EFICIÊNCIA DO CARVÃO ATIVADO DE BABAÇU NA REMOÇÃO DO CORANTE AMARELO TARTRAZINA EM SOLUÇÃO AQUOSA

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1 EFICIÊNCIA DO CARVÃO ATIVADO DE BABAÇU NA REMOÇÃO DO CORANTE AMARELO TARTRAZINA EM SOLUÇÃO AQUOSA I. M. RECK 1, R. M. PAIXÃO 2, L. A. M. PINTO 1, R. BERGAMASCO 2, A. M. S. VIEIRA 1 e R. GOMES 3 1 Universidade Estadual de Maringá, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia de Alimentos 2 Universidade Estadual de Maringá, Departamento de Engenharia Química 3 Universidade Estadual de Maringá, Departamento de Engenharia de Alimentos para contato: isabelareck@hotmail.com RESUMO Com o avanço do setor industrial, tanto de alimentos quanto de bebidas, a utilização de corantes sintéticos difunde-se entre diversos produtos. Devido à toxicidade desses corantes, é de extrema importância a monitorização para que estes não excedam os níveis autorizados pelos órgão vigentes. Águas residuais coloridas são inaceitáveis esteticamente além de causar danos ao meio ambiente. Neste contexto, o estudo em questão teve como objetivo a remoção do corante amarelo Tartrazina de soluções aquosas utilizando o carvão ativado de babaçu. A adsorção foi realizada em batelada, com uma solução de 15mg.L -1 de corante. Foram testadas as influências de diferentes parâmetros: tempo de contato, ph, temperatura e quantidade de adsorvente. O tempos escolhido para os ensaios de adsorção foi 12 horas com uma quantidade de 0,05g de carvão. Quanto aos outros parâmetros estudados, o melhor ph para remoção do corante foi o 3 e a melhor temperatura foi a de 25 C. Portanto, o carvão ativado de babaçu apresenta-se como um adsorvente eficiente na remoção do corante amarelo tartrazina de soluções aquosas. 1. INTRODUÇÃO Muitos processos industriais utilizam uma variedade de corantes químicos sintéticos para vários usos (Lata et al., 2008). As indústrias que trabalham na fabricação de papel e celulose, tingimento de tecidos, têxteis, tratamento de couro, impressão, produtos alimentícios etc. usam estes corantes em seus processos e seus efluentes lançados apresentam grandes quantidades de resíduos coloridos. Estima-se que cerca de toneladas de corantes sintéticos são produzidos anualmente e 50% destes são corantes azo (Greluk e Hubicki, 2011). Corantes têm estrutura molecular aromática complexa e são geralmente resistentes à luz, temperatura e oxidantes. Esta característica faz com que o corante não degrade com facilidade e ocorra acumulação nos ecossistemas aquáticos. Geralmente, corantes sintéticos contêm grupos funcionais azo (N = N) e estruturas de anel

