Levantamento dos Dados Cinéticos de Adsorção do Corante Amarelo Reativo BF 3R Utilizando Pseudocaule de Bananeira (musa sp)

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1 Levantamento dos Dados Cinéticos de Adsorção do Corante Amarelo Reativo BF 3R Utilizando Pseudocaule de Bananeira (musa sp) Wilian Adriel Leichtweis *, Aparecido N. Módenes, Claudinéia Gerardi () Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. NBQ Núcleo de Biotecnologia e Desenvolvimento de Processos Químicos. Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, Campus Toledo-PR. wilian.adriel@hotmail.com Resumo: Este trabalho consistiu em analisar o desempenho da biomassa pseudocaule de bananeira na remoção do corante amarelo reativo BR 3R de uma solução sintética, utilizando adsorção em batelada. Inicialmente realizou-se um teste preliminar de cinética de adsorção com objetivo de encontrar uma estimativa do tempo de equilíbrio. Observou-se que em cerca de 5 horas, 8% da saturação foi alcançado, com um tempo de equilíbrio de 24 horas. Após a determinação do tempo de equilíbrio, testes em batelada foram realizados para a determinação das melhores condições de granulometria, ph e agitação. O processo apresentou melhor desempenho em ph, não demonstrando influência significativa do tamanho de partícula do adsorvente. Nestas condições foram executados os testes de cinética de adsorção em duas agitações distintas, e 5 rpm. Foi verificado o ajuste dos modelos cinéticos pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem, disponíveis na literatura, aos dados experimentais. Para a cinética observada, os modelos não tiveram bom ajuste. Palavras Chave: Adsorção; Cinética, Corante Reativo INTRODUÇÃO Corantes sintéticos são vastamente utilizados na indústria, na fabricação de inúmeros produtos como plásticos e texteis. As indústrias de tingimento básico, como a têxtil, são as maiores consumidoras de corantes (Sadhasivam et al.,27). Na maioria dos casos, os efluentes líquidos destas indústrias possuem cor e, não atendendo as legislações vigentes, necessitam de tratamento (Vijayaraghavan e Yun,28). Inúmeras são as dificuldades para remoção da cor, que se devem principalmente a complexa estrutura (Robinson et al.,2). Comparando todos esses tipos, os corantes reativos são os maiores causadores de problema. São tóxicos e mutagênicos (Tsuboy et al., 27), carcinogênicos (Golka et al., 24) e teratogênicos (Picciano et al., 984), devido ao uso bastante difundido e a alta solubilidade, que afeta diretamente a biota 56 marinha e o seu ambiente (Sadhasivam et al.,27). Diante destes problemas, inúmeras possibilidades de tratamento vêm sendo utilizadas e pesquisadas como, por exemplo, sedimentação, filtração, coagulação/ floculação (Shi et al., 27), eletrocoagulação (Palácio et al., 29), processos oxidativos avançados (Módenes et al., 22) e adsorção (Fiorentin et al., 2). Estudos comprovam que carvões ativados tem alto poder de remoção dos mais diversos tipos de corantes, porém um fator agravante é o custo da operação (Gupta e Suhas, 29). Assim vêm-se desenvolvendo pesquisas no sentido de encontrar matérias adsorventes mais baratos, os biossorventes. (Mohanty et al., 26; Mahamadi e Nharingo, 2; Módenes et al., 2), bagaço de laranja (Fiorentin et al., 2), entre outros. Dentre os adsorventes alternativos há a possibilidade da utilização do pseudocaule de bananeira que é abundante no Brasil e

