AVALIAÇÃO DA ADSORÇÃO DO CORANTE VERMELHO DO CONGO UTILIZANDO RESÍDUO DE TORTA DE CHIA (Salvia hispanica L.)

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1 AVALIAÇÃO DA ADSORÇÃO DO CORANTE VERMELHO DO CONGO UTILIZANDO RESÍDUO DE TORTA DE CHIA (Salvia hispanica L.) P.G. Dalla Porta 1 ; G.K. Dupont 1 ; B.G. Colivini 1 ; M.S. Chiquim 1 ; I. dos S. Nunes 1 1- Departamento de Engenharias e Ciência da Computação Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões, Rua Universidade das Missões, 464 Prédio 7 CEP: Santo Ângelo- RS Brasil, paulagabrieladallaporta@hotmail.com RESUMO: A problemática ambiental afeta nosso planeta e a contaminação da água pode gerar escassez e causar sérios prejuízos aos seres vivos e ao meio ambiente. Neste sentido, é importante que se desenvolvam ações para o tratamento de efluentes contaminados. Desta forma, este trabalho avaliou a capacidade de remoção do corante vermelho do congo empregando torta de chia (Salvia hispânica L.), que é um resíduo orgânico industrial, proveniente da extração a frio do óleo da semente de chia. Realizaram-se as caracterizações do biosorvente e ensaios cinéticos empregando três massas diferentes (0,1, 0,3 e 0,5 g) na concentração de 50 mg.l -1. Os resultados mostraram capacidades adsortivas de 10,78 e 7,00 mg.l 1 (0,3 e 0,5 g) e um máximo de 25,30 mg.l -1 para a menor massa utilizada. Em relação à modelagem dos dados experimentais, o modelo cinético de Elovich apresentou o melhor ajuste dentre os testados. PALAVRAS-CHAVE: Salvia hispânica l.; Adsorção; Espectroscopia; Corante. ABSTRACT: Environmental issues affect our planet and water contamination can generate shortage and cause serious losses to living being and the environment. In this respect, the development of actions to address treatment of contaminated effluents should be conducted. Therefore, this work evaluated the capacity of removal of Congo red dyestuff with the use of chia seed (Salvia hispânica L.) cake, an industrial organic waste, originated from chia seed oil cold extraction process. Biosorbent characterizations and kinetic experiments were performed with three different weights (0.1, 0.3 and 0.5 g) in concentration of 50 mg.l -1. The results showed adsorptive capacities of and 7.00 mg.l -1 (0.3 and 0.5 g) and a maximum of mg.l -1 for the lower weight used. Regarding the modelling of experimental data, the kinetic model of Elovich presented the best fit among the tested models. KEYWORDS: Salvia hispânica l.; Adsorption; Spectroscopy; Dyestuff. 1. INTRODUÇÃO A chia (Salvia hispânica L.) é conhecida e amplamente utilizada pelos indígenas na Colômbia e no México, sendo esta uma grande fonte de alimentação proporcionando energia. Esta planta possui alto índice de gorduras insaturadas, cálcio, potássio, proteínas, vitaminas, antioxidantes, aminoácidos essenciais, fibras e ômega 3. Atualmente seu cultivo para fins comerciais é realizado em vários países da América Latina (DE LEMOS, 2012). A semente possui vários componentes ricos e essenciais contribuindo para a saúde humana e auxilia na prevenção de vários tipos de doenças tais como: problemas intestinais, alguns tipos de câncer e doenças relacionadas ao coração (TOMBINI, 2013). Quando a semente entra em contato com a água forma um gel transparente mucilaginoso, enriquecido de fibras solúveis proporcionado uma

2 sensação de saciedade no organismo. Com estas propriedades qualidades nos permitem a aplica-la na indústria alimentícia (UTPOTT, 2012). Os corantes são essenciais para o tingimento de couro, produção de cosméticos, plásticos, papel, tintas e principalmente na indústria alimentícia e têxtil. São caracterizados por possuir em sua estrutura anéis aromáticos, trazendo problemas ambientais quando descartados em locais inadequados no ambiente, sua contaminação resulta em prejuízos para a saúde humana, fauna e flora. (HUANG, 2017; AMORIM, 2009). Vários métodos são destacados para a remoção de corantes em água, como por exemplo: