ESTUDO DO PROCESSO DE ADSORÇÃO DOS CORANTES- ALARANJADO DE METILA E RODAMINA B - POR ARGILAS ESMECTITICAS DO MUNICÍPIO DE BOA VISTA, PARAÍBA.

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1 STUDO DO PROCSSO D ADSORÇÃO DOS CORANTS- ALARANJADO D MTILA RODAMINA B - POR ARGILAS SMCTITICAS DO MUNICÍPIO D BOA VISTA, PARAÍBA. J. F. Duarte-neto 1,R. R. Menezes 2, G. A. Neves 2, S. M. L. Silva 2. Avenida Aprígio Veloso, 882, CP , Campina Grande Paraíba. jfernandesdneto@gmail.com 1 Programa de Pós-Graduação em Ciência e ngenharia de Materiais Universidade Federal de Campina Grande. 2 Unidade Acadêmica de ngenharia de Materiais Universidade Federal de Campina Grande RSUMO ste estudo teve como objetivo à verificação do equilíbrio e cinética de adsorção de argilas esmectíticas da Paraíba usando os corantes alaranjado de metila (AM) e rodamina B (RB). A interação corante-argila foi realizada em solução aquosa. A adsorção desses corantes foi observada fazendo o controle dos seguintes parâmetros experimentais: concentração do adsorvente, tempo de contato e ph. O efeito do tempo de contato não foi significativo, uma vez que a adsorção ocorreu em 6 minutos para todas as soluções. A variação da concentração do adsorvente influenciou a capacidade adsortiva, observando-se que a capacidade foi maior na menor concentração de adsorvente. Com a variação do ph os corantes tiveram comportamentos semelhantes em meio ácido, onde adsorveram-se em maior quantidade em ambas as argilas. Os dados ajustaram-se melhor ao modelo de Freundlich e ao modelo cinético de pseudo-segunda ordem. Palavras chaves: smectitas, quilibrio, Cinética, Adsorção. INTRODUÇÃO As argilas possuem aplicações em diversas áreas, dentre suas várias aplicações têm-se destacado nos últimos anos seu uso como adsorventes (1). ntre essas se destacam as argilas esmectíticas. Sua larga aplicabilidade esta associada 1918

2 a sua elevada área superficial, grande capacidade de troca de iônica e baixo custo (2). A capacidade de troca iônica dos argilominerais é uma propriedade que influencia muito suas características físico-químicas e é provocada pelo desequilíbrio das cargas resultantes das substituições isomórficas, da dissociação de grupos OH- e das ligações incompletas nas arestas dos argilominerais (3). O comportamento de adsorção das esmectitas vem sendo produto de diversas pesquisas em todo o mundo, em virtude do potencial econômico e industrial dos sistemas argila-composto orgânico, principalmente a estabilização de complexos pesticidas-argila, análise do comportamento dos herbicidas catiônicos e das moléculas de corantes orgânicos, e a modificação hidrofóbica das superfícies das argilas (4,5). Deste modo, este estudo tem por objetivo observar o mecanismo de adsorção dessas argilas com corantes de comportamentos químicos distintos, para que sirva de modelos em futuras interações com compostos orgânicos. MATRIAIS MÉTODOS No desenvolvimento desta pesquisa foram utilizadas duas argilas oriundas do município de Boa Vista-PB, denominadas por: Bentonita-Chocolate (AM1) e Bentonita-Chocobofe (AM2). As composições químicas das argilas foram determinadas por fluorescência de raio X (Shimadzu DX-72) e a identificação cristalográfica realizada por difração de raio X (Shimadzu XRD-6). Como adsorbatos foram utilizados dois corantes: alaranjado de metila (VTC, P.A.) e rodamina B (VTC, P.A.). O alaranjado de metila é um corante aniônico e a rodamina B é um corante básico catiônico. Os experimentos para avaliar os processos de adsorção foram realizados em sistema de bateladas e cada ensaio dependeu de diferentes condições experimentais, tais como, o controle de temperatura e de tempo, a modificação do ph e a concentração do adsorbato e do adsorvente. As condições experimentais de temperatura e tempo de contato foram controladas com o uso do agitador orbital com incubação (IKA KS 4i CONTROL). Todos os ensaios foram realizados com velocidade de agitação de 225 RPM. Após as interações corante + argila todos os ensaios foram centrifugados por 5 minutos a 3.6 RPM. Logo após a centrifugação eram medidas as absorbâncias referentes às diferentes interações para se determinar essas 1919