2 não possui utilização que agregue valor. O país é o terceiro maior produtor mundial de banana com 6.64 mil toneladas (Fioravanço, 23), quantidade que demostra a grande disponibilidade do material. Assim, avaliou-se o potencial de remoção de corante amarelo reativo BF 2% pelo pseudocaule de bananeira. Testes em batelada foram realizados para verificar a influência de condições operacionais como temperatura de secagem, ph, tamanho de partícula e velocidade de agitação. Experimentos foram conduzidos nas melhores condições encontradas para o estudo da cinética de adsorção. Os modelos de Lagergren (989) e Ho (998) foram ajustados aos dados experimentais a partir de regressão não-linear. MATERIAIS E MÉTODOS Preparação do Biossorvente Inicialmente colheu-se uma quantidade de pseudocaules de bananeira adulta, já com frutos maduros. Os pseudocaules foram cortados em pedaços com aproximadamente metro de comprimento e espessura de 5 a centímetros. Estas partes foram prensadas em moenda de cana com o objetivo de extrair água em excesso presente na biomassa. A biomassa prensada foi lavada em água corrente e centrifugada antes de ser exposta para secagem ao ar livre em contato direto com a luz solar durantes 3 dias. A biomassa seca foi colocada em estufa Cienlab durante 8 horas a 3ºC, período no qual não apresentou mais variação de massa. As fibras secas foram trituradas em moinho Tecnal com peneira de 8 mesh. Preparação das Soluções Os reagentes químicos usados foram de qualidade analítica. Para a preparação das soluções de corante usou-se o corante reativo amarelo BF 3R 2% fornecido pela empresa Texpal dissolvido em água destilada. A concentração das soluções utilizadas foi 57 medida em espectrofotômetro UV-VIS Shimadzu UV 8. Para isso fez-se uma curva de calibração utilizando soluções de concentração conhecidas de a 6 ppm no intervalo de ppm. Preparou-se uma solução mãe com 2 mg de corante diluídos em litro de água destilada. Esta solução foi utilizada para a preparação das demais por diluição em água destilada. Após varredura de comprimento de onda, determinou-se que o pico de absorbância acontecia a 398,5 nm. Tempo de Equilíbrio Para estimar o tempo de equilíbrio, realizou-se um teste preliminar com L de solução a 7,35 mg L - em contato com 6 g de biossorvente, seco a 3 C, a ph 2, em béquer de 2 L. A solução foi agitada com agitador do tipo hélice na velocidade de 6 rpm. Alíquotas de 5 ml de solução foram retiradas nos tempos de 5, 5 e 3 min e após de hora em hora até 48 horas, analisadas quanto a concentração e devolvidas ao sistema experimental o mais rápido possível para minimizar os efeitos de desestabilização do sistema. Este experimento foi realizado em duplicata. Buscando as melhores condições experimentais para os testes cinéticos, avaliou-se os efeitos ph e tamanho de partícula em sistema batelada. Para todos os testes,3 g de biossorvente foi posto em contato com 5 ml de solução de corante à 7 mg L - em frasco erlenmeyer, agitado a rpm e a temperatura controlada de 3 C por 24 h. Após, a solução sobrenadante foi separada do biossorvente e centrifugada a 3 rpm durante 5 min para a separação das partículas menores. A solução sem biomassa foi analisada em espectrofotômetro para determinação do residual de corante na fase líquida e a quantidade adsorvida foi calculada pela equação: onde q (mg g - ) é a quantidade de corante adsorvida por grama de biossorvente, C e C

3 Remoção de Corante (%) III Encontro Paranaense de Engenharia e Ciência são a concentração final e inicial respectivamente da solução em mg L -, V é o volume da solução em L e m é a massa de biossorvente em g. Influência do ph Com o objetivo de encontrar o ph mais adequado para remoção do corante amarelo reativo BF 3R, variou-se o ph da solução entre e 2, mediante ajustes com soluções de ácido clorídrico nas concentrações de,, e 2 mol L - e de hidróxido de sódio,, e 5 mol L -. Cada ensaio de ph foi realizado em triplicata. Influência do Tamanho de Partícula O biossorvente moído foi