adsorção, oxidação e coagulação ou floculação. Entre os corantes mais utilizados na indústria têxtil e de manufaturados está o vermelho do congo (VC), que apresenta grande toxicidade incluindo alto teor cancerígeno quando presente em solução aquosa e em concentrações mais elevadas. (DEBRASSI, et al., 2010). Segundo Kunz et al. (2002) alguns tratamentos tradicionais para efluentes com metais pesados envolvem métodos ou processos como: floculação, precipitação química, troca iônica, adsorção, filtração entre outros. No entanto, estes processos de tratamento nem sempre são eficazes na remoção de corantes. Como alternativa para a remoção de corantes temos a adsorção que se caracteriza por ser uma das técnicas mais eficientes neste sentido, sendo que está relacionada com a habilidade de alguns materiais possuem de se concentrar na superfície de determinadas partículas sólidas. Quanto maior for a superfície externa por unidade de massa sólida onde esses componentes são adsorvidos mais favorável será a adsorção. (DO NASCIMENTO, 2014). Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo estudar o processo de adsorção para a remoção do corante Vermelho do Congo (VC) empregando torta de chia (Salvia hispânica L.) (TC) proveniente de processo de extração a frio sendo avaliadas diferentes massas (0,1; 0,3; 0,5 g) para verificar a melhor quantidade do adsorvente a ser utilizada. 2. METODOLOGIA 2.1 Preparo do adsorvente e adsorvato O biosorvente utilizado foi torta de chia (salvia hispânica L.) (TC) proveniente de indústria da cidade de Entre-Ijuís, RS. A biomassa foi obtida já moída e seca. A caracterização foi realizada de acordo com AOAC para determinar o teor de umidade; e realizando peneiramento com uma série de peneiras de malhas mesh para determinação do diâmetro médio de Sauter. As soluções foram preparadas a partir da dissolução do corante Vermelho do Congo (VC) em água destilada. As leituras para quantificação das concentrações foram realizadas em um espectrofotômetro, modelo Shimadzu UV-2600, no comprimento de onda 500 nm. Foi construída uma curva de calibração, com concentrações que variaram entre 0 e 200 mg/l. 2.2 Ensaios de Adsorção Os ensaios foram realizados na concentração de 50 mg.l -1, em sala com temperatura controlada em 18 ºC, sob agitação constante (160 rpm). As alíquotas foram coletadas com auxílio de uma seringa, a qual continha uma ponteira com filtro. As absorbâncias foram medidas nos intervalos de tempo de 0, 10, 20, 30 e após, a cada 30 min, até o ponto de equilíbrio adsorvato/adsorvente. A capacidade de adsorção da TC (q t) foi determinada pela Equação 1: q t = (C 0 C t ). V (1) m sendo C 0 a concentração inicial de VC, C t a concentração medida no intervalo de tempo, m a massa de TC utilizada no processo de adsorção e V o volume de solução de VC. Para a determinação de condições favoráveis que pudessem ser aplicadas na análise da cinética de adsorção do corante VC pelas partículas de TC, foi analisada a resposta eficiência de remoção (η) de corante, que pode ser calcula pela Equação 2: η = (C 0 C t ) C (2) sendo C t a concentração no tempo final do processo. 2.3 Modelagem das cinéticas de Adsorção O pacote computacional MatLab foi utilizado para a construção dos perfis cinéticos de

3 adsorção e determinação dos parâmetros cinéticos de diferentes modelos, tendo como base o que melhor se ajusta. Foi realizada estimação de parâmetros pelos métodos Levenberg-Marquardt e Trust-region. Os modelos testados foram o de pseudo-primeira ordem (PPO) (Equação 3), pseudosegunda ordem (PSO) (Equação 4) e quimissorção de Elovich (Equação 5): q t = q 1 (1 e ( k1t) ) (3) t (4) q t = (1 k 2 q 2 2 ) + (t q 2 ) 1 (5) q t ln(1 abt) a sendo t o tempo, q 1 e q 2 (mg g -1 ) as capacidades de adsorção estimadas pelos modelos e k 1 (min -1 ) e k 2 (g mg -1 min -1 ), as constantes cinéticas, a a taxa inicial de adsorção e b uma constante relacionada ao grau de cobertura e a energia de ativação envolvida no processo. