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Monografia Rodrigo Adsorção de Corantes-5
Monografia Rodrigo Adsorção de Corantes-5
Monografia Rodrigo Adsorção de Corantes-5
FORTALEZA – CEARÁ
2022
FORTALEZA – CEARÁ
2022
RODRIGO NOBRE DE SOUZA BORBA
Aprovado em:
AVALIAÇÃO
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AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus que me deus forças e sabedoria para uma caminhada acadêmica inenarrável.
Aos meus pais, Sergio Ricardo e Regina Lúcia por todo o incentivo durante todo o processo, me dmando todo o suporte necessário, fazendo o possível e o
impossível.
Aos meus irmãos, Rafael Nobre e Letícia Nobre, pois se eu estou aqui hoje foi pela força e carinho que vocês me dão todos os dias.
Aos amigos, Itatiaia Sampaio, Ramon Santos, Rayanne Oliveira, Taiane Pontes, Denis Alcantra e Maykon Lopes, pois antes mesmo do vestibular eu compartilhei
esse sonho com vocês, e agora eu posso dizer que ele está realizado.
Aos amigos que conhece nessa jornada louca, Lara Pinheiro, Anna Albie, Andreina Gomes, Even Paiva, João Victor, Iane Santos e Fabiola Gabriele, eu posso
Ao Sistema de Laboratórios em Nanotecnologia e Biomateriais – SisNaBio (UECE) pela jornada incrível de conhecimento, agradeço a vocês, Kadu, Larissa
Santana, Breno Ûchoa, Erika Nikassio, Iaci Paiva e Thiago Brício, vocês farãoam falta no meu dia a dia (e as agregadas, Kayllane Pontes e Wenddy Pascual).
Ao amor da minha vida, a sereia dos meus mares. Roberta, eu só tenho a tie agradecer pela jornada incríveis que vivemos juntos no decorrer dos anos, eu não sei se
Por fim, a mim, por eu não sei como conseguir! Amo vocês.
RESUMO
A busca por processos meios de remediação de efluentes contaminadoscorpos hídricos poluídos com corantes provenientes do setor têxtil vem sendo amplamente
estudado, sendo um dos mais promissores o processo de método de adsorção porbiossorção bionanocompósitos graças ao seu custo-benefício. Nesse sentido, o
presenteeste trabalho foi realizado com o objetivo de desenvolver um bionanocompósito a partir do mesocarpo do coco verde Cocos nucifera (L.) (Arecacea) e
magnetita e avaliar o potencial adsorvente deste material frente ao corante azul de metileno. Logo, . Oos parâmetros de adsorção avaliados foram o potencial de
carga zero (pHpczpHPcz), o pH, efeito do pH e da concentração do material (dosagem), as isotermas e a cinética de adsorção e mecanismo cinético da reação.
Após a avaliação do pHPczpHpcz foi revelado que a faixa de neutralidade da superfície de contato é igual a 5,17. Os dados cinéticos se ajustaram foram ajustados
seguindo os modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem, resultando como mais adequado o modelo de pseudo-segunda ordem favorecendo a
uma reação química. As isotermas de adsorção foram comparadas aos modelos de Langmuir e Freundlich, onde os dados experimentais se aproximam mais da
feição drevelaram melhor ajuste ao modelo de Langmuir sendo propriciando enso a formação de uma monocamada na superfície do material. A capacidade
máxima de adsorção do bionanocompósito sintetizado a parir do mesocarpo do coco e da magnetita para o azul de metileno ficou determinada em torno de
98,48%. Portanto, Oos resultados mostram que o bionanocompósito pode ser utilizado como material adsorvente para a remediação de efluentes contaminados
The search for means of remediation of water bodies polluted with dyes from the textile sector has been widely studied, one of the most promising being the
process of adsorption by bionanocomposites due to its cost-effectiveness. In this sense, this work was carried out with the objective of developing a
bionanocomposite from the mesocarp of the green coconut Cocos nucifera (L.) (Arecacea) and magnetite. The evaluated parameters were pHpcz, pH, effect of
material concentration, adsorption isotherms and reaction kinetic mechanism. After evaluating the pHpcz it was revealed that the range of neutrality of the contact
surface is equal to 5.17. The kinetic data were adjusted following the models of pseudo-first order and pseudo-second order, resulting as more adequate the model
of pseudo-second order favoring a chemical reaction. The adsorption isotherms were compared to the Langmuir and Freundlich models, where the experimental
data are closer to the Langmuir model feature, being prone to the formation of a monolayer on the surface of the material. The maximum adsorption capacity of the
bionanocomposite synthesized from coconut mesocarp and magnetite for methylene blue was determined to be around 98.48%. The results show that the
bionanocomposite can be used as an adsorbent material for the remediation of effluents contaminated with cationic dyes.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................................................................. 11
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................................................................................................................................................. 12
2.4.3 Ozonização...................................................................................................................................................................................................... 16
2.4.5 Adsorção.......................................................................................................................................................................................................... 16
2.6 Magnetita........................................................................................................................................................................................................ 22
3 OBJETIVO.................................................................................................................................................................................................... 25
4 METODOLOGIA.......................................................................................................................................................................................... 26
4.4.4 Cinético............................................................................................................................................................................................................ 30
5 RESULTADOS E DISCURSSÕES............................................................................................................................................................... 32
5.3.4 Cinético............................................................................................................................................................................................................ 41
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS........................................................................................................................................................................ 44
REFERÊNCIAS............................................................................................................................................................................................ 45
11
1 INTRODUÇÃO
O processo de industrialização favoreceu o aumento na geração de empregos. Em contrapartida, tal processo implicou na geração de grandes
quantidades de resíduos e efluentes. Dentro do polo industrial destaca-se o setor têxtil, pois graças a fixação não completa dos corantes nas fibras dos tecidos
durante o processo de tingimento grade parte desses resíduos são despejados no meio ambiente. Desse modo, os corantes são tidos como uma das principais fontes
de poluição dos corpos hídricos (ROSA; RODRIGUES; FÁTIMA, 2019; GUTERRES et al., 2018).
