AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DO CORANTE AZUL BF-5G UTILIZANDO ARGILA CHOCOBOFE NATURAL

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1 AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DO CORANTE AZUL BF-5G UTILIZANDO ARGILA CHOCOBOFE NATURAL A. K. F. Sousa 1 ; A. S. Barbosa 2 ; M. G. F. Rodrigues 3 1-Departamento de Engenharia Química Universidade Federal de Campina Grande Rua Aprígio Veloso, 882 CEP: Campina Grande - PB Brasil Telefone: (83) engenheirakaroline@outlook.com RESUMO: Uma grande problemática dos dias atuais tem sido o despejo de efluentes sem tratamento prévio no meio ambiente. As indústrias têxteis são grandes responsáveis por liberar efluentes com elevada coloração. Estudos têm sido realizados com o objetivo de buscar materiais que apresentem elevado potencial de remoção de corante e baixo custo. As argilas estão cada dia mais sendo alvo de estudos científicos, devido as suas propriedades. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivos caracterizar a argila Chocobofe Natural e utilizá-la para remover corantes de efluentes sintéticos e avaliar seu percentual total de remoção (%Rem) e a capacidade de remoção de corante no equilíbrio (q eq ) através de um planejamento experimental variando massa e tempo. Ao final do experimento foi observado que o tempo e a massa que apresentou maior percentual total de remoção (44,14%) e maior capacidade de remoção de corante no equilíbrio (2,20) foi 3 horas e 0,5 gramas. PALAVRAS-CHAVE: Argilas; Remoção; Corante. ABSTRACT: The great problem of the present day has been the discharge of effluents without previous treatment in the environment. The textile industries are largely responsible for releasing effluents with a high heart. Studies carried out with the objective of searching for materials that present dye removal potential and low cost. As clays are increasingly a target of scientific studies, due as their good. In this context, the objective of this work was to characterize Chocobofe Natural clay and to use it to remove synthetic effluent dyes and to evaluate its total removal percentage (% Rem) and dye removal ability without equilibrium (qeq) through a planning experimental time varying mass and time. At the end of the experiment it was observed the time and mass that presented the highest percentage of total removal (44.14%) and higher dye removal capacity without equilibrium (2.207) was 3 hours and 0.5 grams. KEYWORDS: Clays; Removal ; Dye. 1. INTRODUÇÃO. O despejo de efluentes industriais representa, uma das grandes preocupações para a preservação do meio ambiente e da vida humana. Um dos setores da indústria que libera grandes quantidades desses efluentes é o da indústria têxtil, tais efluentes apresentam elevada coloração, que deve-se a presença de corantes, os quais podem apresentar propriedades mutagênicas e tóxicas (CARVALHO et al., 2010;). O Brasil está na lista dos dez principais mercados mundiais da indústria

2 têxtil, bem como, entre os maiores parques fabris do mundo; é o segundo principal fornecedor de índigo e o terceiro em produção de malha, está entre os cinco principais países produtores de confecção e é um dos oito grandes mercados de fios, filamentos e tecidos. No Paraná, o setor têxtil e de confecções é responsável por cerca de cinco mil indústrias no segmento. (ABIT, 2013). Os corantes reativos, por definição, são corantes contendo um grupo eletrofílico (reativo) capaz de formar ligação covalente com grupos hidroxila das fibras celulósicas, com grupos amino e tióis das fibras protéicas e também com grupos amino das poliamidas. Há numerosos tipos de corantes reativos, mas os principais contêm a função azo e antraquinona como grupos cromóforos e os grupos clorotriazinila e sulfatoetilsulfona como grupos reativos. Neste tipo de corante, a reação química se processa diretamente a partir da substituição do grupo nucleofílico pelo grupo hidroxila da celulose (GUARATINI e ZANONI, 2000). A definição clássica designa argila como um material natural, terroso, de granulação fina, que quando umedecido com água apresenta plasticidade (SOUZA SANTOS, 1992; NEUMANN ET AL, 2000). Os minerais constituintes das argilas são os argilominerais, sendo os mesmos silicatos hidratados que possuem estrutura em camadas constituídas por folhas contín uas formadas por tetraedros de silício (ou alumínio) e oxigênio, e folhas formadas por octaedros de alumínio (magnésio ou ferro), oxigênio e hidroxilas (Neumann et al., 2000). As argilas, por serem um material natural e considerado barato, estão sendo muito estudadas nos últimos anos como adsorventes alternativos ao carvão ativo na remoção de corantes em efluentes (BUKALLAH ET AL., 2007; NEUMANN ET AL., 2000). A adsorção que é um processo de separação no qual certos componentes de uma fase fluida (gás ou líquido), denominados adsorbatos, são transferidos para a superfície de um sólido adsorvente, este processo está sendo usado com grande empregabilidade para eliminar contaminantes das águas residuais. Esses materiais adsorventes são sólidos porosos, geralmente naturais, que possuem afinidade específica para determinado composto. Entre esses materiais comerciais se encontram uma variedade de argilas, madeiras, carvão ativado, géis, alumina e silicatos (BEZERRA et. al, 2011). O custo da argila é relativamente baixo quando comparado a outros adsorventes alternativos (BEZERRA et. al, 2011). Dessa forma, várias pesquisas vêm sendo desenvolvidas a fim de se obter a maior remoção desse constituinte dos efluentes têxteis. Uma forma eficiente de removê-los é pelo processo de adsorção (VIMONSES et al., 2009), que consiste na transferência de um o mais constituintes da fase líquida ou gasosa para a superfície da fase sólida. Porém, a procura pelo adsorvente ideal, que apresente baixo custo e alta remoção continua (BEZERRA et. al, 2011). Nosso grupo de pesquisa (Laboratório de Desenvolvimento de Novos Materiais, UFCG, Brasil) tem publicado uma série de trabalhos sobre remoção de corantes utilizando diversas argilas brasileiras. Diante do exposto, destaca-se a importância em se estudar argilas brasileiras como adsorventes na remoção de corantes reativos e a inovação deste trabalho é avaliar a potencialidade de remoção da argila chocobofe, como adsorvente na remoção do corante reativo azul.

