alta ductibilidade e maleabilidade. Seu uso mais constante é na forma de chapas, tem ampla empregabilidade nas indústrias e quando associado ao estanho é utilizado em soldas (ALMEIDA et al., 2012).
O Pb(II) é um elemento químico do grupo dos metais (IV A), de coloração cinzenta, azul brilhante, e se apresenta em estados de oxidação, Pb(II) e Pb(IV).No seu estado elementar, chumbo é um metal denso (11,29 g/cm3), com ponto de fusão 327°C e de ebulição a 1744°C (ALLOWAY, 1990). A flexibilidade permite à utilização na forma de tubo e/ou lâminas. É excelente metal quando usado para proteger da corrosão atmosférica devido a sua rápida oxidação superficial em forma de película de óxido (ZAMBON, 2003).
de minério de chumbo estão na Austrália, China Estados Unidos e Canadá, totalizando juntos, cerca de 66%. O Brasil participa com 0,7% do total mundial, com uma reserva de cerca de 998 mil toneladas, sendo os maiores produtores os estados de Minas Gerais, 30,8%; Rio Grande do Sul, 44%; Paraná, 20% e Bahia e outros estados, os 5% restantes (TEIXEIRA; SILVA, 2012). No Brasil, o chumbo é utilizado principalmente na fabricação de baterias de carros, aproximadamente 80%, em segundo lugar na produção de óxidos, 12%, e o restante na produção de produtos eletrônicos, ligas, soldas, munições, vidros e cerâmicas, totalizando 8%. A produção do metal secundário, através da recuperação de sucatas, contribui com 90% do chumbo consumido internamente (TRIVELATO, 2006).
A contaminação por Pb(II) pode ocorrer por via respiratória, por inalação de partículas, absorção cutânea por contato com acetato de chumbo e, principalmente, por ingestão de alimentos e bebidas contaminados (ZAMBON, 2003). O Pb(II) tem a capacidade de retirar cálcio dos ossos e ficar na forma de reservatório para liberação por longo tempo, bem depois da absorção inicial. Os primeiros sintomas de envenenamento por chumbo são: excitação, depressão e irritabilidade. Como o tempo de degradação do Pb(II) é muito longo comparado com outros poluentes, tende a se acumular nos solos e sedimentos, por possuir baixa degradação microbiológica e ser solúvel, o metal se manterá acessível à cadeia alimentar e ao metabolismo humano por muito tempo, ocasionando graves problemas de saúde (SILVA; AMARAL, 2005).
2.5. Tecnologias convencionais
Neste contexto o desenvolvimento de tecnologias alternativas para o tratamento de efluentes e de águas residuais tem sido objeto de grande interesse nos últimos tempos (TAGLIAFERRO et al., 2011).
Em que pese à remediação química de áreas contaminadas por íons metálicos, tornam-se necessário, a busca e desenvolvimento de métodos simples e de baixo custo, que permitam removê-los do meio ambiente (CHATTERJEE; BHATTACHARJEE; CHANDRA, 2010).
entre outros, são amplamente utilizadas, porém demandam custos elevados em relação à implantação e operação.
2.6. Materiais alternativos
Materiais alternativos têm sido amplamente investigados pois apresentam propriedades adsortivas e não são produzidos sinteticamente (VEGLIO; BEOLCHINI, 1997). Podem ser classificados em adsorventes naturais, biossorventes, adsorventes minerais, adsorventes húmicos e lignocelulósicos.
São considerados materiais de fácil aquisição e, em alguns casos, subprodutos de processos industriais. Outro fator preponderante é que se enquadram no conceito de “Química Limpa”, pois frequentemente não requerem agentes complexantes na etapa de concentração, bem como de solventes orgânicos nas etapas de eluição, uma vez que comumente são usados ácidos minerais diluídos (ARAÚJO, 2009).
A biossorção envolve a utilização de microrganismos na remoção de contaminantes, tornando-se uma alternativa viável por apresentar baixos custos de operação e alta eficiência na desintoxicação de efluentes. Os biossorventes (algas, fungos, leveduras e bactérias dentre outros) são considerados uma importante classe dos adsorventes naturais, pois possuem diferentemente das resinas sintéticas, vários sítios de ligação incluindo grupos aminas, carboxilas, hidroxilas entre outros, o que confere maior capacidade adsortiva (BAG; LALE; TÜRKEY, 1998).