O Azul de metileno (AM) é um corante catiônico, utilizado na indústria têxtil, no tingimento de algodões e lãs, como indicador redox,
servindo até como um composto modelo para remoção de corantes e poluentes orgânicos suspensos em soluções aquosas, bem como em outras aplicações (LIU et
al., 2012). Ainda que não seja perigoso, a ingestão e a exposição aguda podem causar efeitos prejudiciais à saúde (SILVA; OLIVEIRA, 2012).
Buscar meios para a remediação de corpos hídricos poluídos com efluentes é uma tarefa que não se iniciou hoje. Dentre as técnicas de
tratamento estudas estão: coagulação e floculação, oxidação química, ozonização, separação física e adsorção, dentre outros (HONORATO et al., 2015). No
campo de adsorção, uma das vertentes que ganha destaque atualmente é a biossorção, graças ao seu baixo custo e fácil manuseio aplicação.
12
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A atividade de colorir tecidos e objetos remonta os primórdios da civilização humana, aonde as fontes de corantes eram os recursos naturais
disponíveis na época, ou seja, substâncias coloridas extraídas do ambiente em volta. Como o exposto na literatura, a prática de coloração já era empregada pelos
povos fenícios em meados de 2000 a.C. (KING; STAGER, 2002), cultura de tingimento também observada no antigo Egito, aonde pesquisadores encontraram
vestígio de coloração nas faixas de tecidos de múmias. Os reis e rainhas da idade média utilizavam roupas de coloração mais viva para demonstrar poder perante
os seus súditos. De acordo com Venkataraman (1971) os primeiros processos de tingimento foram desenvolvidos na China e na Índia, onde entre muitas técnicas,
era empregado cera de abelha sobre as partes do tecido onde não se tinha o objetivo de colorir.
Com a busca de novos corantes, os fenícios descobriram que a partir da secreção de uma glândula de moluscos de águas salgadas era possível
extrair o corante púrpura real, ou púrpura de Tiro, da classe dos indigóides, aonde a tonalidade desejada era obtida após a exposição à luz e ao ar (GUARATINI;
ZANONI, 2000). A fabricação desse corante era de alto custo, já queonde a produção de 1,5g de corante requeria cerca de 12 mil moluscos, o que garantia que
somente o clero ou nobreza fossem usuários dessa fonte de tingimento (KING; STAGER, 2002).
Inúmeros corantes são usados no setor têxtil, indústrias alimentícias, de fabricação de papel e no setor cosmetológico (KHELIFI et al., 2009).
Devido a crescente procura de pigmentos, nos últimos 100 anos, foram desenvolvidos artificialmente inúmeros compostos químicos com o poder de colorir
agregar coloração a diversos tipos de fibras, onde cerca de 10.000 são produzidos em escala industrial, dentre esses, 2.000 foram desenvolvidos para atender
somente as demandas da indústria têxtil, pois tal setor apresenta grande relevância mundial. Considerando a escala mundial, o Brasil é o quinto maior produtor
têxtil, se destacando no faturamento e na geração de empregos. , aApenas no território brasileiro encontram-se instaladas em torno de 30.000 industrias desse ramo
(MELO, 2016).
Corantes desenvolvidos para o tingimento de tecidos precisam ser resistentes, como por exemplo, a luz ultravioleta, sendo assim, fazem parte
de um grupo de compostos químicos classificados como desafiantes quando se fala em processos degradativos (NILSSON, 2006).
Os corantes utilizados na indústria têxtil são, em sua maioria, substâncias de caráter orgânico complexo e com alta taxa de absortividade,
contendo uma diversidade de grupos funcionais em seus centros cromóforos, dentre eles, azo, antraquinona, polimetino, nitro, nitroso, arilmetano, xanteno,
cumarino. Tais agentes colorantes apresentam diversas propriedades físico-químicas que são de grande importância para que haja boa fixação em diferentes tipos
de fibras naturais - algodão, seda, couro e cabelo - e sintéticas - poliamida, poliéster, acetato de celulose. Esses podem ser classificados comercialmente como
reativos, diretos, ácidos, a cuba, sulfurosos, dispersos, pré-metalizados, branqueadores ópticos (GUARATINI; ZANONI, 2000).
O processo de coloração têxtil é dividido em três etapas principais, sendo elas, a montagem, a fixação e o tratamento final (PETERS, 1975).
No processo de fixação acontecem reações químicas responsáveis por agregar coloração as fibras pré-tratadas, as moléculas empregadas nessa função têm sua
estrutura dividida em duas partes, o grupo cromóforo e a estrutura responsável pela fixação na fibra. A parte da estrutura, que está ligada ao grupo cromóforo é
responsável pela fixação com a à fibra e pode ser dividida de acordo com a sua fixação, como por exemplo, corantes ácidos, catiônicos, diretos, dispersos, reativos,
No processo de pigmentação industrial, como já foi dito anteriormente, parte dos corantes empregados para essa finalidade não se fixam às
fibras, o que acarreta maior concentração desses agentes nos efluentes, que, ao serem descartados nos corpos hídricos podem acarretar diversos problemas
ambientais, já que esses efluentes carregam consigo consideráveis quantidades de matéria prima e reagentes. Devido à baixa taxa de degradabilidade dos corantes e
a grande geração de resíduos em termos de volume e composição de efluente, o esgoto da indústria têxtil é taxado como o mais poluente dentre os setores
O descarte indevido dos efluentes coloridos nos corpos hídricos pode comprometer a passagem de luz solar no meio, o que pode gerar
dificuldade no processo de fotossíntese natural das planas aquáticas, acarretando diversas implicaçõesalterações para a fauna e flora; gerando também toxicidade
aguda e crônica para essesdesses ecossistemas (KUNZ et al., 2002; SILVA; OLIVEIRA, 2012).
