USO DE MESOCARPO DE MARACUJÁ-AMARELO COMO BIOSSORVENTE PARA REMOÇÃO DE Cr(VI) DE SOLUÇÕES AQUOSAS

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1 USO DE MESOCARPO DE MARACUJÁ-AMARELO COMO BIOSSORVENTE PARA REMOÇÃO DE Cr(VI) DE SOLUÇÕES AQUOSAS Y. d J. COSTA 1, T. F. SOUZA 1, E. N. dos REIS 1 E. d J. SANTOS 1 1 Univrsidad Fdral d Srgip, Dpartamnto d Engnharia Química para contato: yasmincosta.ba@gmail.com RESUMO Est studo objtivou avaliar a potncialidad do msocarpo d maracujá (Passiflora dulis) como biossorvnt no tratamnto d soluçõs aquosas com Cr(VI). O biomatrial foi obtido através d tratamnto térmico a 400 C. A dtrminação d Cr(VI) foi fita por spctrofotomtria UV-visívl através da complxação com 1,5-difnilcarbazida, mdindo a absorbância no comprimnto d onda d 540 nm. O tmpo d contato ncssário para atingir o quilíbrio foi 3 horas. Os dados d quilíbrio químico foram analisados usando os modlos d Langmuir Frundlich os parâmtros foram dtrminados através d Programação Matmática Não-Linar. O procsso d biossorção d Cr(VI) sobr o msocarpo d maracujá foi mlhor rprsntado plo modlo d Frundlich. Os rsultados mostraram qu o biossorvnt rmovu m média 75% d Cr(VI) m 180 minutos, possuindo capacidad máxima d biossorção d 13,0 mg g INTRODUÇÃO Um dos fators qu aftam a qualidad da água polum o mio ambint é o lançamnto d rsíduos aquosos qu contém mtais psados, a xmplo do Cr(VI) provnint gralmnt d indústrias d xtração d minério, fábricas d crvja dstilarias, indústrias d plástico, companhias d ltricidad, dntr outras (Pina, 2011). O Cr(VI) é tóxico carcinogênico por causa do lvado potncial d oxidação por sua lvada capacidad d pntrar m mmbranas biológicas, sndo qu a xcssiva xposição inalação dss composto pod causar várias donças. Existm várias tcnologias para a rmoção d mtais psados do mio ambint (Concição t al., 2014), sndo qu as tcnologias convncionais aprsntam custos dmasiado lvados, o qu tm lvado ao aparcimnto d novas tcnologias métodos d rdução/liminação dos polunts. Uma dssas altrnativas é a biossorção qu consist na rmoção d mtais psados dos flunts utilizando matriais d origm biológica. Assim sndo, o msocarpo d maracujá é um rsíduo da agroindústria utilizado como biossorvnt para rmoção d Cr(VI) d flunts industriais, tndo st trabalho carátr stablcido pla sustntabilidad, qu é o aprovitamnto dos rsíduos grados plos procssos químicos. No dsnvolvimnto d sistmas d adsorção para a rmoção d um dtrminado adsorbato, é important dscrvr os dados d quilíbrio através d um modlo matmático. A dscrição do quilíbrio químico é important para stablcr parâmtros d capacidad d

2 adsorção d spontanidad do procsso. A forma das isotrmas também é a primira frramnta xprimntal para conhcr o tipo d intração ntr o adsorbato o adsorvnt. Nst studo, foram utilizadas as isotrmas d Langmuir Frundlich. O modlo d Langmuir assum qu a suprfíci do adsorvnt é compltamnt homogêna qu um númro limitado d sítios do adsorvnt é ocupado plo soluto. A xprssão do modlo d Langmuir é rprsntado pla Equação 1. Q k LCQ 1 k C L max (1) m qu Q max (mg g -1 ) k L (L mg -1 ) são constants rlacionadas com a capacidad d adsorção máxima a nrgia d adsorção máxima, rspctivamnt. As caractrísticas ssnciais da isotrma d Langmuir podm sr xplicadas m trmos do fator d sparação adimnsional constant, R L, dado pla Equação 2, na qual k L é a constant d Langmuir C o (mg L -1 ) é a concntração inicial d Cr(VI). D acordo com o valor do fator d sparação R L qu é um númro positivo cuja magnitud dtrmina a viabilidad do procsso d adsorção, xistm os sguints tipos d adsorção: (1) adsorção favorávl, 0 < R L <1; (2) adsorção dsfavorávl, R L > 1; (3) adsorção linar, R L = 1 (4) adsorção irrvrsívl, R L = 0. R L 1 1 k C L o (2) O modlo d Frundlich foi obtido mpiricamnt tm a forma da Equação 3, aprsntando bons rsultados m suprfícis htrogênas como os carvõs ativados. Q F 1/ n k C (3) m qu Q é a quantidad do adsorbato adsorvida no quilíbrio (mg g -1 ), C é a concntração do adsorbato no quilíbrio (mg L -1 ) k F [(mg g -1 )(L mg -1 ) 1/n ] n são as constants d Frundlich. k F rprsnta a capacidad d adsorção n rprsnta a intnsidad do procsso d adsorção. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Prparação do Biossorvnt O maracujá-amarlo in natura foi coltado na fira d Nossa Snhora do Socorro, Srgip, m stmbro d Em sguida, foi lavado com água no Laboratório d Química Industrial da Univrsidad Fdral d Srgip. O msocarpo foi, ntão, dvidamnt rtirado do maracujá, como mostra a Figura 1. O tratamnto térmico consistiu m aqucimnto m mufla (GP Cintífica) a 400 ºC durant 30 minutos, sndo postriormnt triturado num procssador d alimntos. A granulomtria do biossorvnt foi fita utilizando pniras d 4, 9, 12, 32, msh classificador granulométrico da Brtl. Utilizou-s o pó com granulomtria d 100 msh nas análiss dst studo.