3 2. MATERIAIS E MÉTDOS Os experimentos foram desenvolvidos no Laboratório de Desenvolvimento de Novos Materiais (LABNOV), localizado na Unidade Acadêmica de Engenharia Química, no Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal de Campina Grande (UAEQ/CCT/UFCG). Para a realização dos experimentos foi utilizado como adsorvente a argila Chocobofe e o corante azul reativo bifuncional BF-5G fornecido pela Texpal Caracterização Difração de Raios X (DRX): Neste trabalho foi utilizado o método de varredura que consiste na incidência dos raios X sobre a amostra em forma de pó, compactada sobre um suporte. O aparelho utilizado é da marca Shimadzu XRD com radiação CuKα, tensão de 40 KV, corrente de 30 ma, tamanho do passo de 0,020 em 2Ɵ e tempo por passo de 1,0 s, com velocidade de varredura de 2º(2θ)/min, com ângulo 2θ percorrido de 2 a 50º Fluorescência de raio-x por energia dispersa (FRX-ED): As composições das amostras foram analisadas em um espectrômetro EDX700 Shimadzu. A amostra a ser analisada deve ser homogêmea, peneirada em peneira 200 mesh com abertura 0,075mm Adsorção física de nitrogênio: As características texturais da argila foi investigada mediante isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio a -196 C, utilizando equipamento Micromeritics ASAP As isotermas adsorçãodessorção foram obtidas na faixa de pressão relativa (P/P0) entre 0,006 e 0, TESTES DE REMOÇÃO DE CORANTE Para os ensaios, o adsorvente foi pesado de acordo com o planejamento experimental. Nos ensaios foram utilizados frascos de erlenmeyer, previamente identificados com ph da solução do corante reativo Azul BF-5 fixo em 1. Foi preparada uma solução a 1000 mgl-1 do corante reativo Azul BF-5, a partir da qual foram realizadas diluições, cuja absorbâncias foram analisadas em um aparelho espectrofotométrico para obtenção da curva de calibração. Em seguida, diluiu-se a solução-mãe para uma concentração de 50 mgl-1. As amostras, contedo o adsorvente e o adsorvato foram mantidas sob agitação, à temperatura de 25 C, em um shaker TE-420 da Tecnal, a 200 rpm, durante o tempo também estabelecido de acordo com o planejamento experimental. Após agitação as amostras foram filtradas e analisadas por espectrofotometria UV-VIS. Os ensaios de remoção de corantes foram feitos baseados em um planejamento fatorial. Duas variáveis independentes foram selecionadas para o planejamento experimental com dois níveis e três repetições no ponto central: a massa de argila (Massa), avaliada em 0,5; 1,25 e 2 g e o tempo de contato entre o corante e o adsorvente, (tempo) avaliado num intervalo entre 1 e 3 horas, cujos valores são codificados como os níveis de (+) e (-), como mostrado na Tabela 1. Tabela 1 Matriz do planejamento fatorial. Ensaio Fator (g) Fator (Hr) Massa(g) Tempo (hr) , , , , , , ,25 2 A percentagem total de corante removido (%Rem) e a capacidade de remoção de corante no equilíbrio (qeq), em mg de corante/g de adsorvente) foram obtidos a partir das Equações 1 e 2, respectivamente. %Rem = ( )*100 (01) (02)

4 Intensidade (u.a.) excelentes materiais adsorventes em processos de adsorção (CAGLAR et al., 2009). 6. RESULTADOS E DISCUSSÃO Abaixo encontram-se os resultados das analises realizadas ao longo do estudo. 6.1 Difração de Raio X (DRX) A Figura 1 mostra os difratograma de raio X da Argila Chocobofe Natural. Figura 1 - Difratograma de raios X da Argila Chocobofe Natural E 1,56 nm E Q E - Esmectita C - Caulinita Q - Quartzo Q Chocobofe Natural A partir do difratograma mostrado na Figura 1 é possível verificar que a argila Chocobofe natural apresenta reflexão do grupo da esmectita (E) que corresponde a distância basal (d001) de 1,561 nm. Além disso, observa-se também picos referentes à caulinita (C), e outros picos referentes ao material não esmectítico: quartzo. Qualitativamente a argila em sua forma