O azul de metileno, também chamado de “cloridrato de metiltiamina” é um corante orgânico do tipo catiônico, solúvel em água onde libera
cátions coloridos em solução, de estrutura química C16H18SN3Cl.3(H2O) (Figura 2). É um corante que absorve intensamente na região do UV-visível (λmáx =
665 nm em água). Em estudos Longhinotti (1996) relata a utilização do azul de metileno como traçador de águas contaminadas, desinfetante e antisséptico, sendo
Oliveira e outros (2013) apontam uma variedade de aplicações, sendo muito empregado na indústria por apresentar alta solubilidade, brilho e
resistência. Em comparação com metais tóxicos o azul de metileno não possui alta toxicidade, porém caso aja exposição aguda, pode acarretar alguns efeitos
prejudiciais à saúde, sendo os principais, aumento do batimento cardíaco, dor de cabeça intensa, náuseas, vômitos, diarreia e necrose do tecido humano.
Como o descartea utilização inapropriado de corantes gera efeitos nocivos sobre o meio ambiente faz-se necessário buscas de tratamentos
adequados dos efluentes contendo esse tipo resíduo antes do seu descarte nos corpos receptores, dentre eles encontram-se a floculação, oxidação química,
ozonização, separação física, troca iônica, irradiação, e adsorção e outros (HONORATO et al., 2015; BELTRAN et al., 2020; SILVA et al., 2019).
Coagulação e floculação
O processo de coagulação consiste na adição de agentes químicos coagulantes, onde sua função é retirar as cargas eletrostáticas negativas dos
coloides, fazendo com que seu potencial repulsivo seja diminuído e ocorra a sua aglutinação. Logo após o processo de coagulação ocorre a floculação, fazendo
com que as partículas organizem-se em flocos com maiores dimensões e densidade, onde posteriormente poderão ser filtradas e/ou descartadas. Para que processo
de coagulação seja eficiente alguns fatores são fundamentais de serem observados e ajustados, tais como pH, concentração do coagulante, agitação e o tempo de
sedimentação da reação. Um dos coagulantes mais usados no Brasil é sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), pois ele não promove grandes alterações no pH do efluente
em tratamento, mantendo-o na faixa de neutralidade, o que é eficaz na remoção das partículas coloidais e substâncias orgânicas (SILVA et al., 2019).
Oxidação química
Outro processo amplamente descrito para o tratamento de efluentes na literatura são os processos de oxidação avançados. Tais processos
consistem em:
“Oxidar os compostos orgânicos complexos a moléculas simples. (...) são gerados radicais hidroxilo (OH•), os quais são espécies altamente
oxidantes, que podem no limite, e quando em quantidade suficiente, provocar a mineralização da matéria orgânica a dióxido de carbono, água e
O poder oxidativo está diretamente relacionado a quantidade de radicais gerados, onde quanto mais radicais gerados maior será a taxa de
eficiência do tratamento. Esses radicais podem ser gerados através de reações que envolvem agentes oxidantes fortes, tais como o ozono (O 3) e peróxido de
hidrogénio (H2O2), também podem ser utilizados agentes semicondutores, como dióxido de titânio (TiO2) e óxido de zinco (ZnO), ou pode ser utilizada radiação
Ozonização
A técnica de tratamento por ozônio, ou ozonização, se mostra mais eficiente do que as técnicas que empregam cloro (Cl) no seu
processamento, pois determinados corantes, corantes dispersos e diretos, como por exemplo, não são degradados pelo métodomesmo (corantes dispersos e
diretos). Sendo uma de suas maiores vantagens a não produção de íons inorgânicos, como na oxidação com o cloro. O ozônio é considerado uma forte agente
oxidante, e sua interação com o peróxido de hidrogênio, ou com a irradiação UV gera radicais hidroxila, aumentando assim seu potencial de oxidação. Sendo
assim, “o ozônio pode reagir com compostos orgânicos direta ou indiretamente através de radicais ( OH•) gerados durante a sua decomposição. Deve-se ressaltar
que essas reações são fortemente dependentes do pH da solução ou do efluente” (SILVA, 2006).
Separação física
Embora a técnica de separação física (filtração) remonte os tempos antigos, muitas indúsustrias ainda utilizam esse processo para a limpeza
de seus efluente com o auxílio de membranas para melhor remoção desses corantes suspensos em solução. Entre as técnicas encontram-se osmose reversa,
microfiltração, nanofiltração e ultrafiltração. Tais processos ainda são muito atrativos pois possibilitam o reuso da água no processo industrial (KUNZ et al.,
2002).
Adsorção
2.6 Adsorção
2.6.2 Biocompósito
2.6.3 Magnetita
A adsorção é o processo de transferência de massa, sendo exploradastudada a capacidade de determinado sólido apresenta de em reter em sua
superfície íons, átomos ou moléculas dispersas em fase aquosa ou líquida, sendo possível realizar a separação dos componentes desses fluidos (VIDAL et al.,
2020). Sendo assim, uma vez que os componentes que foram adsorvidos se encontram recobrindo a camada externa do material, quanto maior a sua superfície
externa por unidade de massa sólida, mais favorável será o processo de adsorção desse sólido, portanto, geralmente na adsorção são utilizados sólidos com
partículas porosas. A parte que se acumula na superfície do material é denominada de adsorbato ou adsorvato. , sSendo chamado de adsorbente e adsorvente a
superfície sólida em que o adsorvato acumula-se como representa a Figura 3 (RUTHVEN, 1984).