classificado em um sistema de peneiras vibratórias, nos tamanhos de 2, 28, 35, 48, 8,. Para o teste de influência do tamanho de partícula, variou-se o tamanho das partículas de acordo com as frações obtidas por peneiramento. Testes Cinéticos Os testes cinéticos foram realizados em duplicata para as agitações de 5, 5 rpm em incubadora agitada orbital à temperatura controlada de 3 C. O método consistiu em colocar,3 g de pseudocaule seco a 3 C em contato com 5 ml de solução de corante a 7 mg L - com ph. As amostras foram retiradas em intervalos de tempo prédeterminados. As concentrações de corante foram analisadas em espectrofotômetro UV- VIS e a quantidade adsorvida foi calculada pela Equação. Os dados cinéticos de equilíbrio foram ajustados aos modelos de pseudo-primeira ordem proposto por Lagergren (989) representado pela Equação 2 e pseudosegunda ordem por Ho e McKay (999) descrito na Equação onde q eq e q(t) são as capacidades de adsorção de equilíbrio e no tempo t, respectivamente, em mg g -, t é o tempo em min e k (min - ) e k 2 (g mg - min - ) são as constantes correspondentes aos modelos de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem, respectivamente. Os parâmetros de ambos os modelos foram obtidos a partir de regressão não linear utilizando o Statistica 7. Desvios Experimentais Para uma variável aleatória normal, os intervalos populacionais correspondentes a [ onde é a média e é o desvio padrão amostral, contém 99,7 % de todas as observações. A distribuição normal é robusta e representa muito bem a realidade, pois toda distribuição tende a normalidade (Neto et al. 27). Desta forma, os erros apresentados nas figuras são obtidos a partir do desvio padrão amostral. RESULTADOS E DISCUSSÃO Teste Preliminar Como mostra a Figura, o tempo de equilíbrio encontrado no teste foi de aproximadamente 24 horas. Este tempo foi utilizado nos testes posteriores. Bons resultados são alcançados neste teste, com remoção de 89,4 % do adsorbato inicialmente presente na solução Dados Experimentais (7,35 mg L - ) Tempo (horas) Figura : Teste preliminar de tempo de equilíbrio. Condições experimentais: ph, temperatura de 3 C, mistura de partículas de biossorvente seco a 3 C e concentração de 7,35 mg L - 58

4 Remoção de Corante (%) Remoção de Corante (%) III Encontro Paranaense de Engenharia e Ciência Efeito do ph Este experimento foi elaborado com o objetivo de se determinar em qual faixa de ph o adsorvente estudado tem maior capacidade de adsorver o corante. Alterações no ph podem afetar o processo de adsorção por meio da dissociação de grupos funcionais presentes nos sítios ativos do adsorvente (Mall et al., 26). A influência do ph no processo de adsorção é apresentado na Figura 2: Dados Experimentais (7 mg L - ) ph Figura 2: Influência do ph para temperatura de 3 C, mistura de partículas de biomassa com agitação de rpm e concentração 7 mg L - O biossorvente demonstrou capacidade de adsorção significativamente maior em ph. Resultados similares na adsorção de corante amarelo reativo foram observados utilizando biomassa da fermentação de lisina (Won e Yun, 28). Efeito da Granulometria Observa-se, pela Figura 3, uma diferença máxima aproximadamente de 3% na porcentagem de remoção de corante entre o melhor e menor remoção, sendo as partículas de tamanho entre 8 e mesh as que tiveram o melhor desempenho. A diferença obtida entre as porcentagens de remoção não são significativas, ficando abaixo do erro experimental. Portanto a mistura de partículas será usada posteriormente Dados Experimentais (7 mg L - ) < Tamanho de Partícula (Mesh) Figura 3: Influência do tamanho de partícula para temperatura de 3 C, ph, com agitação de rpm e concentração de 7 mg L - Cinética