ESTUDO DE EQUILÍBRIO DA ADSORÇÃO DE COBRE (II) POR FILMES DE QUITOSANA

Transcrição

1 ESTUDO DE EQUILÍBRIO DA ADSORÇÃO DE COBRE (II) POR FILMES DE QUITOSANA M. SARTORI 1, T. ESPÍNDOLA 1, J. M. MOURA 1, N. SILVEIRA Jr 1. T. R. CADAVAL Jr 1, L. A. A. PINTO 1 1 Univrsidad Fdral do Rio Grand, Escola d Química Alimntos para contato: mariliasartori09@hotmail.com RESUMO Nst trabalho, o fito da tmpratura foi studado na adsorção d íons cobr utilizando films d quitosana como adsorvnt. A fim d rprsntar o comportamnto no quilíbrio, foram ajustados os modlos d isotrmas d Hnry, Frundlich para caractrizar a rlação adsorvnt-adsorbato m difrnts tmpraturas. O modlo mais adquado para rprsntar as isotrmas d quilíbrio para a adsorção d cobr por films d quitosana foi o d Frundlich aprsntado o mnor valor d rro médio rlativo (EMR) no ajust dos dados. 1. INTRODUÇÃO A poluição d águas subtrrânas suprficiais por flunts provnints d procssos químicos é um problma d scala mundial. A prsnça d mtais psados m mananciais advindos dsts dscarts causam uma séri d transtornos pois sts mtais tndm a srm cumulativos m organismos vivos, causando várias donças distúrbios (Gha t al., 2010). Por outro lado, sts mtais dsmpnham papéis importants na maioria das indústrias, principalmnt nos stors d minração, galvanoplastia, farmácia, fabricação d dispositivos létricos psticidas (Igbras t al., 2014). A poluição por cobr é particularmnt procupant, pois ao msmo tmpo m qu dsmpnha um papl ssncial no mtabolismo animal, é tóxico m concntraçõs lvadas, com fitos qu inclum vômitos, cólicas, convulsõs até msmo a mort (Gha t al., 2010). Sgundo a rsolução do Conslho Nacional do Mio Ambint o limit máximo d lançamnto d cobr nos corpos hídricos é d 1,0 mg L -1, todavia nos procssos industriais ond é utilizado o cobr, ss valor é suprior, havndo a ncssidad d s ralizar um tratamnto prévio dsts flunts ants do dscart. Assim, vários métodos têm sido utilizados para rmoção d íons mtálicos a partir d flunts industriais. Dntr os métodos convncionais stão à prcipitação química, sparação por mmbrana, troca iônica, vaporação, ltrólis, tc. Porém na maioria das vzs sss procssos são complxos inficazs, principalmnt quando sss íons stão prsnts m baixas concntraçõs (Li Bai, 2005). Nss contxto a adsorção s aprsnta como uma técnica promissora na rmoção dsss íons dvido as facilidad d opração, simplicidad rlação custo bnfício (Igbras t al., 2014). Sndo assim há uma busca crscnt por adsorvnts obtidos d fonts rnovávis, dntr os quais s dstaca a quitosana (Mi t al., 2015).