natural apresenta elevados teores de argilomineral esmectítico, no entanto também é possível observar a presença de caulinita e quartzo, que são característicos das argilas provenientes do estado da Paraíba (SILVA et al., 2011; RODRIGUES, 2003). É possível verificar, a partir da Figura 13, que a argila Chocobofe natural evidencia a intensidade mais alta dos picos característicos da argila do tipo esmectíticos e se encontram dentro da faixa apresentada pelos argilominerais desse grupo (MURRAY, 2006). As argilas esmectitas, por exibirem extensas substituições isomórficas tanto nas folhas tetraédricas quanto nas folhas octaédricas, Confere a essas argilas elevada capacidade de troca 53 catiônica, que as tornam 6.2 Fluorescência de raio-x por energia dispersiva (FRX-ED) Na Tabela 2, encontra-se a composição química da amostra da Chocobofe natural. Argila Compostos Chocobofe (%) SiO 2 71,79 Al 2 O 3 14,25 Fe 2 O 3 8,23 MgO 2,18 TiO 2 - CaO 1,05 K 2 O - Impurezas 2,36 A análise de composição química da argila Chocobofe indica a presença de óxidos de silício (SiO2) e alumínio (Al2O3) como principais constituintes dos minerais das argilas, totalizando percentagem acima de 84%, além da presença dos óxidos de ferro (Fe2O3), potássio (K2O), cálcio (CaO) e magnésio (MgO), característicos dos argilominerais nas suas formas naturais. A presença do Al2O3 em quantidade significativa na amostra (14,25%) resulta, na sua maior parte, do Al que está combinado na estrutura como cátion trocável, derivado dos minerais argilosos presentes nas amostras (SOUZA SANTOS, 1992). O teor de Fe2O3 também se encontra em quantidade significativa na argila Chocobofe, provando que é rica em ferro. De acordo com a análise da composição química a argila pode ser classificada como uma bentonita policatiônica, devido à presença dos cátions Ca2+ e Mg2+ que são relevantes para o processo de adsorção. Esse tipo de argila é frequentemente a mais encontrada no Brasil (SILVA, 2015). 6.3 Adsorção Física de Nitrogênio

5 Quantidade adsorvida (cm³/g STP) Na Figura 2 estão apresentadas as isotermas de adsorção e dessorção de N 2 referente à argila chocobofe natural. Figura 2 - Isotermas de adsorção e dessorçao de N 2 a -196 C da argila chocobofe natural Chocobofe adsorçao Chocobofe dessorçao 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Pressao Relativa (P/Po) Na Figura 2 estão ilustradas as isotermas de adsorção e dessorção da argila Chocobofe Natural, classificada como tipo II conforme classifcação da IUPAC, em pressões relativas baixas até 0,4 ocorre a formação da monocamada de moléculas adsorvidas com volume médio de 15 cm3/g, com o aumento da pressão relativa inicia-se a formação de múltiplas camadas até atingir a pressão de condensação com limite de nitrogênio adsorvido em média de 75 cm3/g (LEOFANTI et al., 1998). Este tipo de isoterma é frequentemente encontrado em sólidos não porosos ou com poros maiores que microporos, o que explica os baixos valores de volume de microporos (VIEIRA 57 et al., 2010). A determinação da área superficial específica, volume e diâmetros de poros da argila, foram realizados a partir das isotermas de fisissorção de nitrogênio. Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 3. Tabela 3 - Propriedades texturais da argila Chocobofe. Argila Chocobofe Natural S BET (m 2.g -1 ) 109 V tp (cm 3.g -1 ) 0,155 V micro (cm 3.g -1 ) 0,0129 V meso (cm 3.g -1 ) 0,1378 D p (nm) 5,70 Sendo S BET =área especifica; V t =volume total de poros; V micro =volume de microporos; V meso =volume de mesoporos; D p =diâmetro de poros. A argila Chocobofe apresentara valores de área superficial específica de 109 m 2.g -1, que indica a capacidade de superfície disponível para certas reações por unidade de massa e volume total de poros de 0,155 cm 3.g -1, valores típicos encontrados na literatura para argilas do grupo das esmectitas (RODRIGUES, 2003; GUIMARÃES et al., 2009). 