16
O processo de adsorção é influenciado por diversos fatores físico-químicos, sendo eles, interação corante/solvente, superfície de contato do
adsorvente, tamanho da sua partícula, temperatura da solução, pH e tempo de contato (BONANCÊA, 2010).
“A adsorção é um processo físico-químico muito utilizado tanto para remoção de corantes em efluentes quanto para o tratamento de
águas, que consiste em tratar o fluido com um material sólido poroso, podendo este ser um pó ou qualquer material granular orgânico ou
Graças ao baixo custo e a facilidade do processo, a adsorção é um método que vem sendo amplamente empregado para o tratamento de
efluentes corados, onde a técnica consiste na remoção do contaminante em contato com uma superfície adsorvente (GONÇALVES et al., 2007).
Dentre os materiais adsorventes pode-se destacar o carvão ativado, amplamente conhecido por sua utilização na remediação de corpos hídricos
graças ao seu alto poder de adsorção atribuídos as suas propriedades físicas, que inclui uma grande superfície de contato atrelada a sua porosidade superficial.
Entretanto é uma saída que vem caindo em desuso por conta do seu alto custo de produção (AJMAL et al., 2000; ASADULLAH et al., 2010).
ACom as desvantagens da utilização do carvão ativado – alto custo doe processos, geração de poluição, desmatamento para a sua fabricação -–
levaram para o processo de adsorçãoà busca dem-se outros materiais, principalmente biológicos, que possam ser utilizados na sua substituição como material
adsorvente, de. Entre eles, destacam-seestão os subprodutos agrícolas (OZSOY; KUMBUR, 2006).
Devido aos prejuízos ambientais causados pelo descarte inadequado dos efluentes em corpos hídricos o estudo para a aproveitamento de
resíduos agroindustriais vem se tornando cada vez mais necessário (TASHIMA, 2012). A investigação da adsorção de corantes têxteis tem sido estudada com
diferentes tipos de biomassa, como: fungo Aspergillus parasiticus (AKAR; AKAR; ÇABUK, 2009); bagaço de laranja (FERRARI, 2009); casca de arroz (SAFA;
17
BHATTI, 2011); casca de cupuaçu (CARDOSO et al., 2011); talo de açaí (CARDOSO et al., 2011); casca de café (AHMAD; RAHMAN, 2011); quitosana
(DOTTO; PINTO, 2011); algas verdes (KHATAEE; VAFAEI; JANNATKHAN, 2013); casca da semente de girassol (OGUNTIMEIN, 2015).
O tratamento de efluentes é considerado um processo de demaseada complexidade, com altos custos e com grau de importância elevado, por
conta disso, estudar meios de tratamento a partir de métodos alternativos tem se tornado de grande relevância para a academia. Segundo Peixoto e colaboradores
(2013), a busca por métodos de remediação de efluentes com matérias mais econômicos e eficientes está crescendo, pesquisas estão sendo desenvolvidas em torno
da adsorção com resíduos de industriais ou da agricultura, além de biomassas de fontes microbianas, como bactérias, fungos e algas.
O processo de biossorção é classificado como tratamento físico-químico, como a troca-iônica, complexação, quelação e a micropreciptação,
entre outros, onde esse processo vai acontecer através de materiais inativos biologicamente. No que diz respeito ao potencial de adsorção do material, ele está
relacionado com o tipo de biomassa, a natureza química do efluente e das condições ambientais ao qual está inserido, como pH e a temperatura
(VIJAYARAGHAVA, 2008).
Dentre os vários biopolimeros descritos na literatura como biossorventes, os dois principais que se destacam são a celulose e a quitina; sendo
celulose o polímero de sustentação dos vegetais, e a quitina, dos animais (ANDRADE, 2019). Os biossorventes vêm mostrandom elevadauma ótima eficiência no
processo de adsorção devido àa sua superfície de contado, ao seu grande número de poros, vários grupos ligantes e grupos funcionais (SINGH et al., 2020).
A síntese de biocompósitos nanomagnetizados vem sendo alvo de estudos devido a celulose ser proveniente de fontes naturais e renováveis,
além de ser classificada como um polímero biodegradável, possuindo características diferenciadas dos polímeros sintéticos. Tais características, em conjunto com
a sua versatilidade e baixo custo, conferem imenso potencial para a fabricação de bionanocompósitos derivados da celulose (FURLAN et al., 2013). A síntese
desse tipo de material tem como objetivo agregar propriedades não usuais aos polímeros de celulose, ou melhorar suas propriedades existentes, pois o material
híbrido exibe excelentes propriedades funcionais e estruturais, além de poder resultar em material com alta biocompatibilidade e biodegradabilidade (ASS ;
Os biossorventes já são conhecidos pelaor sua alta taxa de eficiência na remoção de corantes em solução aquosa (ANTUNES et al., 2018).
Porém, a síntese para nanomodificar a estrutura desse material pode leva-lo a ganhar mais eficiência (MELO, 2016). Dentre as propriedades a serem melhoradas,
destaca-se a área superficial, já que o biossorvente ganhara um revestimento de tamanhos nanométricos, sendo classificado dentro da classe dos nanocompósitos, o
que acarretará em maior número de sítios ativos, agora chamado de bionanocompósito. Com a elevação dessa propriedade, os bio nanocompósitos tendem a ter
melhor eficiência nos processos de adsorção se comparados com a material in natura (POMAROLLI, 2016).
18
O Cocos nucifera (L) (Figura 3), ou coqueiro, como é conhecido popularmente, é uma espécie de clima tropical pertencente à família
Aracaceae. Não se sabe ao certo onde esse espécime se originou, porém, acredita-se que ela tenha evoluído em uma região que abrange a Península Malaia, Nova
Guiné e o Arquipélago de Bismarck, de onde se espalhou pelos trópicos (IGNACIO; MIGUEL, 2011).