2 aromático, por isso são prejudiciais à saúde humana (López-de-Alba, López-Martínez, Cerdá, & De- León-Rodríguez, 2001). Por conseguinte, o controle de corantes sintéticos alimentares em produtos de grande consumo, tais como bebidas torna-se uma tarefa essencial. Como resultado da grande variedade de aplicação destes compostos, boa parte desses corantes são descartados ao final do processamento juntamente com a água, dando origem a efluentes coloridos (Crini e Bardot, 2008). Segundo Royer et al. (2010), um dos método mais eficiente na remoção de corantes sintéticos de efluentes aquosos é a adsorção. Esse processo transfere espécies de corantes do efluente aquoso a uma fase sólida e, subsequentemente, o adsorvente pode ser regenerado por dessorção e armazenado em local apropriado, sem contato direto com o meio ambiente. Até agora, a adsorção em carvão ativado é comumente aceita por ser a melhor tecnologia disponível para a redução de corantes sintéticos, embora os seus custos de produção são de fato bastante elevados. O carvão ativado pode ser feito a partir de diferentes plantas, animais ou resíduos de carvão betuminoso (Dinçer et al., 2007) e tornou-se o padrão das indústrias para a recuperação de águas residuais industriais e para melhorar a qualidade da água potável. O babaçu é uma palmeira proveniente da América Latina. Dentre as partes que constituem essa palmeira, o fruto possui o maior potencial econômico, pois é possível produzir diversos produtos, tais como: etanol, metanol, celulose, farináceas, ácidos graxos, glicerina e o carvão (Brasil, 2009). O babaçu garante a produção de carvão ecológico e carvão ativado sem a necessidade de implantar e desenvolver novas fronteiras agrícolas, evitando o dispêndio de elevados recursos financeiros para o plantio, bem como a substituição de áreas agrícolas potencialmente destinadas à produção de alimentos básicos para o consumo humano. Desta maneira, vários estudos utilizam carvão ativado desses materiais vegetais na adsorção, para remoção de agrotóxicos no tratamento de águas e efluentes industriais (Piza, 2008). Tendo em vista o exposto acima, o presente trabalho objetivou avaliar a utilização do carvão ativado de coco de babaçu como adsorvente na remoção de corante amarelo tartrazina da água e analisar a influência de diferentes parâmetros no processo. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Os estudos foram realizados em batelada e em triplicata no Laboratório de Gestão, Controle e Preservação Ambiental (LGCPA) da Universidade Estadual de Maringá Solução de Corante O corante utilizado para o estudo de adsorção foi o amarelo tartrazina, conhecido como o corante mais comum utilizado na produção industrial de sucos e refrigerantes. O corante foi doado pela empresa Duas Rodas Industrial de Jaraguá do Sul SC. Uma curva de calibração no comprimento de onda de 426nm foi construída com concentrações do corante de 2 a 15 mg.l -1 no Espectro DR 5000 HACH. A partir dessa curva torna-se possível determinar a concentração de equilíbrio do corante remanescente na fase fluída após o processo de adsorção. Após os ensaios de adsorção, a suspensão foi filtrada em membranas de celulose de 0,45 µm e o percentual de remoção

3 do corante tartrazina foi calculado utilizando-se a Equação 01. Onde, Co é a concentração inicial do corante em mg.l -1 e Ce é a concentração final, em solução, após o período de adsorção, em mg.l Adsorvente O material adsorvente utilizado foi o carvão granular de coco de babaçu (CAG), ativado em altas temperaturas ( C), para melhoramento do processo adsortivo. O CAG foi fornecido pela empresa Tobasa Tocantins Babaçu S/A, da região de Cinelandia/RJ Tempo de Contato Para determinar o melhor tempo de adsorção do corante amarelo tartrazina pelo carvão ativado de coco de babaçu foram avaliados diferentes intervalos de tempo durante 24 horas. Utilizou-se 0,05g do adsorvente em 50mL de solução do corante tartrazina à uma concentração de 15mg L -1 e o ph utilizado foi o da própria solução inicial, ph 5,6. Os frascos foram colocados em uma agitação de 100rpm a uma temperatura de 25ºC. Em seguida, a suspensão foi filtrada e a percentagem de remoção foi calculada utilizando-se a Equação (1) Influência da massa de adsorvente Para o estudo da influência da massa de adsorvente na remoção do corante amarelo tartrazina, foram utilizadas 0,05; 0,5; 1,0 e 1,5 g do adsorvente em 50 ml de solução de amarelo tartrazina á uma concentração de 15 mg L -1. As amostras foram agitadas a 100 rpm por 12 horas a uma temperatura de 25 C e utilizando o ph inicial da solução. Em seguida, a suspensão foi retirada da agitação, filtrada em membrana de celulose de 0,45 µm e determinado o percentual de remoção do corante Influência da Temperatura Para determinar a melhor temperatura para adsorção do corante amarelo tartrazina pelo adsorvente, foram avaliadas as temperaturas de 15, 25, 35 e 45 C. Nestes ensaios foram utilizados 0,05 g de adsorvente em 50 ml de solução do corante tartrazina à uma concentração de 15 mg L -1, e o ph utilizado foi o da própria solução inicial (ph 5,6). Os frascos foram colocados em uma agitação de 100 rpm durante 12 horas, sendo então determinado o percentual de remoção do corante em cada temperatura Influência do ph Para o estudo da influência do ph na remoção do corante amarelo tartrazina com o carvão, foram adicionados 0,05 g do adsorvente em 50 ml de solução de amarelo tartrazina a uma (01)