3 Intensidade (u.a.) Intensidade (u.a.) 21º CBCIMAT - Congresso Brasileiro de ngenharia e Ciência dos Materiais absorbâncias utilizou-se um espectrofotômetro UV-Vis (Perkinlmer UV-VIS Lambda-35), empregando-se uma cubeta de quartzo de caminho óptico de 1, cm. RSULTADOS DISCURSSÃO A Tab. 1 apresenta a composição química de cada argila utilizada no trabalho. Tabela 1 - Composição química das argilas. Amostras SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O TiO 2 PR* AM1 47,48% 15,35% 9,23% 3,21% 2,35%,52%,83% 2,6% AM2 59,92% 12,15% 6,8% 1,69%,9%,22%,58% 19,3% PR* = Perda ao rubro Já a identificação cristalográfica foi realizada através de interpretações dos difratogramas obtidos (Fig. 1), que juntos com as análises das composições químicas das amostras indicam que essas argilas contêm como principal argilomineral as esmectitas (6) Q (a) Q C Q AM1 - smectita Q - Quartzo C - Calcita Cr Q (b) Cr AM2 - smectita Cr - Cristobalita Q - Quartzo Theta 2 Theta Figura 1 - Difratogramas: (a) da AM1 e (b) da AM2. Para determinar a quantidade adsorvida do corante no adsorvente é necessário seguir a seguinte equação (q. 1): q. 1 onde Q(mg/g) representa à quantidade adsorvida, C (mg/l) é a concentração inicial do adsorbato, Ce(mg/l) é a concentração de equilíbrio na solução, V (l) é o volume da solução e m (g) é a massa do adsorvente (7,8). Avaliando o tempo de contato e as quantidades adsorvidas nas argilas (Fig. 2), para as interações com rodamina B (AM2-RB e AM1-RB), verificou-se que houve aumento de adsorbato adsorvido na argila com o passar do tempo. 192

4 Quantidade adsorvida (mg/g) Quantidade adsorvida (mg/g) 21º CBCIMAT - Congresso Brasileiro de ngenharia e Ciência dos Materiais AM2-RB AM1-RB AM2-AL AM1-AL Tempo (min.) Figura 2 feito de tempo de contato no processo de adsorção Observou-se que a quantidade adsorvida do corante até os 6 minutos iniciais do experimento foi crescente, a partir deste tempo houve uma diminuição na taxa de adsorção (9). Analisando a interação das argilas com o alaranjado de metila (AM2- AL e AM2-AL) foi observado que ocorrem pequenas quantidades adsorvidas, esse comportamento é devido à característica dos argilominerais esmectíticos por possuírem cargas negativas na superfície e as moléculas do corante ter natureza aniônica (1,11). A observação da variação de quantidade de adsorvente tanto da AM1 como da AM2 no processo de adsorção da RB (Figura 3), indica que ocorre diminuição na capacidade de adsorção com o aumento da quantidade de adsorvente, esse fato se deu devido aos sítios de adsorção das argilas permanecerem em sua maior parte insaturadas (12). No caso do alaranjado de metila houve baixa variação na concentração inicial, ou seja, adsorveu pouco adsorbato com as diferentes quantidades de adsorvente. 9 AM2-RB AM1-RB AM2-AL AM1-AL Quantidade do adsorvente (mg/l). Figura 3 feito da quantidade de adsorvente no processo de adsorção. 1921

5 Quantidade adsorvida (mg/g) 21º CBCIMAT - Congresso Brasileiro de ngenharia e Ciência dos Materiais A Figura 4, descreve o efeito da mudança de ph na remoção do AL e da RB, para as amostras dos dois adsorventes. A remoção do AL e do RB diminui drasticamente com o aumento dos valores de ph no intervalo de 3 a 11, para os dois adsorventes. 1 8 AM2-RB AM1-RB AM1-AL AM2-AL ph Figura 4 feito do ph no processo de adsorção. A eficiência dos adsorventes foi avaliada para a RB, pois o AL adsorveu muito pouco nas argilas estudadas. Os mecanismos de controle foram examinados com o auxílio de dois modelos de isotermas e um cinético. Os modelos de isotermas de Langmuir (13) e Freundlich (14) (q. 1 e 2, respectivamente) foram escolhidos no estudo do equilíbrio da adsorção. q.1 Onde Q max (mg/g) é a capacidade máxima adsorvida e K1(L/mg) é a constante de afinidade. q.2 Onde K2 constante de Freundlich, e representa a capacidade de adsorção do sólido ( mg 1-1/n.kg -1.L 1/n ), e n é um parâmetro da equação de Freundlich relacionado a intensidade de adsorção. A Tab. 2 traz as constantes do processo de adsorção de isotermas. No que diz respeito ao estudo cinético, o modelo de equação pseudosegunda ordem (q.3) foi utilizado para examinar e descobrir o mecanismo de adsorção dos corantes (15). 1922