Xião e colaboradores (2017) relatam em seus estudos que atualmente a distribuição do coco ocorre em todo o mundo a nível mundial, o que
inclui a África Ocidental e Oriental, Sudeste Asiático, Ilhas do Pacífico e América do Norte, Central e do Sul. Anualmente, em escala mundial, são cultivados
cerca de 12,3 milhões de hectares de coco, o que resulta em 61,4 milhões de toneladas métricas de produto final (SHAHBANDEH, 2022)
O coco atualmente é considerado uma “commodity” fundamental nas localidades tropicais. Os produtos comestíveis derivados do coco verde
são amplamente valorizados e comercializados, embora seus derivados de cunho não alimentício, processados ou não, também tenham uma alta valorização na
fabricação de produtos artesanais para melhoraria da renda de famílias a baixo da linha da pobreza (PRADES; SALUM; PIOCH, 2016).
19
A estrutura do coco (Figura 4) se divide em parte externa (epicarpo), feixe de fibras (mesocarpo) e o núcleo escuro e duro (endocarpo) –
também conhecido popularmente de cuia do coco. Na parte interna encontra-se a poupa, ou carne branca (albúmen sólido), a água de coco (albúmen líquido)
(SANTOS, 2021). As partes que compõem a casca do coco (epicarpo, mesocarpo e endocarpo) geram o resíduo sólido ao final do consumo do produto, pois são
consideradas não comestíveis. A casca representa cerca de metade do peso total do fruto (SOARES et al., 2016).
Figura 5 - Imagem das partes estruturais do coco verde (Cocos nucifera Linn.)
As fibras do mesocarpo do coco verde - a região mais volumosa do fruto - são pertencentes a família das fibras duras, e a mesma é classificada
como lignocelulose, constituída principalmente de lignina e celulose, o que lhes confere altos índices de rigidez (MATHAI, 2005). Blant (2011) descreve sobre a
lignocelulóse:
“Os materiais lignocelulósicos são polímeros de carboidratos complexos, onde 90% da massa seca são, basicamente, compostas por celulose
(C6H10O5)x, hemicelulose (C5H8O4)m e lignina (C9H10O3(OCH3)0,9-1,7n, sendo o restante (10%) extrativos e cinzas”.
Figura 7 - Imagem da representação da estrutura química da celulose (A), hemicelulose (B) e lignina (C)
20
2.6 Magnetita
A magnetita (Figura 8) é um óxido de ferro com formula química FeO.Fe 2O3, de valência mista e com estrutura cúbica de espinélio inverso,
onde os espilnélios constituídos por arranjos cúbicos de face centrada de íons provenientes de óxidos, sendo interseccionado por um metal, onde um deles possui
geometria octaédrica e outro tetraédrica (UNSOY et al. 2015). A propriedade magnética espontanêa desse óxido de ferro vem devido sua estrutura de espinélio
invertido, onde a uma interação forte acontecendo entre os cátions e tetraédricos e octaédricos (FERREIRA, 2009).
Na superfície da magnetita são encontrados átomos de ferros que não estão realizando ligação química aos átomos de oxigênio e podem
coordenar outras moléculas a doarem par de elétrons (base de Lewis) sendo considerada um ácido de Lewis. Quando em suspendas em solução aquosa os átomos
de ferros da superfície coordenam-se com as moléculas de água, sendo dissociadas e agregando a superfície dos sólidos grupos funcionais hidroxila, que graças ao
seu caráter anfótero podem reagir com ácidos ou base. Harris (2002) relata que:
“A superfície da magnetita pode ser positiva ou negativa em dispersões aquosas dependendo do pH da solução. O pH no qual a superfície tem o
mesmo número de cargas positivas e negativas é o chamado ponto isoelétrico, que é 6.8, para a magnetita.”
A nanopartícula de magnetita pode ser modificada por modificação do ponto isoelétrico por revestimento (sendo a sílica um dos diversos
Vários métodos para a síntese da magnetita vêm sendo amplamente estudados visando as melhores propriedades magnéticas, o tamanho da
partícula e uma forma controlada de produção. O “gas-condensation” e “aerosol reduction” são processos já bastante conhecidos para a síntese, porém são
considerados muito elaborados e não permitem um controle das propriedades morfológica e melhores resultados são obtidos por rotas sintéticas úmidas
(FERREIRA, 2009).
Um dos métodos amplamente utilizados é a co-precipitação por ser uma técnica simples e eficaz (LAURENT et al., 2008), pois consiste
basicamente na mistura de sais de ferro dispersos em solução aquosa sendo precipitado com hidróxido, sendo obtido partículas com um largo espectro de tamanho
de 5-180 nm. Tal processo apresenta inúmeras vantagens como homogeneidade química, baixas temperaturas de reação e sinterização, pouca aglomeração,
produtos com boa reatividade e uniformidade, obtenção de partículas finas, tempo de reação pequeno, baixo custo, o que possibilita a sua produção em larga
escala, além da possibilidade de obtenção de uma grande quantidade de partículas (GUPTA; GUPTA, 2005; TARAT et al., 2005).
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3 OBJETIVO
Desenvolver um bionanocompósito a partir do mesocarpo do coco verde, da espécie Cocus nocífera (L.) (Arecaceae), bem como avaliar seu
potencial como biossorvente para remediação do corante azul de metileno em meio aquoso pelo sistema de batelada.
4 METODOLOGIA
O material utilizado para obtenção do biocompósito foi coletado in natura (coco verde) nas cantinas do campus da Universidade Estadual do
Ceará – UECE (Fortaleza - CE), resíduo esse que seria descartado no lixo. O material foi levado ao laboratório, Sistema de Laboratórios em Nanotecnologia e
Biomateriais – SisNaBio (UECE), onde foi separado em três parte, mesocarpo, endocarpo e pericarpo. Para o presente estudo foi utilizado o mesocarpo, tendo suas
fibras sido separadas e secas em estufa de ventilação da marca MARCONI por 72 h as 75° C. Em seguida a amostra foi triturada em moinho de faca e peneirada
em peneira granulométrica com “mesh” 48<x<100. Em seguida, o material foi lavado com água destilada, e seco em estufa com recirculação de ar até peso
constante.