Os adsorventes minerais são classes de adsorventes que compreende basicamente as zeólitas e argilas, além de subprodutos industriais como a lama vermelha proveniente da indústria de alumínio (BAYLEI et al., 1999). Argilas desempenham um papel importante no ambiente, agindo como um removedor natural de poluentes pelo processo de adsorção apresentando grupos funcionais que possibilitam este processo (ZHAO et al., 2013).
Os adsorventes lignocelulósicos são, em geral, subprodutos agroindustriais tais como resíduos de maçã, sabugo de milho, cascas de soja, coco e amendoim entre outros, sendo constituídos basicamente por celulose, hemicelulose e lignina (ARAÚJO, 2009). A lignina e celulose possuem grupos funcionais que tem a habilidade de adsorver íons metálicos através de troca iônica ou complexação (PAGNANELLI et al., 2003). As Figuras 1 e 2 representam as estruturas da lignina e celulose, respectivamente.
Figura 1: Representação da estrutura química da lignina.
Fonte: (MONTEIRO, 2010)
Figura 2:Representação da estrutura química da celulose.
Fonte:(PEREIRA, 2003)
superfície do material por meio da interação dos íons metálicos com os grupos aminas, carboxilas, fenólicos, carbonilas entre outros (MADRID; BARRIO-CORDOBA; CÁMARA, 1998). É característico destes materiais, o alto teor abrasivo e a relativa resistência química, possibilitando aos mesmos diferentes tratamentos químicos a fim de elevar a sua afinidade e/ou especificidade por íons metálicos (MARSHALL; JOHNS, 1996).
2.7. Jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa)
É uma planta que pertence à divisão Magnoliophyta (Angiospermae), ordem Rosales, classe Magnoliopdida (Dicotiledonae), família Leguminoseae e subfamília Caesalpinoideae.É uma árvore decídua e que pode atingir até 20 m de altura, seu tronco é tortuoso com copa baixa e sua ramificação é dicotômica. As folhas do jatobá são alternadas e suas flores são grandes com pétalas pouco excedentes ao cálice. Apresentam nomes diferentes dependendo da região, alguns destes nomes são: jatobá, jutaí, jutaí-açu, jutaí-bravo, jutaí-grande, jataí, jataí-açu, jataí-grande, dentre outros (SEGISMUNDO et al., 2012).
O fruto do jatobá é um legume seco monospérmico ou polispérmico podendo medir de 8 a 20 cm de comprimento, sua textura é rugosa e sua cor varia de marrom-claro a marrom-escuro. Em cada fruto ocorre de uma a seis sementes. A polpa é fibroso-farinácea, com sabor doce e cheiro característico. A ocorrência natural dessa espécie se concentra nas vegetações do Cerrado (CARVALHO, 2007).
A floração acontece de outubro a abril e sua frutificação de julho a novembro. Seu fruto possui alto teor de glicídios indicando grande quantidade de amido em sua constituição (MARTINS, 2006).
Adsorventes naturais têm mostrado bons resultados, em muitos países do mundo, na remoção de metais (MIMURA, 2010). Pode-se, assim, destacar o uso do jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa) como adsorvente natural lignocelulósico que é de fácil obtenção, manejo e contém espécies capazes em reter metais, como lignina e celulose (REDONDO-BRENES; MONTAGNINI, 2006 apud ARAKAKI, 2010).
Estudos comprovam que o jatobá, possui propriedades anti-inflamatória e antioxidante. Efeitos farmacológicos observados estão relacionados à presença de compostos antioxidantes, compostos fenólicos tais como, flavonoides, taninos condensados e terpenos (ORSI et al, 2014). A Figura 3 representa exemplares do jatobá-do-cerrado, frutos, árvore, sementes e flores.
Figura 3.Partes da árvore do jatobá-do-cerrado.