3 Figura 1. Msocarpo d maracujá-amarlo in natura Tsts m Batlada d Rmoção d Cr(VI) A solução stoqu d Cr(VI) foi prparada a partir d dicromato d potássio dissolvndo 2,829 g m 1000 ml d água dstilada, formando, assim, uma solução d 1000 mg L -1 d Cr(VI). Foram obtidas, por diluiçõs, soluçõs nas concntraçõs padrõs d 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 1,0 mg L -1 para dtrminação da curva d calibração do spctrofotômtro, sgundo procdimnto d dtrminação d Cr(VI) por complxação com 1,5-difnilcarbazida m mio ácido (Morita Assumpção, 2007). 0,1 g do biossorvnt foi transfrido para rlnmyr juntamnt com 100 ml da solução d Cr(VI) 5 mg L -1 m ph 2, controlado com HCl 1,0 mol L -1 lvados ao agitador (Nova Ética, mod. 109) a uma vlocidad d agitação d 150 rpm. Foi transfrida uma alíquota filtrada d 5 ml para balão volumétrico d 100 ml, juntamnt com 25 ml d ácido sulfúrico 0,1 mol L -1 2 ml d 1,5-difnilcarbazida 0,5 g L - 1, compltando o volum com água dstilada. Postriormnt, a amostra foi analisada m spctrofotômtro (SP-220 da Biospctro) no comprimnto d onda d 540 nm, corrspondnt à faixa d Cr(VI) no spctro d missão a absorbância da solução foi vrificada m triplicata. Todos os xprimntos foram conduzidos à tmpratura ambint, m rlnmyrs cobrtos as lituras d ph foram fitas com o ph mtro (Lutron ph 206). A concntração d Cr(VI) após a adsorção foi dtrminada usando o valor da absorbância da amostra. A porcntagm d cromo hxavalnt rmovida foi dtrminada pla Equação 4. Ci C f % Rmoção d Cr(VI) = 100 Ci (4) 2.3. Equilíbrio d Biossorção Ao avaliar o quilíbrio químico d biossorção, foram ralizados tsts d rmoção com concntração d Cr(VI) variando d 1 a 20 mg L -1, mantndo-s constant a massa do biossorvnt. Os tsts foram ralizados sgundo procdimnto da sção 2.2 considrando as concntraçõs da solução d Cr(VI) citadas nsta sção tmpo d agitação d 8h.

4 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Estudo do Equilíbrio Químico Os dados xprimntais obtidos nas análiss do quilíbrio d biossorção, aprsntados na Figura 2, foram ajustados conform os modlos d Langmuir Frundlich, d acordo com as Equaçõs 1 3, rspctivamnt. A forma da curva da Figura 2 é caractrizada por um dcréscimo na inclinação da curva à mdida qu os sítios disponívis para adsorção vão diminuindo, dvido ao rcobrimnto da suprfíci adsorvdora, indica qu m baixas concntraçõs a suprfíci tm alta afinidad pla substância adsorvida. Figura 2. Dados d quilíbrio químico para biossorção d Cr(VI) sobr msocarpo d maracujá. Os valors dos parâmtros d biossorção para as isotrmas d Langmuir Frundlich, mostrados na Tabla 1, foram stimados através d Programação Matmática Não-Linar, usando o softwar GAMS Gnral Algbraic Modlling Systm. A função objtivo utilizada foi a MPSED Th Marquardt s prcnt standard dviation, rprsntada pla Equação 5, m qu Q,calc é valor o prdito plas isotrmas; Q,xp é o valor ncontrado a partir dos xprimntos; N é o númro d dados obtidos; P é o númro d parâmtros d cada isotrma. n [( Q,xp Q, cal) / Q,xp] i MPSED = 100 N P i 1 2 (5) Utilizou-s também o tst statístico Qui-Quadrado para dtrminar a isotrma ótima para o procsso d biossorção studado. A vantagm d utilizar o tst Qui Quadrado, rprsntado pla Equação 6, é comparar as duas isotrmas na msma abscissa ordnada. S o valor do modlo for similar ao valor xprimntal, χ 2 dv sr um númro pquno vicvrsa.