Na obtenção da biomassa nanomagnetizada utilizou-se a metodologia proposta por Barreto et al. (2011). Seguiu-se a síntese por meio da co-
precipitação diluindo 4,2g de sulfeto de ferro (FeSO2) e 6,2g de cloreto férrico (FeCl3) em 10 mL de água destila em agitação constante e à temperatura de 80º C
durante 30 mim, gotejando lentamente durante todo o intervalo de tempo 70 mL de hidróxido de amônio (NH 4OH). Em seguida, adicionou-se 15 g da biomassa
lentamente durante 30 minutos, mantendo-se a agitação e a temperatura constantes. Após o termino do tempo, o biocompósito sintetizado foi separado e lavado até
a água de alavagem atingir um pH próximo a 7,0. Em seguida, foi levado a estufa de secagem durante 72 h a 50° C.
24
Para determinação do potencial de carga zero seguiu-se a metodologia proposta por Carvalho el al. (2021), onde utilizou-se 50 mg da
biomassa imersos em 25 mL de solução salina de cloreto de sódio (1 mol/L) e com variação de pH entre 2 ,0 a 12,0 ± 0,1, sendo ajustados com HCl 0,5 mol/L e
NaOH 0,5 mol/L usando um pHmetro, marca TECNOPON, modelo LUCA-210. O sistema foi mantido em condições constantes de agitação e temperatura em
uma incubadora de bancada, de marca MARCONI, modelo MA-420, com rotação de 200 rpm por 2h. Após o tempo de espera mediu-se o pH final de cada
solução.
Para a obtenção dos dados espectrais as leituras foram feitas utilizandoas 50 mg da amostra do azul de metileno diluída em 10 ml de água.
comAs leituras foram realizadas em espectrofotômetro de absorção na região do ultravioleta-visível modelo GENESYS 10S marca THERMO SCIENTIFIC, no
modo escaneamento, a partir da varredura entre 200 e 800 nm. No processo usou-se cubetas de quartzo, sendo utilizada a água destilada como branco para
Para os estudos de adsorção todos os pHs iniciais foram ajustadas com NaOH 0,5 M e HCl 0,5 M, usando um pHmetro, marca TECNOPON,
modelo LUCA-210. A separação do complexo de biocompósito/corante da solução foi realizado com o auxílio de um ima de neodímio e as concentrações da
solução de corante do sobrenadante foram estimadas medindo-se absorbância em comprimentos de onda máximo (λmáx = 664 nm) no espectrofotômetro, marca
THERMO SCIENTIFIC, modelo GENESYS 10S,. As concentrações residuais de corante em solução foram determinadas a partir da curva de calibração.
Efeito do pH
Para a determinação do efeito do pH utilizou-se 50 mg do biocompósito imerso em 10 mL de SAM na concentração 50 mg/L, com variação de
pH de 7,0 a 9,0 ± 0,1. O sistema foi mantido em agitação constante em uma incubadora de bancada (marca MARCONI, modelo MA-420), com rotação de 75 rpm
por 2 h.
Para a determinação do efeito da concentração utilizou-se 30, 40, 50, 60, 70 e 80 mg do nanocompósito imerso em 10 mL de SAM
(concentração inicial 225 mg/L com pH 9,00± 0,1). O sistema foi mantido em agitação constante em incubadora (marca MARCONI, modelo MA-420), rotação de
Isotermas de adsorção
Para os ensaios das isotermas de adsorção foram utilizados 60 mg nanocompósitos suspenso em 10 ml das SAM nas concentrações de 100 a
300 mg/L com pH 9 ± 0,1. As amostras foram colocadas em agitação em uma incubadora de bancada, de marca MARCONI, modelo MA-420, com rotação de 75
rpm, por 2h a 25°C. Para análise de dados foram utilizados os modelos de isotermas de Langmuir e Freudndlich.
Onde:
A linearização da equação de Freundlich ocorre quando se aplica logaritmos de base 10 em ambos os lados da equação,
Onde:
1/n
Kf: Constante de capacidade de adsorção de Freundlich (mg/g) [1/(mg/L) ]
Cinético
Para os ensaios de cinéticos foi utilizado 1 g de biocompósito suspenso em 10 ml de solução aquosa de azul de metileno na concentração de
300 mg/L com pH 9,00± 0,1. As amostras permaneceram em agitação constante em uma incubadora de bancada, de marca MARCONI, modelo MA-420, com
rotação de 75 rpm, por 1h. Os pontos do teste de cinético foram retirados nos seguintes espaços de tempo: 0, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150 e 180 minutos.
5 RESULTADOS E DISCURSSÕES
Após a síntese, utilizando 15 g de biomassa do mesocarpo do coco (“mesh” 48<x<100) e 10 g magnetita foi obtido o rendimento de 13,163 g
de biocompósito nanomagnetizado. Durante o processo de síntese, parte da magnetita não foi impregnada na superfície da biomassa. Contudo, foi possível a
Um dos fatores que permitem inferir que houve nanomagnetização da biomassa é a sua alteração de cor. Conforme é possível observar na
Figura 10, após a nanomodificão houve alteração na cor da biomassa do mesocarpo do coco verde, indicando que a magnetita incorporou-se a estrutura da
biomassa.