Fonte: (www.panoramio.com)
2.8. Isoterma de adsorção
A adequação de um modelo teórico adsortivo aos dados experimentais propicia um melhor conhecimento do mecanismo envolvido no processo como um todo (VERSIANI, 2008 apud ALMEIDA, 2010).
fornecendo informações importantes sobre o mecanismo de adsorção, natureza das forças entre o adsorvente e o soluto (SILVA, 2004 apud ALMEIDA, 2010).
Existem vários modelos publicados na literatura para descrever os dados experimentais das isotermas de adsorção. GILES e colaboradores (1960) classificaram as isotermas de adsorção em quatro principais classes, de acordo com sua inclinação inicial e, cada classe, por sua vez, em vários subgrupos, baseados na forma das partes superiores das curvas. As quatro classes foram nomeadas de isotermas do tipo S (Spherical), L (Langmüir), H (High affinity) e C (Constant partition). A Figura 4 mostra os principais tipos caracterizados pela curvatura da isoterma na região de diluição da fase líquida.
Figura 4:Os principais tipos de isotermas de adsorção.
Fonte:(GILES,1960)
em relação à abscissa. Nesse caso, há uma diminuição da disponibilidade dos sítios de adsorção quando a concentração da solução aumenta.
A isoterma do tipo H é um caso especial de curva do tipo L e é observada quando a superfície do adsorvente possui alta afinidade pelo soluto adsorvido. Corresponde a uma partição constante do soluto entre a solução e o adsorvente, a isoterma do tipo C, proporciona à curva um aspecto linear. As condições que favorecem as curvas do tipo C são substratos porosos flexíveis e regiões de diferentes graus de solubilidade para o soluto (ALVES, 2010).
Dentre as isotermas relacionadas aos estudos adsortivos destacam-se as isotermas de Langmüir sugerindo a formação das monocamadas, e de Freundlich sugerindo a formação das multicamadas (SILVA, 2004 apud ALMEIDA, 2010).
A isoterma de Langmüir é um dos modelos mais simples para a representação de isotermas de adsorção, e corresponde a um tipo de adsorção em monocamadas altamente idealizada. O modelo de adsorção proposto por Langmüir considera que o adsorvente possui um número limitado de posições na superfície, e que as moléculas podem ser adsorvidas até que todos os sítios superficiais disponíveis estejam ocupados, considera-se que as moléculas serão adsorvidas apenas nos sítios livres (TAVARES et al., 2003 apud ALMEIDA, 2010). A isoterma de Langmüir pode ser deduzida matematicamente pela termodinâmica estatística, tendo a fórmula geral representada pela Equação 2.1.
Qe = b QmaxCe / 1+ bCe (2.1)
sendo: Qe é a quantidade da espécie analítica adsorvida no equilíbrio; Ce é a
concentração da espécie analítica no equilíbrio; Qmax é o parâmetro de Langmüir
relacionado com a capacidade máxima de adsorção; b é o parâmetro de Langmüir relacionado com as forças de interação adsorvente/adsorbato.
2.9. Estudos cinéticos
e da solução que pode ser influenciada pelo pH, temperatura e concentração (SCHNEIDER, 2008). O mecanismo de adsorção de um adsorbato em sólidos porosos pode ser descrito pela cinética como:
i) Contato entre as moléculas do adsorbato e a superfície externa do adsorvente; ii) Adsorção nos sítios da superfície externa;
iii) Difusão das moléculas do adsorbato nos poros;
iv) Adsorção das moléculas do adsorbato nos sítios disponíveis na superfície interna. 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 adsorbato, 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).
Os dados cinéticos são tratados com o modelo de pseudo-primeira ordem de Lagergren (KALAVATHY et al., 2005) na forma linear apresentadas na Equação 2.2.
ln( e - t) ln e- t (2.2)
sendo: Qt é o valor de Qe no tempo t; k1 é a constante de velocidade de
pseudo-primeira ordem (min-1).
A representação gráfica de log (Qe– Qt) em função de t é uma reta com
interseção igual à log Qe e inclinação igual a – k1/2,303. Podendo ser representada
pela Equação 2.3.
log(qe- q) log qe-
, t (2.3)
O modelo cinético de pseudo-segunda ordem, em sua forma linear, é dado pela Equação 2.4 (KALAVATHY et al., 2005).
t
sendo: k2 é a constante de velocidade de pseudo-segunda ordem (g mg-1min-1).