5 2 Q Q 2,xp, calc (6) Q, calc Tabla 1. Dtrminação dos parâmtros das isotrmas d Langmuir Frundlich através da minimização da função rro MPSED valor do χ 2. Isotrma Q max (mmol g -1 ) k L (L g -1 ) R L k F (L mmol -1 ) n FO* χ 2 Langmuir 0,257 17,183 0, ,909 0,001 Frundlich ,478 2,046 5,422 7,8318 x 10-4 *Valor da função objtivo ncontrado. Uma vz qu o valor d χ 2 foi mnor para a isotrma d Frundlich, st modlo dscrv mlhor a biossorção d Cr(VI) sobr o biossorvnt. Pod-s infrir, ntão, qu a suprfíci do msocarpo d maracujá utilizado nst studo é htrogêna. O valor d n stá no intrvalo d 0 a 10, indicando um comportamnto favorávl à biossorção d Cr(VI). A constant k F é uma mdida aproximada da capacidad d adsorção do adsorvnt; quanto maior o su valor, maior é a capacidad d adsorção. No ntanto, k F não fornc a capacidad máxima d biossorção, como no caso da constant Q max d Langmuir, uma vz qu o modlo d Frundlich não prvê a saturação do biossorvnt. Comparando o valor obtido no prsnt studo para a capacidad d biossorção máxima do biossorvnt (Q max ) com valors rportados na litratura, mostrados na Tabla 2, pod-s prcbr qu o msocarpo d maracujá é o qu aprsnta maior capacidad d biossorção, podndo adsorvr até 13 mg para cada 1 g d Cr(VI) prsnt m solução. Tabla 2. Comparação ntr as capacidads máximas d biossorção d alguns biossorvnts para o Cr(VI) Biossorvnt Q max (mg g -1 ) Tmpo d Equilíbrio ph Massa (g) Rf Srragm d Carvalho Modificada 1,7 8h 3,0 60 [1] Aria Modificada 1,19 1h20 2,5 -- [2] Nano-Al 2 O 3 8,56 1h 2,0 -- [3] Casca d Macaxira * 6, min 2,0 -- [4] Msocarpo d Coco Sco * 10, min 2,0 -- [4] Msocarpo d Maracujá * 13,0 3h 2,0 0,1 Prsnt Estudo * com tratamnto térmico 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS A maior rmoção d Cr foi d 75% utilizando 0,1 g d adsorvnt (100 msh) com ph inicial 2,0. Os dados d adsorção ajustaram-s mlhor ao modlo d isotrma d Frundlich, indicando qu a suprfíci do biossorvnt utilizado é htrogêna. A capacidad d biossorção máxima, sgundo modlo d Langmuir, foi d 13 mg d Cr(VI) para cada grama do biomatrial. Os rsultados indicaram boas prspctivas na aplicação do msocarpo d

6 maracujá, um rsíduo da agroindústria, como um adsorvnt altrnativo conomicamnt favorávl na rmoção d Cr(VI) d flunts industriais. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ARGUN, M. E.; DURSUN, S.; OZDEMIR, C.; KARATAS, M. Havy mtal adsorption by modifid oak sawdust: thrmodynamics and kintics. J. Hazard. Matr., v. 141, p , [2] YADAV, S.; SRIVASTAVA, V.; BANERJEE, S.; WENG, C.H.; SHARMA, Y. C. Adsorption charactristics of modifid sand for th rmoval of hxavalnt chromium ions from aquous solutions: kinct, thrmodynamic and quilibrium studis. Catna; v. 100, p , [3] SHARMA, Y. C.; SRIVASTAVA, V.; MUKHERJEE A. K. Synthsis and application of Nano- Al 2O3 podr of for th rclamation of hxavalnt chromium from aquous solution. J. Chm. Eng., v. 55, p [4] PEIXOTO, P. do N.; Potncialidad d rmoção d Cr(VI) d soluçõs aquosas por biossorção usando rsíduos da agroindústria. Ts (Mstrado m Engnharia Química), Univrsidad Fdral d Srgip, Srgip, Brasil, CONCEIÇÃO, J. do C.; RAMOS, V. H. S.; SANTOS, E. d J.; SILVA, A. S.; COSTA, A. W. M. d C. Biosorption f Cr(VI) from aquous solutions using chmically modifid okra powdr. J. of Basic & Applid Scincs, v. 10, p , MORITA, T.; ASSUMPÇÃO, R. M. V. Manual d soluçõs, ragnts solvnts: padronização, prparação, purificação com indicadors d sgurança d dscart d produtos químicos. São Paulo: Editora Bluchr, PINA, F. D. S. Tratamnto d águas contaminadas com crómio(vi) por bioadsorção m algas marinhas. 65f. Ts (Mstr m Engnharia do Ambint), Faculdad d Engnharia da Univrsidad do Porto, Porto, Portugal, 2011.