6.4 Ensaios de remoção do corante Azul BF- 5G A análise foi realizada através de um planejamento experimental do tipo fatorial 2², utilizando-se como adsorvente a argila Chocobofe e como adsorbato soluções de 50(mg/L) do corante reativo Azul BF-5G, os resultados estão representados na Tabela 4. Tabela 4 - Resultados obtidos para a remoção de corante pelas argilas Chocobofe Natural. Ensaios Massa (g) Tempo (Hr) Ci (mg/l Cf (mg/l) %Rem qeq (mg/g) 1 0, ,49 43,02 2, ,73 26,12 1,30 3 0, ,5 44,14 2, ,58 33,50 1,67 5 1, ,45 37,02 1,85 6 1, ,23 41,36 2,06 7 1, ,14 38,56 1,92 A eficiência da argila Chocobofe natural na remoção de corante reativo azul foi avaliada por sistema de banho finito e a percentagem de corante removido (%Rem) e a capacidade de remoção (qeq) são mostrados na Tabela 6, onde Ci refere-se a Concentração inicial estimada do corante reativo azul BF-5G na solução e Cf é a concentração final do corante reativo azul BF-5G, após os ensaios de banho finito. Os melhores resultados de remoção do corante azul reativo utilizando a argila chocobofe natural foram obtidos no ensaio 3 (44,14 %) e capacidade de remoção atingindo 2,20 mg/g.

6 7. CONCLUSÃO As análises de difração de raios X e espectrometria de raios X por energia dispersiva, demonstraram que a argila chocobofe natural é formada basicamente pelo argilomineral esmectita. Dentre as condições estudadas, o melhor resultado foi mostrado a partir do valor de massa igual a 0,5g e tempo de contato de 3h. O melhor desempenho da argila chocobofe natural no processo de remoção do corante reativo azul apresentou valor de eficiência de 44,44%. Portanto, conclui-se que a argila chocobofe natural tem potencial para ser utilizada como adsorvente, além de possuir baixo custo, e abundância em território nacional. AGRADECIMENTOS Ao PIBIC/CNPq-UFCG e a CAPES pelas bolsas concebidas. REFERÊNCIAS ABIT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA TÊXTIL E DE CONFECÇÃO. Perfil do setor têxtil e de confecção. Disponível em: Acesso em: 7 de Setembro NEUMANN, M.G., GESSNER, F.; CIONE, A.P.P.; SARTORI, R.A.; SCHMITT C.C. Interações entre corantes e argilas em suspensão aquosa. Instituto de Química de São Carlos - Universidade de São Paulo São Carlos - SP, SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de Argilas. 2ª Ed.; São Paulo: Edgard Blucher. v.1, GUARATINI, C. C. l ; ZANONI, M. V. B. Corantes Têxteis. Instituto de Química UNESP Araraquara São Paulo, by adsorption on sand. Dyes and Pigments, v. 74, p , M. M. da Silva; A. C. L. Patrício; W. S. Lima; H. M. Laborde; M. G. F. Rodrigues. Preparação e avaliação da argila verde organofílica usando diferentes concentrações de surfactante catiônico visando seu uso na separação óleo/água. SCIENTIA PLENA VOL. 7 NUM SILVA, J. V. N. Remoção de metais pesados (cd, pb, zn) utilizando como adsorventes argilas nacionais: Chocobofe e Chocolate B. Tese (Doutorado), Universidade Federal de Campina Grande Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Campina Grande, MURRAY, H. H. Applied Clay Mineralogy; 1ª Ed., Elsevier, Bloomington, RODRIGUES M. G. F. Physical and catalytic characterization of smectites from Boa-Vista, Paraíba, Brazil. Cerâmica v. 49, p , GUIMARÃES, A. M. F.; CIMINELLI, V. S. T.; VASCONCELOS, W. L. Smectite Organofunctionalized with Thiol Groups for Adsorption of Heavy Metals Íons, Applied Clays Science, 42, , LEOFANTI, G., PADOVAN, M., TOZZOLA., VENTURELLI, B., Surface área and pore texture of catalysts, Catalysis Today, V. 41, P. 207, VIEIRA, M. G. A.; ALMEIDA NETO, A. F.; GIMENES, M. L.; DA SILVA, M. G. C. Removal of Nickel on Bofe Bentonite Calcined Clay in Porous Bed. Journal of Hazardous Materials, V.176, P.109, BUKALLAH, S. B.; RAUF, M. A.; ALALI S. S. Removal of Methylene Blue from aqueous solution