O gráfico de t/Qt em função de t é uma reta com inclinação 1/Qe e interseção
1/(k2 Qe2). Os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem ou pseudo-segunda
ordem serão aplicáveis, quando o coeficiente de correlação apresentar um valor próximo a 1, como também o valor de Qe calculado seja próximo ao Qe experimental
3. OBJETIVOS
3.1. Objetivo Geral
Avaliar as potencialidades das cascas trituradas de Jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa) na adsorção de íons Pb(II).
3.2. Objetivos Específicos
Contribuir para a avaliação e busca de materiais alternativos em potencial, para o uso em processos de remediação química, objetivando o desenvolvimento de tecnologias limpas;
Determinar a capacidade máxima adsortiva (CMA) do material através da construção da isoterma de adsorção bem como os estudos cinéticos das reações;
Identificar o modelo mais adequado ao sistema através de estudos cinéticos se pseudo-primeira ordem ou pseudo-segunda ordem;
4. METODOLOGIA
4.1. Otimização do Sistema
Para a otimização do sistema as soluções foram preparadas com reagentes de grau analítico e água deionizada, proveniente de um sistema Purificador/deionizador de água Milli-Q® Millipore® Simplicity 185 (Millisul Ind. Com. Quim. Biotec. Ltda, Porto Alegre, RS). O método utilizado foi o multivariado, no qual é permitido otimizar simultaneamente todas as variáveis com reduzido número de experimentos e ainda fornecerem dados acerca da interação entre as variáveis.
Como adsorvente natural utilizou-se cascas trituradas de jatobá-do-cerrado obtidas de árvores cultivadas na cidade de Anápolis/GO, as quais foram separadas de suas sementes lavadas com água destilada, secas em estufa com circulação de ar modelo MA-035, (Marconi, Piracicaba, SP) a 40°C por 48 horas e trituradas em moinho de facas (te-650, Piracicaba, Brasil) e depois em liquidificador caseiro (Black &Decker), o pó obtido foi peneirado em peneiras Tyler (Bertel - Ind. Metalalúrgica Ltda, Caieiras, SP) e acondicionado em frascos de polietileno para uso posteriores e a fração de 100 ≤G ≤115 mesh foi utilizada nos experimentos, sendo que o mesmo foi utilizado sem nenhum tratamento prévio.
A higienização de todas as vidrarias, devidamente calibradas, foi realizada com solução de HNO3 10%(Dinâmica, Diadema-SP), onde as mesmas ficaram de
molho por 24 hs, enxaguando com água destilada e sendo utilizadas após estarem bem secas. Para o ajuste do pH das soluções foram utilizados NaOH e HNO30,3 mol
L-1(Dinâmica, Diadema-SP), as medidas de pH foram realizadas em um Potenciômetro Microprocessado (0400-MT, Quimis®, Diadema, SP), previamente calibrado com solução tampão de pH 4,0; 7,0 e 10,0.
As variáveis avaliadas foram tempo de contato (5 e 10 minutos) entre a solução de chumbo e o adsorvente Jatobá-do-cerrado, massa do adsorvente (25 e 250 mg) e pH do meio (2 e 9), através da realização de planejamento fatorial com a finalidade de determinar a otimização dos parâmetros. A avaliação dos resultados foi realizada obtendo como referência o aumento da quantidade de íons Pb(II) (adsorbato) adsorvidos, em uma determinada massa de adsorvente no equilíbrio.
Diadema-SP) em balão volumétrico, ajustou-se os valores de pH para 2 e 9, retirou-se 10 mL da solução e adicionou-se sobre 25 e 250 mg de adsorvente com granulometria entre 100 ≤ G ≤ 115 mesh, em 24 frascos de polietileno. Em seguida, agitados na mesa agitadora Shaker TE-42, (Tecnal, Piracicaba, SP) por 5 e 10 minutos, em sistema aberto a temperatura ambiente em uma velocidade constante de 150 rpm, todas sequências foram feitas triplicatas e sempre utilizando como branco água deionizada.