4 concentração de 15 mg L -1 e avaliadas diferentes faixas de ph (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12). As soluções ácidas foram corrigidas a partir de HCl 0,1 Mol. L -1 e as básicas com NaOH 0,1 Mol. L -1. As amostras foram agitadas a 100 rpm por 12 horas a uma temperatura de 25 C. Em seguida, a suspensão foi filtrada e a porcentagem de remoção foi calculada utilizando-se a Equação (1). 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Figura 1 mostra a tempo de equilíbrio alcançado na adsorção do corante tartrazina com o carvão ativado de coco de babaçu como adsorvente. 4 3 qm (mg/g) Tempo (min) Figura 1 - Tempo de equilibrio para a adsorção do corante amarelo tartrazina com o carvão ativado de babaçu. De acordo com a figura 1 foi possível constatar que o tempo de equilíbrio entre a solução e o adsorvente foi de 12 horas (720 min). Por este motivo, o restante do estudo foi conduzido com o tempo de 12 horas de equilíbrio. Niedersberg (2012) avaliou a adsorção do corante azul de metileno em função do tempo, utilizando o carvão da casca do tungue sem tratamento químico e encontrou o resultado de 12 horas para o tempo de equilíbrio. A Figura 2 apresenta o efeito da variação de massa de adsorvente no processo de adsorção.

5 Remoção (%) ,72 97,72 97,72 97, ,05 0,5 1,0 1,5 Massa (g) Figura 2 - Influência da quantidade de massa de adsorvente na remoção do corante amarelo Tartrazina. Como pode ser observado na Figura 2, os dados obtidos para a adsorção do corante com carvão ativado, mostram que a quantidade de corante removida aumenta de 97,72% com 0,05 g de adsorvente para 100% com 0,5 g e, a partir desta massa de carvão, a porcentagem de remoção permanece a mesma, ou seja, 100%. Desta maneira, uma massa de 0,05 g de carvão ativado de coco de babaçu apresenta capacidade de adsorção suficiente para remover uma quantidade maior que 90% do corante tartrazina de uma solução de 15 mg. L -1. A Figura 3 refere-se à influência exercida pela temperatura na remoção do corante amarelo tartrazina com o carvão ativado de coco de babaçu como adsorvente.

6 Remoção (%) Temperatura ( C) 45 Figura 3 - Influência da temperatura na remoção do corante amarelo tartrazina pelo carvão ativado de babaçu. Como a taxa de difusão das moléculas do corante é um processo que depende do controle de temperatura, a variação de temperatura altera a capacidade do adsorvente para um adsorbato em particular. No presente estudo o aumento da temperatura conduz a rápida difusão de moléculas de corante ao longo da camada limite externa e poros internos das partículas de adsorvente, devido à menor resistência oferecida por forças viscosas na fase aquosa (Demirbas et al., 2008). Observou-se que o processo de adsorção com o carvão ativado de coco de babaçu é um processo endotérmico, por este motivo a remoção tende a ser maior em maiores temperaturas. É possível observar pela Figura 3 que a porcentagem de remoção alcançada aumentou de 90,3% a uma temperatura de 15 C até 98,6% a uma temperatura de 45 C. Com relação ao efeito da variação do ph na adsorção do corante tartrazina os resultados encontram-se expressos na Tabela 1. Tabela 1- Efeito do ph na remoção de Tartrazina em solução ph Tartrazina residual na solução (mg.l -1 ) Cor (units PtCo) Remoção (%) 2 0,48±0, ,8 3 0,45±0, ,0 4 0,92±0, ,8