2 A quitosana, poli (β 1 4) 2 amino 2 doxi Dglucopiranos, é produzida através da dsactilação parcial da quitina, qu é amplamnt ncontrada m xosqultos d crustácos na pard clular d fungos (Ngah t al., 2011). Além das várias propridads qu a quitosana aprsnta, como biocompatibilidad, biodgradabilidad, não toxicidad, tc., sta também é conhcida como um xclnt adsorvnt para íons d mtais d transição, pois possui vários grupos rativos qu intragm com os íons mtálicos através d vários mcanismos, qu dpndm do íon, do ph da composição da solução (Yu t al., 2013). Os grupos amina ( NH 2 ) da quitosana são rconhcidos como os principais grupos ativos para intração com íons mtálicos, nquanto qu os grupos hidroxila (OH), spcialmnt na posição C 3, também podm contribuir no procsso d adsorção (Zhao t al., 2007). Além d todas as caractrísticas já citadas, a quitosana pod sr prparada m difrnts formas, tais como pó, nanopartículas, hidrogéis, mmbranas, sponjas fibras. No ntanto a sparação do matrial, após a adsorção é bastant difícil, havndo a ncssidad d subsqunts procssos d sparação (Mirmohsni t al., 2012). Sndo assim, sta dificuldad lva a ncssidad do dsnvolvimnto d matriais à bas d quitosana, qu facilitm a sparação do adsorvnt após a opração d adsorção, como é o caso do polímro na forma d film. Tais films, além d mantrm as propridads d adsorção do polímro, facilitam a rmoção do adsorvnt após a opração aprsntam boas propridads mcânicas qu facilitam a sua rutilização (Dotto t al., 2013). No ntanto para a utilização d films d quitosana na adsorção d íons cobr (II), são ncssários studos para uma mlhor comprnsão ntndimnto do procsso. O studo das isotrmas é fundamntal, uma vz qu a msma auxilia no sclarcimnto do comportamnto da opração m função da tmpratura bm como m trmos d quilíbrio. Além disso, os parâmtros d quilíbrio forncm informaçõs sobr a qualidad do adsorvnt a afinidad adsorvnt-adsorbato (Dotto t al., 2013). Sndo assim, o objtivo dst trabalho foi studar as isotrmas d adsorção d íons cobr (II) por films d quitosana. Foi vrificado o fito da tmpratura os modlos d Hnry Frundlich foram ajustados aos dados xprimntais. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Prparação do Film d Quitosana A quitosana (massa molar 150±3 kda grau d dsactilação 85±1%) foi obtida a partir d rsíduos d camarão (Pnaus brasilinsis) sgundo Wska t al. (2007). Os films foram produzidos utilizando a técnica casting d acordo com trabalhos antriors. Os valors d tnsão d ruptura alongamnto dos films foram dtrminados utilizando um txturômtro (Stabl Micro Systms, TA XT 2i, Rino Unido) com uma carga d 50N vlocidad d longação d 2 mm s 1. A spssura dos films foi mnsurada utilizando um micrômtro digital (Insiz, IP54, Brasil) com rsolução d 0,0010 µm Exprimntos d Adsorção Primiramnt, foi prparada uma solução stoqu com concntração d 1,00 g L -1 d cobr a partir da dissolução d CuSO 4.5H 2 O. As diluiçõs subsqunts foram ralizadas com água dstilada, a partir da solução stoqu o ph ajustado com tampão fosfato

3 dissódico/ácido cítrico à ph 5,0 (DOTTO t al., 2013). Os xprimntos foram ralizados m triplicata (n=3), todos os ragnts foram d grau analítico. Para os xprimntos d adsorção, films m concntração d 250 mg.l -1, foram adicionados m soluçõs d cobr com concntraçõs iniciais ntr mg.l -1. Os nsaios foram ralizados m um agitador do tipo Wagnr com tmpraturas d 25 C, 35 C, 45 C 55 C, sob uma taxa d agitação d 100 rpm até o quilíbrio. Após, as concntraçõs rmanscnts d cobr foram dtrminadas por spctroscopia d absorção atômica. As capacidads d adsorção nos quilíbrios foram dtrminadas pla Equação (1). q V(C 0 C m ) (1) Sndo C 0 C, rspctivamnt, as concntraçõs inicial d quilíbrio na fas líquida (mg.l -1 ), m a massa d adsorvnt (g) V o volum da solução (L) Estudo do quilíbrio Modlos d adsorção isotérmica são amplamnt utilizados para dscrvr procssos d adsorção invstigar o quilíbrio da adsorção (DOTTO t al., 2013). Nst trabalho, dados d quilíbrio foram obtidos m 25, 35, C as curvas foram ajustadas aos modlos isotérmicos d Hnry Frundlich. A isotrma d Hnry é utilizada quando a rlação ntr a quantidad d adsorbato na fas fluida a quantidad d adsorbato na fas sólida é linar, com uma constant d proporcionalidad chamada d constant d quilíbrio d Hnry (K H ) pod sr rprsntada pla Equação 2: q k HC (2) sndo, q a capacidad d adsorção no quilíbrio (mg g -1 ), C a concntração da fas líquida no quilíbrio (mg L -1 ) k H é a constant d Hnry. O modlo d Frundlich assum qu a suprfíci d adsorção é htrogêna pod sr rprsntado pla Equação 3. q k C (3) F 1/n ond, k F é a constant d Frundlich ((mg g -1 )(mg L -1 ) -1/n ) 1/n é o fator d htrognidad Os parâmtros d quilíbrio foram dtrminados por rgrssão não linar, usando Statistic 7.0 (Statsoft, USA). Os rros rlativos médios (EMR) foram usados para slcionar o mlhor modlo isotérmico.