Após a agitação, ajustou-se o pH novamente de todas as soluções, filtrou-se em papel filtro Quanty JP-42, e o sobrenadante foi transferido diretamente para as cubetas, no qual fez-se as análises num espectrômetro de absorção atômica por chama (FAAS), Perkin Elmer, Analyst 400 (Massachusetts, USA), equipado com corretor de fundo deutério, para a determinação da concentração de íons Pb(II) em solução. O instrumento foi operado sob as condições recomendadas pelo fabricante e técnicos. A realização de todas as etapas experimentais foram feitas em amostras sintéticas.
4.2. Capacidade Máxima de Adsorção (CMA)
Com o intuito de se obter a capacidade máxima adsortiva (CMA) do bioadsorvente para os íons Pb(II), foram construídas isotermas de adsorção aplicadas aos modelos de Langmuir e Freundlich. No qual permitiu verificar graficamente a quantidade máxima do adsorvato (mg) que pode ser adsorvida numa dada massa de adsorvente (g).
Nestes experimentos, 50 mg de material adsorvente dispostos em frascos de polietileno abertos à temperatura ambiente, foram agitados com 25 mL de soluções de íons Pb(II) em concentrações crescentes de 5 a 100 mg L-1, sendo o branco água deionizada. Posteriormente, o sobrenadante foi analisado por FAAS. Os valores de pH 7,0, tempo de agitação 20 minutos e granulometria do adsorvente entre 100 ≤ G ≤ 115 mesh foram utilizados para a construção da isoterma. Após as leituras feitas no espectrômetro, construiu-se a curva de calibração para a determinação do teor de Pb(II) em amostras sintéticas.
tratamento matemático dos dados foi realizado utilizando o programa ORIGIN 8, e os resultados experimentais foram ajustados ao modelo através de regressão linear.
4.3. Estudos Cinéticos
A fim de determinar o tempo de equilíbrio de adsorção, e a ordem de reação realizou-se o estudo cinético, em que se preparou uma solução de Pb(II) 10 mg L-1 a partir do padrão 1000 mg L-1em balão volumétrico, ajustou-se o pH para 7, retirou-se 25 mL de solução de íons Pb(II) 10 mg L-1 e adicionou-se a 50mg do adsorvente com granulometria entre 100 ≤ G ≤ 115 mesh, em frascos de polietileno. Em seguida, agitados na mesa agitadora com intervalos de 0 a 300 minutos.
Após a agitação, ajustou-se o pH novamente de todas as soluções, filtrou-se em papel filtro, o sobrenadante foi transferido diretamente para as cubetas, onde fez-se as análises por FAAS, equipado com corretor de fundo deutério, para a determinação da concentração de íons Pb(II) em solução. Posteriormente os dados foram tratados pelo software Origin 8.
4.4. Caracterização das cascas de jatobá-do-cerrado
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. Otimização do Sistema
As soluções utilizadas foram preparadas com reagentes de grau analítico, e água deionizada proveniente de um sistema de purificação de água Milli-Q® Millipore®, utilizando-se em todos os experimentos. As soluções utilizadas como referência no Espectrômetro de Absorção Atômica por chama foram preparadas por meio de diluições de soluções estoque de 1000 mg L-1 do metal de trabalho Pb(II), utilizando balões e pipetas devidamente limpos e calibrados.
Durante os estudos de capacidade de remoção de íons Pb(II) pelas cascas de jatobá-do-cerrado os quais compreendem a otimização das variáveis como: pH, tempo de contato e massa do adsorvente, utilizou-se o método multivariado, no qual é permitido otimizar simultaneamente todas as variáveis com reduzido número de experimentos e ainda fornecerem dados acerca da interação entre as variáveis, usando o planejamento fatorial (N = 2k, com k= 3, sendo: N é o número de experimentos e k é o número de variáveis).Os níveis e fatores estudados estão descritos na Tabela 1.
Tabela 1:Planejamento fatorial 23 para otimização do sistema.