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO O valor encontrado para a umidade foi 9,84% (b.s.). O diâmetro médio de Sauter da amostra empregada foi de 0,439 mm. A Figura 1 apresenta os resultados dos ensaios de adsorção e os modelos ajustados aos parâmetros experimentais para a concentração inicial de 50 mg.l -1 de VC com diferentes massas de TC (0,1, 0,3 e 0,5 g). Figura 1. Cinéticas com modelos ajustados do processo de adsorção de VC em 50 mg.l -1 com massas de 0,1, 0,3 e 0,5 g de TC. Os resultados mostraram que para 0,1 g de TC o tempo de equilíbrio foi atingido em 180 min, com uma máxima eficiência de remoção em 47,8%, sendo a capacidade adsortiva de 25,30 mg.g -1. Para a massa de 0,3 g, o tempo de equilíbrio foi de 90 min, sendo que o aumento da massa para 0,5 g resultou em um tempo de equilíbrio de 90 min. Para as massas de 0,3 e 0,5 g, a eficiência de remoção foi de 60,9 e 65,8%, enquanto as capacidades adsortivas foram de 10,78 e 7,00 mg.g -1, respectivamente. A influência da massa de biosorvente no processo de adsorção mostrou que, com as maiores massas empregadas (0,3 e 0,5 g) foram obtidas as maiores remoções, com o mesmo tempo de equilíbrio (90 min), que corresponde à metade do tempo necessário para a menor massa empregada (0,1 g). Diante destes resultados, por apresentar maior remoção com o mesmo tempo de processo, a massa de 0,5 g mostra-se mais satisfatório para o processo de adsorção. A quantidade de adsorvente empregada em uma adsorção tende a aumentar os custos do processo, no entanto, como neste caso trata-se de uma biomassa residual de processo industrial, o valor agregado é insignificante, não sendo este um entrave à implementação deste material para esta finalidade. Diel et al., 2017 avaliaram a capacidade de adsorção da TC, quanto à remoção do corante azul de metileno pelo levantamento das cinéticas de adsorção nas concentrações de 10 e 30 mg.l -1 empregando TC como biosorvente. Em relação à capacidade de adsorção, os autores obtiveram para a TC 21,2 mg.g -1 com uma eficiência de remoção de 70,7% (para 10 mg.l -1 ), em 90 min. Os autores ressaltaram que remoção não apresentou variação significativa para as duas concentrações estudadas (71,1% para 30 mg.l -1 ). Comparando os resultados apresentado pela literatura (DIEL et al., 2017) com os obtidos neste estudo, percebe-se que, a TC apresentou maiores percentuais de remoção para o Azul de metileno (AM) e que o tempo de equilíbrio foi o mesmo para os dois corantes. As variações observadas na remoção do VC em comparação ao AM, podem se dar, segundo a literatura (OLIVEIRA et al., 2013), ser utilizado, em muitos casos, como um indicador da viabilidade de

4 emprego de determinada biomassa para a adsorção de compostos orgânicos. Outro fato a ser considerado na análise desta variação observada é que, segundo a literatura (FARIAS et al., 2015; PETERS et al., 2015), à medida que aumenta a concentração inicial do poluente, a remoção obtida tende a apresentar menores percentuais. Isso se deve ao mecanismo de migração do corante para a superfície do biosorvente. Inicialmente, devido à grande diferença de concentração, o processo é muito rápido e à medida que se estabelece o equilíbrio, a migração cessa, por diminuição da força motriz. Em vista disso, cabe salientar que os valores de remoção apresentados por Diel et al. (2017) foram obtidos em menores concentrações, que tendem a apresentar maiores remoções, como já dito. Diante disso, pode-se avaliar que os resultados obtidos no presente estudo mostram que a TC possui uma grande relevância para o emprego na adsorção de VC. Mesmo que os resultados obtidos aqui já tenham se apresentados satisfatórios e superiores aos apresentados na literatura, como já devidamente comparados, com vistas a aumentar a remoção do VC empregando TC como biosorvente, há a possibilidade de promover modificações químicas e físicas na estrutura do material, que resulta na ativação de sítios e mesmo no aumento da área superficial, resultando