6 Tabela 2 Parametros dos isotermas de Lagmuir e Freundlich para adsorçã de RB. Amostras Langmuir Freundlich Qmax. (mg.g -1 ) K1 (L.mg -1 ) R 2 1/n K2 (mg 1-1/n.kg -1.L 1/n ) AM1-RB 113,64,17,94,54 2,13,98 AM2-RB 117,65 1,2,98,26 61,79,97 R 2 q.3 Os resultados da Tab.3 sugerem que a adsorção estudada obedeceu o modelo cinético, sugerindo que o mecanismo de adsorção é dependente da concentração do adsorbato. Tabela 3 Constantes cinéticas do processo de adsorção da RB. Amostras Pseudo-segunda ordem Qe (mg/g) K3 (g.mg -1.min. -1 ) R 2 AM1-RB 61,34 2, ,99 AM2-RB 11,1 1,6. 1-3,99 Os resultados do fator de correlação (R 2 ), próximo a 1, nos diz que a interação corante e argila ocorre através da quimissorção ou adsorção química (16). CONCLUSÃO As argilas esmectíticas estudadas exibem uma excelente eficiência em adsorver o corante rodamina B, porém para o corante alaranjado de metila apresentaram-se pouco eficiente na adsorção. A adsorção é altamente dependente da concentração do adsorvente e do ph da solução. O ph afeta o comportamento do adsorvente e o grau de ionização dos adsorbatos. A isoterma de Freundlich foi a que apresentou melhor fator de correlação. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi bem ajustado e afirmou que o tipo de adsorção que ocorre na interação dos corantes com as argilas são adsorções químicas. RFRÊNCIAS 1923

7 1. HARVY, C. C., LAGALY, G. Conventional Applications. In: Bergaya, F.; Theng, B. K. G., Lagaly, G. (eds). Handbook of Clay Science. lsevier, Amsterdam. Developments in Clay Science, vol 1, p , BRIGATTI, M. F.; GALAN,.; THNG, B. K. G. Structures and Mineralogy of Clay Minerals. In: Bergaya, F.; Theng, B. K. G., Lagaly, G. (eds). Handbook of Clay Science. lsevier, Amsterdam. Developments in Clay Science, v. 1, SCHOONHYDT, R. A.; JOHNSTON, C. T. Surface and interface chemistry of clayminerals. In: Bergaya, F.; Theng, B. K. G., Lagaly, G. (eds). Handbook of Clay Science. lsevier, Amsterdam. Developments in Clay Science, v. 1, p , YAGUB, M. T.; SN, T. K.; AFROZ, S.; ANG, H. M. Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: A review. Advances in Colloidand Interface Science, v.29, p , NUMANN, M.G.; GSSNR, F.; CION, A. P. P.; ARTORI, R. A.; CAVALHIRO, C. C. S. Interações entre Corantes e Argilas em Suspensão Aquosa. Química Nova, v. 23, nº6, SANTOS, P. S. Ciência e Tecnologia das Argilas. 2ª ed. São Paulo: dgar Blücher, vol.1, VIMONSS, V.; LI, S.; JIN, B.; CHOW, C. W. K.; SAINT, C. Kinetic study and equilibrium isotherm analysis of congo red adsorption by clay materials. Chemical ngineering Journal, v.148, p , ALMIDA, C. A. P.; DBACHR, N. A.; DOWNS, A. J.; COTTT, L.; MLLO, C. A. D. Removal of methylene blue from colored effluents by adsorption on montmorillonite clay. Journal of Colloid and Interface Science, v. 332, p , GRAUR, Z.; MALTR, A. B.; YARIV, S.; AVNIR, D. Sorption of rhodamine B by montmorillonite and laponite. Colloids and Surfaces, v. 25, p , BASKARALINGAMP.;PULIKSI, M.;LANGO, D.;RAMAMURTHI, V.;SIVANSAN S. Adsorption of acid dye onto organobentonite.journal Hazardous Materials,v.128,p , CRINI, G. Non-conventional low-cost adsorbents for dye removal: a review, Bioresource Technology, v. 97, p , HONYMAN, B.D., SANTSCHI, A.H. Metals in aquatic systems.nvironmental Science Technology, v. 22, ,

8 13. LANGMUIR, I. The constitution and fundamental properties of solids and liquids.part I. Journal of the American Chemical Society, v.38, p , FRUNDLICH, H. Concerning adsorption in solutions. Zeitschrift fur Physikalische Chemie-Stochiometrie und Verwandtschaftslehre, v.57, p , HO, Y.S.; MCKAY, G. Pseudo-Second Order Model for Sorption Processes. Process Biochemistry, v. 34, p , ALKAN, M.; DMIRBAS, O.; DOGAN, M. Adsorption kinetics and thermodynamics of an anionic dye onto sepiolite. Microporous and Mesoporous Materials, v.11, p , 27. ABSTRACT ADSORPTION STUDY OF DYS MTHYL ORANG AND RHODAMIN B ON BNTONITS FROM BOA VISTA, PARAIBA. This study aimed to check the equilibrium and adsorption kinetics of smectite using the dyes - methyl orange (AM) and rhodamine B (RB). The interaction (dye-clay) was performed in aqueous solution. The adsorption of these dyes was observed analyzing the control of the following experimental parameters: initial concentration of the adsorbate and the adsorbent; contact time; ph and temperature. The effect of contact time was not significant, since the adsorption occurred within 6 minutes for all dispersions. Through the isotherm was observed that the amount of adsorbed RB increased with decreasing temperature and increasing the initial concentration of the adsorbent. The dyes had similar behavior in acidic medium, where it was adsorbed in greater amounts in both clays. The data were best fitted to Freundlich model and the kinetic model of pseudo-second order. Key-words: Smectite, Kinetic, quilibrium, Adsorption. 1925