Fatores (-) (+)
pH 2,0 9,0
Massa 25 mg 250 mg
Tempo de contato 5 minutos 10 minutos
Tabela 2:Matriz do Planejamento Fatorial 23.
Planejamento fatorial 23
Experimento Tempo (min.) Massa (mg) pH
1 - - - 2 + - - 3 - + - 4 + + - 5 - - + 6 + - + 7 - + + 8 + + +
Realizou-se um planejamento experimental com o objetivo de avaliar a influência de variáveis independentes em um processo. A Figura 5 apresenta o gráfico de Pareto, no qual foi possível ter uma melhor visualização dos efeitos para cada amostra de jatobá-do-cerrado de cada variável e suas interações. Em um intervalo de 95% de confiança, apenas valores de efeitos que ultrapassem a linha pontilhada são os considerados efeitos significativos
De acordo com o gráfico de Pareto, num intervalo de 95% de confiança, a massa foi a variável de maior influência no processo seguida do pH, bem como a interação entre as duas. A massa do adsorvente apresentou efeito positivo no sistema devido influenciar na quantidade de sítios ativos disponíveis presentes, e consequentemente na quantidade de metal que será adsorvido. Em seguida, o pH da solução exerce grande influência no processo de adsorção, uma vez que pode ativar ou desativar sítios ativos presentes na superfície do adsorvente, responsáveis pela adsorção do metal.
De acordo com os resultados obtidos, o tempo de contato na faixa estudada não foi uma variável significativa e nem sua interação com as outras variáveis.
Os resultados indicaram que utilizando massa do adsorvente no nível máximo (250mg), pH no nível mínimo (pH = 2) a adsorção é favorecida, nessas condições ocorre a remoção de aproximadamente 90,48% do metal. A elevada eficiência da adsorção pelas cascas trituradas de jatobá-do-cerrado demonstra a potencialidade deste material para remoção de Pb(II) em soluções aquosas, sendo uma alternativa promissora para tratamento de resíduos como uma alternativa de baixo custo, e se enquadrando no conceito de Química limpa. Portanto, há evidências de uma das principais vantagens da utilização do planejamento fatorial, pois através dele é possível avaliar o sistema de maneira multivariada, buscando otimizar todas as variáveis que compõem o sistema experimental.
5.2. Capacidade Máxima de Adsorção (CMA)
A capacidade máxima adsorção (CMA) para íons Pb(II) utilizando as cascas trituradas de pequi foi determinada através da construção de isotermas de adsorção. Este procedimento permitiu verificar graficamente a quantidade máxima adsortiva (em miligramas) do adsorbato que pode ser adsorvida numa dada massa (em gramas) de adsorvente.
Figura 6:Curva de calibração para o íon Pb(II).
A isoterma foi obtida lançando-se no eixo da abscissa a concentração do sobrenadante, ou seja, a concentração de equilíbrio do adsorbato, e no eixo da ordenada a quantidade do metal adsorvido (mg) pela massa do adsorvente. A massa do metal adsorvido Qe (mg g-1) foi calculada subtraindo-se a concentração da solução inicial Ci (mg L-1) da solução final Cf (mg L-1), ou seja, antes e depois da remoção, multiplicando o valor obtido pelo volume da solução V (L), assim determinados através da Equação 5.1 (TAGLIAFERRO et al., 2011).
𝑄 = ( ). (5.1)
As isotermas de adsorção descrevem como os adsorbatos interagem com o material adsorvente, sendo, portanto, de grande importância para a compreensão dos processos adsortivos. A Figura 7 apresenta a curva de isoterma de adsorção de íons Pb(II) em cascas trituradas de jatobá-do-cerrado, nas condições de pH 7,0; massa 50 mg; tempo 20 min; volume 25 mL e concentração de 5 a 100 mg L-1.
0 15 30 45 60 75 90 105 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 [Pb(II)] mgL-1 Equation y = a + b Adj. R-Squa 0,97143
Value Standard Err
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 Q e (mg -1 ) Ce (mgL-1 ) Isoterma de adsorçao)
Figura 7:Isoterma de adsorção.