em melhores indicadores para a adsorção com biomassas. Neste sentido, Franco et al., 2017 avaliaram a modificação química, empregando NaOH em casca de arroz e observaram melhora na área superficial e na remoção do corante AM. Farias et al. (2010) avaliaram a adsorção do corante VC em uma concentração de 100 mg/l empregando sílica gel comercial como material adsorvente. Os autores observaram que a sílica gel comercial apresentou capacidade adsortiva de 0,50 mg.g -1, no equilíbrio, sendo muito pequena para o VC. Da Silva e Pietrobelli (2017) analisaram a adsorção do corante amarelo reativo B2R (também denominado amarelo reafix B2R) nas concentrações de 50, 75, 150, 300, 375, 450, 525, 600 e 675 mg.l -1, em resíduo orgânico da extração do óleo de semente de chia (Salvia hispanica). Com relação à capacidade máxima de adsorção, os autores obtiveram o valor de 70,95 mg.g -1 e evidenciaram que a chia apresenta boa capacidade de remoção por possuir afinidade pelo corante amarelo reativo B2R. Neste estudo, os autores chegaram a valores de remoção de até 92,65%, no entanto o tempo de processo foi de 60 h, valor de 20 a 400 maior do que o observado no presente estudo (180 e 90 min). Em uma análise utilizando sementes de mamão formosa (Carica papaya L.) secas realizada por Arim et al. (2014) para a adsorção de VC nas concentrações de 25 e 50 mg.l -1 os resultados mostraram remoção de cerca de 58% nos teores do corante. Comparando este resultado com os obtidos neste estudo, apenas a remoção obtida com 0,1 g de TC é menor (47,8%) do que este valor, enquanto as massas de 0,3 e 0,5 g apresentaram remoções mais destacadas (60,9 e 65,8%, respectivamente). A Tabela 1 apresenta os parâmetros dos modelos cinéticos utilizados para ajustar os dados experimentais obtidos na adsorção de VC na concentração de 50 mg.l -1 empregando 0,1, 0,3 e 0,5 g de TC. Tabela 1. Dados cinéticos obtidos a partir dos modelos testados para a adsorção de VC na concentração de 50 mg.l -1, empregando diferentes massas de TC. Massa de adsorvente [g] Modelos 0,1 0,3 0,5 Pseudo-Primeira Ordem (PPO) q 1 [mg.g -1 ] k 1 24,01 9,672 6,381 [min -1 ] 0, , ,03333 R 2 0,9437 0,9182 0,9286 ERM [%] 2,034 0,9702 0,605 Pseudo-Segunda Ordem (PSO) q 2 [mg.g -1 ] 28,72 10,93 7,322 k 2 x 10 3 [g.mg.min -1 ] 0,839 4,776 5,705 R 2 0,9728 0,9675 0,9722 ERM [%] 1,413 0,6112 0,3778 Elovich A -6,815-0,1363-0,6751 B 5,576 1,952 1,384 R 2 0,9724 0,9815 0,9833 ERM [%] 1,121 0,3091 0,2078

5 Diante dos resultados apresentados na Tabela 1, pode-se perceber que, levando em consideração os valores de R², o modelo Elovich apresentou o melhor ajuste para as massas de 0,3 e 0,5 g, enquanto que, para 0,1 g, o melhor ajuste foi obtido com o modelo PSO. Considerando também os valores de ERM, percebe-se que, para 0,1 g, a diferença entre o R² obtido por PSO e Elovich é muito pequena e que Elovich apresenta menor valor de ERM. Desta forma, pode-se dizer que o modelo Elovich apresentou bom ajuste aos dados experimentais das três massas de TC empregadas na adsorção de VC. Avaliando-se os resultados obtidos no emprego de TC para adsorção de VC, na concentração de 50 mg.l -1, levando em consideração os resultados apresentados na literatura consultada, pode-se inferir que a TC se apresenta como uma alternativa promissora para o emprego em processos de adsorção. Os resultados aqui apresentados, como já relatado, tem a possibilidade de serem ainda melhorados com a adoção de técnicas que possibilitem a modificação na estrutura do material, provavelmente aumentando os índices de remoção e diminuído o tempo necessário para o equilíbrio na operação. 