Além disso, é possível observar a eficiência da síntese, como pode ser visto a partir do caráter magnético do biocompósito, a par tir da Figura
O objetivo da impregnação de nanopartículas magnéticas (Fe3O4) à biomassa é, principalmente, para permitir que o material adquira
propriedades paramagnéticas e seja facilmente removido do meio aquoso, após ser aplicado para descontaminação da água, pela aplicação de um campo magnético
A magnetita possui forma estrutural cúbica e seus cristais têm uma alta polaridade invertida, permitindo que seja considerada uma das
nanopartículas com os maiores valores magnéticos (DEBS et al., 2019; SUN; ZENG, 2002). As nanopartículas (Fe3O4) têm caráter amorfo e orgânico, o que
permite que o material adquira propriedades paramagnéticas e seja facilmente removido do meio aquoso pela aplicação de um campo magnético (CARVALHO et
al., 2020).
30
O potencial de carga zero (pHPCZ) indica qual a faixa de pH em que ocorre o equilíbrio das cargas que se encontram na superfície do material
adsorvente, indicando que a soma das cargas superficiais do material se encontrará nula. Para Silva e colaboradores (2014), estudar esse parâmetro é necessário,
pois permite prevê qual carga (se positiva ou negativa) pode ser encontrada na superfície do material em função do pH, prevendo, dessa forma, quais das partículas
suspensas na solução serão adsorvidas, se catiônicas ou aniônicas. De acordo com os dados expressos na Figura 12, o pH no qual as cargas do nanocompósito
6.0
5.0
4.0
pH inicial
3.0
2.0
1.0
0.0
0 2 4 6 8 10 12 14
pH final
O estudo revelou que em soluções com pH abaixo de 5.17 (pHPCZ do biocompósito) sua superfície estará carregada positivamente,
adsorvendo com mais eficiência corantes aniônicos. Porém, quando em contato com soluções com o pH acima do seu pHPCZ, a superfície estará carregada
negativamente estando propensa a adsorção de partículas catiônicas (GIACOMNI et al.), como a do azul de metileno. Logo, a faixa de pH de interesse para os
Soluções contendo corantes catiônicos podem exibir comportamento espectral característico em função de sua concentração (SARTORI et al.,
2011). As análises de varredura espectroscópicas são utilizadas com a finalidade de estudar as regiões de maior absorção e comprimentos de onda específicos.
1 246 nm
2 292 nm
32
3 614 nm
4 664 nm
Conforme Tabela 1 e a Figura 13, é possível observar as presenças de quatro bandas, duas estreitas na região entre 200 e 350 nm e as demais,
mais largas e intensas, na região entre 550 e 700. O espectro de absorção (Figura 13) apontou que a banda de interesse para análises com o corante azul de
o
metileno é a banda mais larga e intensa o n 4, referente ao comprimento de onda de 664 nm.
Efeito do pH
O estudo do efeito do pH foi realizado considerando os dados obtidos a partir do ensaio de avaliação do ponto de carga zero, indicando que a faixa de pH
em que ocorre a melhor adsorção do azul de metileno pelo biocompósito ocorreria acima da 5,17. Sendo assim, a faixa avaliada durante o ensaio foi entre 6,0 e 9,0.
Diante dos dados experimentais apresentados na Figura 14 todas as faixas de pH foram favoráveis a adsorção, demonstrando elevado potencial de adsorção do
biocompósito para o azul de metileno, com variação indo de 84 a 96%. Contudo, tendo revelado que o pH 9,0 promove a maior taxa de adsorção, com 96,25%. Por
este motivo optou-se por trabalhar, nos demais ensaios, com o ajuste de pH para esta faixa.
Figura 17 - Imagem gráfica dos resultados obtidos para o efeito do pH, utilizando 50 mg
do biocompósito suspensos em SAM a 50 mg/L.
33
96.25
100.00 91.39 88.50
84.97 84.97
Adsorção (%) 90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
7 7.5 8 8.5 9
pH
Os ensaios de avaliação do efeito da concentração demonstraram resultados bastante significativos frente ao azul de metileno, os dados
exibiram aumento na taxa de adsorção conforme houve incremento das concentrações. O biocompósito, obtido a partir do mesocarpo do coco apresentou números
Para o ponto referente a 30 mg, menor dosagem de adsorvente estudada, houve remoção de 68,25% do corante em solução. Já para o ponto de
50 mg de adsorvente o percentual de remoção foi de 81,20%. Referentes aos pontos subsequentes a 50 mg o potencial de adsorção do corante se manteve,
34
estatisticamente, constante, revelando que a melhor dosagem do biocompósitos a ser utilizado para a adsorção de azul de metileno seria a de 60 mg, representando
Os dados revelam que não seria interessante a utilização de concentração superior a 60 mg do biocomposito para a realização dos ensaios de
adsorção nos parâmetros estudados, já quepois a variação de remoção do corante torna-se insignificante, onnessa dosagem a adsorção tem quase 100% de
eficiência de romoção do corante de 70 mg do biocompósitos removem 99,03% do corante suspenso em solução e 80mg removem 99,23%. Portanto, L levando
em consideração o custo-benefício, a melhor dosagem para a adsorção do azul de metileno com o biocompósito estudado é a de 60 mg.
90 81.20
80
68.25
70
60
30 50 60 70 80
mg/10mL
Figura 20 - Imagem gráfica dos ensaios de adsorção para estudo do efeito da dosagem
utilizando de 30 a 80mg do biocompósito na adsorção de 10 mL de solução de azul de
metileno (225 mg/L) em pH 9,0 ± 0,1.