O efeito do tamanho dos poros sobre o fenômeno de adsorção, em relação a massa do adsorvente é denominado isoterma. A remoção de metal Pb(II) em amostras sintéticas usando o jatobá-do-cerrado mostraram que a adsorção foi um processo completamente favorável nas condições e faixa de concentração estudadas.
Figura 8:Ajustes lineares segundo os modelos de Langmuir (a) e Freundlich (b).
(a) (b)
Existem vários modelos publicados na literatura para descrever os dados experimentais das isotermas de adsorção. O modelo de Langmüir é um dos mais frequentemente usados para descrever isotermas para aplicação em tratamento de águas e efluentes (MOSQUETTA et al., 2011).
O modelo de Langmüir pressupõe que as forças que atuam na adsorção são similares em natureza a aquelas que envolvem combinação química. Considera-se implicitamente que o sistema é ideal, as moléculas são adsorvidas e aderem à superfície do adsorvente em sítios definidos e localizados, com adsorção em monocamada em superfície homogênea, onde cada sítio pode acomodar uma, e somente uma entidade adsorvida, a energia da entidade adsorvida é a mesma em todos os sítios da superfície e não depende da presença ou ausência de outras entidades adsorvidas nos sítios vizinhos, ou seja, apresenta interação desprezível entre as moléculas adsorvidas (LANGMUIR, 1918).
A equação geral da isoterma aplicada à adsorção de líquidos é apresentada na Equação 5.2, visto que é uma linearização da equação de Langmuir, em que o gráfico foi apresentado na Figura 8.
sendo: Qmáx é o parâmetro de Langmuir relacionado com a capacidade máxima de
adsorção; Ce é a concentração da espécie analítica no equilíbrio; b é o parâmetro de
Langmuir relacionados com as forças de interação adsorvente-adsorvato.
Levando em consideração as bases teóricas em que se estabelece o modelo de Langmuir, a boa correlação dos dados indica que o processo ocorre por cobertura da monocamada superficial. De maneira geral, a adsorção de metais em materiais lignocelulósicos próxima da neutralidade (pH = 7,0), pode ser atribuída em parte aos sítios adsortivos presentes na celulose e na lignina. O tempo de contado requerido entre o adsorvente e o adsorbato é de fundamental importância para compreender os processos envolvidos durante a adsorção (MARTINS, 2007 apud MONTEIRO, 2010).
Ao analisar os dois modelos pode-se concluir por meio do coeficiente de correlação obtido na isoterma de Langmuir, 0,9888 que este modelo ajustou-se melhor aos dados experimentais comparado ao modelo de Freundlich, que apresentou R² de 0,89. Assim, o gráfico linear apresentado na Figura 5.4 (a) mostra um melhor ajuste, onde o modelo de Langmuir é recomendado para a obtenção da capacidade máxima de adsorção do jatobá-do-cerrado pelo íon Pb(II). Portanto, a capacidade máxima de adsorção dos íons Pb(II) obtida a partir da isoterma de adsorção, utilizando-se a equação de Langmuir foi de 90,01 mg de íons Pb(II) por g de adsorvente. O resultado obtido mostra que os íons Pb(II) podem ser eficientemente adsorvidos pelo material estudado.
5.3. Estudos Cinéticos
Com o objetivo de obter informações sobre os prováveis mecanismos que controlam o processo de adsorção, tais como transferência de massa na solução e reação química, os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem foram testados neste estudo para interpretar os dados experimentais. A validade destes modelos pode ser avaliada pelos gráficos lineares de cada equação: log (Qe - Qt) versus t para o modelo da pseudo-primeira ordem, t/Qt versus t para o
A partir dos valores dos coeficientes linear e angular obtidos das equações de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem, foram calculados os parâmetros cinéticos da constante de velocidade (K1 e K2) e a quantidade adsorvida no equilíbrio
(Qe), que estão apresentados na Tabela 3.
Figura 9: Modelo cinético de pseudo-primeira ordem (a) e pseudo-segunda ordem (b). 0 50 100 150 200 250 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 lo g (qe - qt ) t (min) (a) 0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 50 60 70 t/q t (mi n g mg -1 ) t (min)
Tabela 3:Parâmetros obtidos no estudo cinético.