7. CONCLUSÃO Os resultados obtidos mostraram que o tempo de equilíbrio foi menor (90 min) para as maiores massas de TC empregadas (0,3 e 0,5 g). Ainda que o tempo tenha sido o mesmo, a massa de 0,5 g apresentou remoção de 65,8% enquanto 0,3 g apresentou índice de 60,9%, enquanto 0,1 g necessitou de 180 min para atingir o equilíbrio, com remoção de 47,8%. Em relação às capacidades adsortivas, este parâmetro variou significativamente, diminuindo com o aumento da massa, sendo o maior valor observado para 0,1 g, que resultou em 25,0 mg.g -1. Em relação aos modelos cinéticos testados, levando em consideração os valores de R² e ERM, o modelo de Elovich apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais para as três massas de TC que foram avaliadas. A TC apontou ser um adsorvente alternativo para a adsorção do VC, auxiliando em seu direcionamento final como resíduo industrial, uma vez, apresentou uma boa capacidade de adsorção e de remoção de impurezas. 6. REFERÊNCIAS AMORIM, C. C.; LEÃO, M. M. D.; MOREIRA, R. F. P. M. Comparação entre diferentes processos oxidativos avançados para degradação de corante azo. Artigo Técnico (Engenharia de Sanitária e Ambiental). v. 14, p , ARIM, A.L.; RODRIGUES, L. M.; DE ALMEIDA, A. R. F. Análise da eficiência de adsroção do corante vermelho do congo por semente de mamão formosa (Carica papaya L.) seca em leito fixo com fluxo de ar paralelo. XX COBEQ, p. 1-8, AOAC INTERNATIONAL. Official methods of analysis. 16ª ed., 3ª rev. Gaitherburg: Published by AOAC International, v.2, cap. 32, p DA SILVA, D. C. C.; PIETROBELLI, J. M. T. A. Estudo das isotermas de adsorção do corante amarelo reativo B2R em resíduo orgânico da extração do óleo de semente (Salvia hispanica). Fórum Internacional de Resíduos Sólidos Universidades Tecnologica Federal do Paraná, p.1-10, DEBRASSI, A., LARGURA, M. C. T., RODRIGUES, C. A. Adsorção do corante vermelho congo por derivados da O- carboximetilquitosana hidrofobicamente modificados. Quimica Nova, v. 34, n. 5, p , DE LEMOS, A. L. A.; DE LEMOS H. P. J. Chia (Salvia Hispanica). Diagn Tratamento (Nutrologia), p , DIEL, J. C.; CHIQUIM, M. S.; ABAIDE, E. R.; DOS SANTOS, I. N. Adsorção de azul de metileno utilizando torta de chia (Salvia hispânica L.) proveniente de extração a frio. XXVIII CRICTE, p.1-5, DO NASCIMENTO, R. F.; DE LIMA, A. C. A.; VIDAL, C. B.; MELO, D. Q.; RAULINO, G, S. C. Adsorção aspectos teóricos e aplicações

6 ambientais. XXXVII Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados, p.52-73, FARIAS, S. R.; CRUZ, R. M.; LUZ, R. M.; BUARQUE, H. L. B. Adsorção de vermelho do congo em sílica gel modificada com aminopropitrietoxisilano (apts). Grupo de pesquisas em Processos Químicos e Ambientais Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, p.1-7, AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões, URI câmpus Santo Ângelo, pelo apoio e financiamento via PIIC-URI, e também ao Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento em Engenharia de Processos (GDEP). FARIAS, F. B. P.; PEREIRA, J. N. N.; CARLOS, T. A. V.; SANTOS, Z. M.; ROCHA, M. V. P. Estudo do tratamento de efluentes utilizando resíduos agroindustriais. XX COBEQ, p.1-9, FRANCO, D.S.P.; TANABE, E.H.; BERTUAL, D.A.; DOS REIS, G.S.; LIMA, E.C.; DOTTO, G.L. Alternative treatments to improve the potential of rice rusk as adsorbent for methylene blue. Water Science and Technology. v. 75, n. 2, 2017, p , HUANG, Z.; LI, Y.; CHEN, W. SHI, J.; ZHANG, N.; WANG, X.; LI, Z.; GAO, L. ZHANG, Y.. Modified bentonite adsorption of organic pollutants of dye wastewater. Materials Chemistry and Physics. v. 202, p , KUNZ, A.; ZAMORA, P. P.; DE MORAES, S. G.; DURÁN, N. Novas tendências no tratamento de efluentes têxteis. 1 Review Quimica Nova, v. 25, n 1, p , PETERS, S. R.; ROSSETO, V.; ZOTTIS, R.; ALMEIDA, A. R. F.; MORAIS, M. M. Adsorção de azul de metileno em partículas de endocarpos de butiás. XXXVII Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados, p.1-9, TOMBINI, J. Aproveitamento tecnológico da semente de chia (Salvia Hispânica L.) na formulação de barra alimentícia, Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Química) Universidade Tecnológica do Paraná Pato Branco PR, UTPOOT, M. Utilização da mucilagem da chia (Salvia Hispanica L.) na substituição de gordura e/ou gema de ovo em maionese, Porto Alegre, 2012.