4 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Caractrização dos films d quitosana Foi obsrvado qu o film aprsntou tnsão d ruptura d 22,1±1,1 MPa alongamnto d 10,5±2,1%. Estas propridads s mantivram após a adsorção a spssura do film foi d 68±2 µm Isotrmas d adsorção A Figura 1 aprsnta os dados xprimntais d quilíbrio para adsorção d íons d cobr por film d quitosana. Figura 1 Isotrmas d quilíbrio para o sistma Cu 2+ - Films d quitosana. Tabla 1 Propridads dos sistmas (fluido-partícula). T (K) Hnry K H (L g 1 ) R 2 EMR (%) 298 1,2044 0,9905 8, ,0958 0,9962 5, ,9824 0,9935 7, ,8711 0, ,45 T (K) Frundlich k F (mg g 1 )(mg L 1 ) 1/n F n F R 2 EMR (%) 298 2,2542 1,14 0,9987 5, ,5918 1,08 0,9988 3, ,5182 1,09 0,9971 3, ,6509 1,14 0,9965 4,29

5 Basado nos rsultados da Tabla, (R 2 EMR) é possívl afirmar qu o modlo d Frundlich é o mais apropriado para ajustar os dados xprimntais d quilíbrio ntr os íons d cobr o film d quitosana. 4. CONCLUSÃO Nst trabalho, a rmoção d cobr a partir d soluçõs aquosas, por adsorção, utilizando films d quitosana foi studada. O modlo d Frundlich foi o mais adquado para rprsntar as isotrmas d quilíbrio d adsorção com maior R 2 mnor EMR. 5. REFERÊNCIAS DOTTO, G. L., MOURA, J. M., CADAVAL, T. R. S., PINTO, L. A. A. Application of chitosan films for th rmoval of food dys from aquous solutions by adsorption. Chm. Eng. J., v. 214, p. 8-16, GHAEE, A.; SHARIATY-NIASSAR, M.; BARZIN, J.; MATSUURA, T. Effcts of chitosan mmbran morphology on coppr ion adsorption. Chm. Eng. J., v. 165, p , IGBERASE, E.; OSIFO, P.; OFOMAJA, A. Th adsorption of coppr (II) ions by polyanilin graft chitosan bads from aquous solution: Equilibrium, kintic and dsorption studis. J. Environ. Chm. Eng. J., v. 2, p , JIANG, X., CHEN, L., ZHONG, W. I. A nw linar potntiomtric titration mthod for th dtrmination of dactylation dgr of chitosan. Carbohydr. Polym., 54, , LI, N.; BAI, R. Coppr adsorption on chitosan cllulos hydrogl bads: bhaviors and mchanisms. Sp. Purif. Tchnol., v. 42, p , MI, F.; WU, S. J.; LIN, F. Adsorption of coppr(ii) ions by a chitosan oxalat complx biosorbnt. Int. J. Biol. Macromol., v. 72, p , MIRMOHSENI, A.; DORRAJI, M. S. S.; FIGOLI, A.; TASSELLI, F. Chitosan hollow fibrs as ffctiv biosorbnt toward dy: Prparation and modling. Biorsour. Tchnol., v. 121, p , NGAH, W. S. W.; TEONG, L. C.; HANAFIAH, T. M. A. K. M. Adsorption of dys and havy mtal ions by chitosan composits: A rviw. Carbohydr. Polym., v. 83, p , WESKA, R. F.; MOURA, J. M.; BATISTA, L. M.,; RIZZI, J.; PINTO, L. A. A. Optimization of dactylation in th production of chitosan from shrimp wasts: Us of rspons surfac mthodology. J. Food Eng., v. 80, p , YU, K.; HO, J.; MCCANDLISH, E.; BUCKLEY, B.; PATEL, R.; LI, Z.; SHAPLEY, N. C. Coppr ion adsorption by chitosan nanoparticls and alginat microparticls for watr purification applications. Colloids Surf., A, v. 425, p , 2013.

6 ZHAO, F.; YU, B.; YUE, Z.; WANG, T.; WEN, X.; LIU, Z.; ZHAO, C. Prparation of porous chitosan gl bads for coppr(ii) ion adsorption. J. Hazard. Matr., v. 147, p , 2007.