Material Pseudo-primeira ordem Pseudo-segunda ordem jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa) R2 qe/ mg g-1 K1/ min-1 R2 qe/ mg g-1 K2/ g mg-1 min-1 0,9601 0,5837 0,0097 0,0999 4,9410 0,0890
Os ajustes experimentais aos modelos apresentados nas Figuras 9 (a) e (b) são representativos para a cinética de pseudo-primeira ordem em relação a cinética de pseudo-segunda ordem, podendo ser verificado pelo coeficiente de correlação que é 0,9601 e 0,0999 respectivamente. Os resultados dos estudos cinéticos na Tabela 3 mostram que os dados experimentais se ajustam melhor ao modelo de pseudo-primeira ordem, sendo que o valor de R2 é maior e o Qmáx calculado é muito
próximo do valor experimental, em comparação com os valores obtidos com o modelo de pseudo-segunda ordem. Consequentemente, no controle da velocidade
de adsorção de íons Pb(II) sobre a casca de jatobá-do-cerrado está envolvido um mecanismo de adsorção em monocamada que é típica de adsorção química.
5.4. Caracterização das cascas de jatobá-do-cerrado
5.4.1. Espectroscopia vibracional na região do infravermelho
O objetivo da utilização deste procedimento foi o de avaliar através desta técnica, os principais grupos funcionais presentes no material, principalmente no que tange à disponibilidade dos principais grupos presentes nas cascas trituradas do jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa) envolvidos nos fenômenos adsortivos, bem como as alterações observadas após o adsorvente entrar em contato com a solução contendo o íon de interesse. A granulometria do adsorvente estudado foi entre 500 a 850 mm semelhantes à utilizada nos ensaios anteriores.
A Figura 10 mostra o espectro obtido na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) para caracterizar os principais grupos funcionais presentes nas cascas do Jatobá-do-cerrado, (Hymenaea stigonocarpa) antes e depois da adsorção de íons Pb(II). A banda larga centrada em 3408 cm-1 pode ser atribuída ao estiramento da ligação O-H presente nas proteínas, ácidos graxos, carboidratos e nas unidades da lignina. Existe também uma contribuição nesta região devido ao estiramento da ligação N-H de amidas devido o componente protéico (STUART, 2004). Os picos que aparecem em torno de 2.930 cm-1 correspondem respectivamente ao estiramento assimétrico e simétrico da ligação C-H do grupo CC-H2. O conjunto entre 1.740 e 1.040 cm-1 pode ser atribuído a
6. CONCLUSÕES
Os estudos relacionados ao processo de otimização da adsorção do jatobá-do-cerrado mostram que a massa do mesmo, influencia significamente na eficiência da remoção. Com relação ao tempo e contato entre 5 e 10 minutos não houve significância, para o parâmetro pH houve significância positiva e na faixa estudada concluindo-se que a massa máxima (250 mg) obteve grande significância, sendo portanto, considerada massa ótima igual a 250mg e pH igual 2. Obtendo assim, a remoção de aproximadamente 90,48% de metal Pb(II) da solução sintética.
A isoterma de adsorção aplicada ao modelo de Langmüir foi essencial na avaliação da capacidade máxima de adsorção de íons Pb(II) pelo adsorvente. A relação massa de adsorbato (mg) pela massa do adsorvente (g) encontrada foi de 90,01 mg g-1 indicando que a espécie Pb(II) apresenta interações favoráveis em se ligar aos sítios ativos do adsorvente.
A adsorção de Pb(II) pelas cascas de jatobá-do-cerrado segue a cinética de pseudo-primeira ordem com R2 igual à 0,96017, sendo este uma boa correlação dos dados cinéticos comparados aos de pseudo-segunda ordem, obedecendo assim ao primeiro modelo.
Através dos espectros vibracionais na região do infravermelho obtidos das amostras, foi possível elucidar os principais sítios de ligação, e consequentemente, inferirem os mecanismos envolvidos na interação entre o metal e o adsorvente. Constituído basicamente por celulose e lignina, as cascas do jatobá-do-cerrado apresenta habilidade de adsorver íons metálicos através do mecanismo de troca iônica ou complexação.
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