35
Isotermas de adsorção
Isotermas de adsorção são equação matemáticas que demonstram a relação entre a capacidade dedo fenômeno de adsorção de uma
contaminante em solução aquosa adsorvido por um sólido a temperatura constante em valores quantitativos. Elas vão determinar qual a quantidade que será
adsorvida de um adsorvato por um adsorvente, levando em consideração a concentração do adsorvato no equilíbrio (NASCIMENTO et al., 2014)
Conforme a teoria proposta por Langmuir, os sólidos apresentam uma superfície recoberta de uma série de sítios passíveis de serem ocupados
por moléculas do adsorbato. Esse modelo ainda presume que não há interação entre as moléculas adsorvidas, que as energias dos sitos são equivalentes, tampouco
há transposição das moléculas adsorvidas de um sítio para outro. O processo de adsorção cessa quando todos os sítios são ocupados formando uma monocamada
O modelo de isoterma de Freudndlich é mais indicando quando há a hipótese de formação de multicamadas no adsorvente no processo de
adsorção, pois ela apresenta um comportamento heterogêneo na reação, nesse caso, a energia é distribuída exponencialmente entre os sítios ativos (ROMÃO et al.,
2022).
Após a análise dos dados, considerando os modelos de isotermas de Langmuir e Freundlich, para a interpretação do estudo, foi revelado que o
modelo que melhor se ajusta aos dados experimentais de adsorção obtidos para a solução, como demonstra a Figura 18 é o modelo de Langmuir. Entretanto, os
mesmos dados não podem sofrer ajuste de acordo com o modelo de isotermas de Freundlich, pois, devido uma grande capacidade de adsorção do biocompósito
para a realização do ensaio, foram utilizadas concentrações bastante elevadas de corante. De acordo com Nascimento et al (2014), “É importante ter em mente que
a equação de Freundlich é incapaz de prever dados de equilíbrio de adsorção quando são utilizadas faixas de concentrações extremamente elevadas”.
36
55
50
45
40
Qe (mg/g)
35
30
Exp
25 Langmuir
20
0 30 60 90 120 150 180 210
Ce (mg/L)
Tabela 2 - Parâmetros dos modelos de isotermas ajustados aos dados experimentais para Langmuir e Freundlich.
-1
Qm (mg g ) 53.48 1/n 0,006
-1 -1
KL(mol L ) 0,07148 KF (mol L ) 12,828
R² 0,96 R² 0,63
Cinético
Através dos dados experimentais para oO estudo cinético revelacinético de adsorção qual o mecanismo de reação está envolvido no processo
de adsorção será apresentado, sendo onde o coeficiente angular de cada equação é o dado chave para elucidar qual o melhor ajuste entre os dados experimentais e
o modelos teórico mecânico de adsorção do azul de metileno e a fase sólida (NASCIMENTO et al., 2014; SPINELLI, 2005).
A cinética de adsorção foi investigada com SAM na concentração de 300 mg/L em contato com 1 g do material adsorvente em questão. A
partir dos dados obtidos, foi possível observar que o tempo de equilíbrio de adsorção acontece em até 60 minutos de ensaio. Para a avaliação dos modelos cinéticos
os dados experimentais foram submetidos aos ajustes do modelo de cinética de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem. Para Lopes (1998), os modelos de
“Determinam que a força motriz no processo de adsorção é a diferença entre a concentração da fase sólida em qualquer tempo e da fase líquida no
equilíbrio, sendo a taxa de adsorção proporcional à força motriz para a equação de pseudo-primeira ordem e o quadrado da força motriz para o
Figura 23 - Imagem gráfica dos ajuste dos dados experimentais a ajuste ao modelo de
pseudo-primeira ordem para o cinético de adsorção do azul de metileno (300mg/L) em
contato com biocompósito (1g).
38
500
450
400
350
300 ADScalc
250 ADSexp
dt (mg/kg)
200
150
100
50
0
0 20 40 60 80 100
Tempo (min)
500
450
400
350
300
250
dt (mg/g)
200 ADScalc
150 ADSexp
100
50
0
0 20 40 60 80 100
Tempo (min)
-1
K1(min ) 5.2123 0.0003
39
2
*K1 e K2, constantes da taxa de adsorção de pseudoprimeira e de pseudosegunda ordem, respectivamente; Qe, quantidade de corante adsorvido em equilíbrio; r , coeficiente de correlação linear;
χ2, erro do modelo, n = 3
De acordo com os dados expressos na Figura 21 e tabela 3, o ensaio de cinética revelou melhor ajuste ao modelo pseudo-segunda ordem, onde
foi fornecido uma melhor ajuste feição paraa os dados experimentais, indicando mecanismo de adsorção química que ocorre entre o corante e os grupos
funcionais presentes na superfície de contato do material sintetizado. Esse modelo prediz uma interação entre adsorvato (SAM) e adsorvente (biocompósitos de
Também é possível considerar que a etapa que limita tal processo envolve as forças de valência por meio do compartilhamento ou
Para Ho e colaboradores (1999), quando a cinética de adsorção sofre ajustecorrobora com o modelo de pseudo-segunda ordem o processo de
adsorção predominante é a adsorção química, havendo uma menor competitividade pelos sítios ativos de adsorção na superfície do material em concentrações
mais baixas, por outro lado, em concentrações mais elevadas, haverá uma maior competição pelo preenchimento desses sítios.
40
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos no presente estudo permitiram predizer que os modelos teóricos que melhor se ajustam aos dados experimentais de
adsorção obtidos para as soluções de azul de metileno e o biomcompósito foram a equação de pseudossegunda ordem e a isoterma de LangmuirFreundlich. A
capacidade máxima de adsorção do bionanocompósito sintetizado a parir do mesocarpo do coco e da magnetita para o azul de metileno ficou determinada em torno
de 98,48%. Logo, estudo de adsorção revelou que o uso bionanocompósito como bioadsorvente empregado como remediador de águas contaminadas com o azul
de metileno se mostra bastante eficienteaz, vale ressaltar que se trata de resíduo abundante, renovável e de fácil acesso. Ensaios posteriores devem ser realizados
com a biocompósito frente a efluentes remanescentes da indústria têxtil para avaliar seu potencial de adsorção com efluente realesses resíduos.
41
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