7 5 0,98±0, ,4 6 1,88±0, ,4 7 1,03±0, ,1 8 1,19±0, ,0 9 1,71±0, ,6 10 1,65±0, ,0 12 2,77±0, ,5 O ph em que ocorre a maior porcentagem de remoção é o ph 3, restando no solução uma coloração quase imperceptível. Esse resultado pode ser explicado pelo fato da tartrazina ser uma molécula de caráter aniônico, e por esse motivo tem atração pelos íons H+ presentes na solução. Um estudo realizado por Gonçalves et al., (2014), sobre o efeito do ph na adsorção do corante amarelo tartrazina por quitosana e quitosana modificada com cianoguanidina, obtiveram máximas capacidades de adsorção com um percentual de remoção de 70% em ph 2. De acordo com Crini e Badot (2008) a escolha do melhor adsorvente depende de diversos fatores, incluindo a estrutura química do corante e o ph. Nesta pesquisa, os resultados mostraram que, para o corante investigado, o carvão ativado de coco de babaçu se destaca como um adsorvente muito eficiente, preferencialmente em ph ácido apresentando percentuais máximos de remoção de 97% do corante amarelo tartrazina. 4. CONCLUSÃO De acordo com os resultados obtidos, a adsorção é favorecida com o aumento da temperatura, sendo o maior percentual de remoção alcançada com temperatura de 45 C. Uma massa de adsorvente de 0,05g é suficiente para remover 97,72% do adsorvente em estudo e o melhor ph é o 3, para um tempo de equilíbrio de 12 horas. Como conclusão do presente trabalho, pode-se afirmar que o carvão ativado de coco de babaçu apresenta um potencial muito significativo na remoção de corantes em soluções aquosas, e por isso, a adsorção é um processo que pode ser considerado como um tratamento preliminar nas águas das indústrias alimentícias para que estes corantes sejam eliminados antes de serem descartados juntamente com os efluentes aquosos das indústrias. 5. REFERÊNCIAS

8 BRASIL. Ministério do Desenvolvimento Agrário, Ministério do Desenvolvimento Social e Combate à Fom e Ministério do Meio Ambiente. Promoção Nacional da Cadeia de Valor do Coco Babaçu. Brasília, CRINI, G.; BADOT, P. Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. Prog. Polym. Sci., v. 33, p , DEMIRBAS, E., KOBYA, M., SULAK, M.T. Asorption kinetics of a basic dye from aqueous solutions onto apricot stones activated carbon. Bioresour. Technol. 99, 5368, DINÇER, A.R., GÜNES, Y., KARAKAYA, N., GÜNES, E. Comparison of activated carbon and bottom ash for removal of reactive dye from aqueous solution, Bioresour. Technol. 98, , GRELUK, M., HUBICKI, Z. Efficient removal of Acid Orange 7 dye from water using the strongly basic anion exchange resin Amberlite IRA-95. Desalination 278, 219, LATA, H., GARG, V.K., GUPTA, R.K. Adsorptive removal of basic dye by chemically activated Parthenium biomass: equilibrium and kinetic modeling. Desalination , LÓPEZ-DE-ALBA, P., LÓPEZ-MARTINEZ, L., CERDÁ, V., & DE-LEÓN-RODRÍGUEZ, L. Simultaneous determination of tartrazine, sunset yellow and allura red in commercial soft drinks by multivariate spectral analysis. Química Analítica, 20, 63 72, NIEDERSBERG, C. Ensaios de adsorção com carvão ativado produzido a partir da casca do tungue (Aleurites fordii), resíduo do processo de produção de óleo. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Ambiental), Universidade de Santa Cruz do Sul UNISC, ROYER, B, LIMA, E.C, CARDOSO, N.F, CALVETE, T, BRUNS, R.E. Statistical design of experiments for optimization of batch adsorption conditions for removal of reactive red 194 textile dye from aqueous effluents, Chemical Engineering Communications 197, , PIZA, A.V.T. Estudo da capacidade de adsorção dos herbicidas diuron e hexazinona em carvões ativados. 185 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Ambiental) Centro de Ciências Exatas, Naturais e Tecnologias, UNAERP, Ribeirão Preto, São Paulo, 2008.