De Adsorção Os experimentos cinéticos foram conduzidos no melhor ph encontrado (ph=) e com mistura de partículas biossorvente seco a 3 C para agitações de 5 e 5 rpm. Os resultados dos ensaios realizados são apresentados na Figura 4. Os modelos de pseudo-primeira e pseudosegunda ordem, demonstrados nas equações 2 e 3, foram ajustados aos dados experimentais obtidos. Os parâmetros dos modelos (q eq, k e k 2 ) foram estimados a partir de regressão não linear utilizando o método simplex utilizando o software Statistica 7 e apresentados na Tabela. As regressões foram obtidas com R entre,9 e,964, o que significa que ambos os modelos não representam satisfatoriamente os dados experimentais. Quanto ao processo de remoção, a melhor condição foi a de agitação 5 rpm. Observa-se que o aumento na rotação melhora a remoção. Valores de q eq experimentais de até 5,8 mg g - foram alcançados nos melhores experimentos enquanto os modelos previram um q eq de no máximo 5,37684 mg g -. Silva et al (2) demonstraram capacidades de adsorção de 28 mg g - e 4 mg g - para concentrações iniciais de 5 e 25 mg L - respectivamente para o corante azul de remazol utilizando pseudocaule de bananeira. Utilizando azul de metileno

5 q (mg L - ) q (mg L - ) III Encontro Paranaense de Engenharia e Ciência Hammed et al. (28) conseguiram capacidades de adsorção de até 243 mg g -. Essas capacidades significativamente maiores são resultado, possivelmente, da maior presença de adsorbato nas condições iniciais, que aumenta a força motriz do fenômeno de adsorção. Pelas curvas traçadas pode-se observar uma diminuição do tempo de equilíbrio com relação ao aumento da velocidade de agitação. Observa-se um desvio do comportamento dos dados experimentais. Observa-se também que após cerca de 5 horas de contato, cerca de 8% da saturação do biossorvente foi atingida, para os três casos. Tabela : Parâmetros dos modelos de cinética de adsorção para as condições de ph, temperatura de 3 C e rotação de 5 e 5 rpm. Pseudo-primeira ordem Pseudo-segunda ordem Rotação (rpm) k (h - ) q eq (mg g - ) R k 2 (h - mg - g) q eq (mg g - ) R 5 2,8 4,98,923,622 5,2, ,295 5,23,934 2,233 5,37, (a) Dados Experimentais (7 mg L -, 5 rpm) Modelo de pseudo-primeira ordem Modelo de pseudo-segunda ordem (b) Tempo (h) Dados Experimentais (7 mg L -, 5 rpm) Modelo de pseudo-primeira ordem Modelo de pseudo-segunda ordem Tempo (h) Figura 4: Dados experimentais e ajuste dos modelos de pseudo-primeira e pseudo segunda ordem para (a) 5, (b) 5 rpm, com concentração inicial de 7 mg L -, em ph e temperatura controlada de 3 C CONCLUSÕES Os resultados dos experimentos mostram satisfatória remoção de corante amarelo BF 3R pelo pseudocaule de bananeira. As melhores condições obtidas por testes em batelada foram a ph e sem significativa influência do tamanho de partícula. A 3 C o tempo de equilíbrio encontrado foi de 24 horas, porém, após a realização dos testes cinéticos, aproximadamente 8% de saturação do adsorvente é alcançada já nas primeiras 5 horas de contato. Os modelos de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem não apresentam boa representação dos dados de cinética de adsorção. Assim, os resultados indicam que o pseudocaule da bananeira mostrou-se um efetivo adsorvente para corante têxtil, podendo ser utilizado para controle da poluição aquática gerada por efluentes têxteis REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ESPINOZA-QUIÑONES, F. R., FORNARI, M. M.T., MÓDENES, A. N., PALÁCIO, S. M., DA SILVA JR., F. G., SZYMANSKI, N., KROUMOV, A. D., TRIGUEROS, D. E. G., Pollutant removal from tannery effluent by electrocoagulation, Chemical Engineering Journal 5 (29)

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