ISOTERMAS DE LANGMUIR E FREUNDLICH NA ADSORÇÃO DE AZUL DE METILENO E Cd +2 EM HIDROGÉIS CONSTITUÍDOS DE QUITOSANA

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1 ISOTERMAS DE ANGMUIR E FREUNDICH NA ADSORÇÃO DE AZU DE METIENO E Cd +2 EM HIDROGÉIS CONSTITUÍDOS DE QUITOSANA T. Viira, C. T. Csco, S.E.S. Artifon, A.T. Paulino* Dpartamnto d Engnharia d Alimntos Engnharia Química Univrsidad do Estado d Santa Catarina, BR 282, Km 574 CEP: Pinhalzinho- SC Brasil Tlfon: (49) * alxandr.paulino@udsc.br RESUMO: Nss trabalho, foram studados os mcanismos d adsorção d azul d mtilno cádmio m um hidrogl constituído d quitosana m hidrogéis compósitos contndo usando os modlos d isotrmas d angmuir Frundlich. Plos rsultados das isotrmas, foi possívl obsrvar qu para ambos contaminants a adsorção foi favorávl, sndo qu no hidrogl constituído d quitosana houv maior capacidad d adsorção m rlação aos hidrogéis compósitos. Então, pod sr considrado qu houv difrnts intraçõs ntr adsorvatos/adsorvnts. O mlhor ajust dos dados foi obsrvado utilizando o modlo d isotrma d Frundlich m comparação com o modlo d isotrma d angmuir, indicando a ocorrência prfrncialmnt d adsorção m multi-sítios com intraçõs ntr as spécis adjacnts nos sítios ativos dos hidrogéis. Isso ocorr dvido à caractrística tridimnsional, porosa hidrofílica dos hidrogéis. PAAVRAS-CHAVE: quitosana, azul d mtilno, cádmio, angmuir, Frundlich, ABSTRACT: In this study, th adsorption mchanism of mthyln blu and cadmium in th chitosan-basd hydrogl and chitosan/magntit composit hydrogls wr studid by using th angmuir and Frundlich isothrm modls. Favorabl adsorptions wr obsrvd for both pollutants in aquous solutions. Th adsorption capacitis in th chitosan-basd hydrogl wr highr than th adsorption capacitis in th chitosan/magntit composit hydrogls du to diffrnt physiochmical intractions occurring btwn adsorbnt/adsorbat. Th bst fit for th adsorption studis wr obsrvd by using th Frundlich isothrm modl, indicating an multi-sit adsorption mchanism with intractions btwn th nighbor adsorbd spcis of diffrnt activ sits. This conclusion was du to th porous and hydrophilic thr-dimnsional structur of th hydrogls. KEYWORDS: chitosan, mthyln blu, cadmium, angmuir, Frundlich. 1. INTRODUÇÃO As isotrmas d adsorção são modlos matmáticos qu rlacionam a quantidad d dtrminado adsorvato m função da quantidad d dtrminado adsorvnt (PAUINO, t al., 2006). Um modlo d isotrma é dscrito graficamnt fazndo a rlação ntr a capacidad d adsorção d uma spéci (q, mg g -1 ) m função da sua concntração (C, mg dm -3 ) m tmpratura constant (PAUINO t al., 2006). A partir d uma isotrma d adsorção pods concluir: (i) s uma adsorção é ralmnt ftiva s a rmoção d polunts a partir d soluçõs aquosas é dsjávl, (ii) s um adsorvnt pod sr ftivamnt usado m um procsso d adsorção, (iii) s um adsorvnt pod sr conomicamnt viávl para a rmoção d um polunt spcífico (CARDOSO, 2016; RUTHVEN, 1984). Um dos modlos d isotrmas mais usadas para dscrvr um procsso d adsorção m quilíbrio é o modlo d isotrma d angmuir.

2 Ess modlo foi dsnvolvido para xplicar um procsso d adsorção com formação d monocamada na suprfíci do adsorvnt na qual cada sítio d adsorção adsorv apnas um único íon/molécula. Além disso, não ocorr intração ntr os íons/moléculas adsorvidos m sítios ativos vizinhos (REIS; IMA; SAMPAIO, 2015). O modlo d isotrma d Frundlich foi dscrito para xplicar os procssos d adsorção com formação d multicamadas quando ocorr intração ntr adsorvatos adsorvidos m sítios d adsorção vizinhos. Ainda, para xplicar a adsorção m sistma d adsorção com adsorvnts htrogênos (FRITZ t al., 1981). O objtivo do prsnt trabalho foi studar o mcanismo d adsorção d azul d mtilno cádmio m soluçõs aquosas utilizando hidrogéis constituídos d quitosana hidrogéis compósitos constituídos d quitosana/. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Ensaios d adsorção Pças d hidrogéis com aproximadamnt mg foram colocadas m rcipints d vidro contndo solução d azul d mtilno ou solução d cádmio m concntraçõs spcíficas, ph 6,0 tmpratura d 20,0 ± 1,0 o C. Ess sistma foi mantido m contato por 3, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 240, 480, 1440, min. Após cada tmpo d contato spcífico, uma alíquota da solução foi coltada para a quantificação d azul d mtilno por spctrofotomtria UV-Vis a quantificação d cádmio por spctromtria d absorção atômica m chama ar/actilno. A capacidad d adsorção (q ) foi dtrminada usando a Equação 1: A xprssão matmática para o cálculo do modlo não linar da isotrma d angmuir é dada pla Equação 2: qmaxk C q (2) 1 K C na qual, q max é a capacidad máxima d adsorção (mg g -1 ) no quilíbrio, K é constant d angmuir rlacionada a taxa d adsorção (dm -3 mg -1 ) C é a concntração do analito no quilíbrio (mg dm -3 ). O modlo linar é rprsntado pla Equação 3: (3) q q K q C max max Plotando C/q vrsus C é possívl obtr os valors d K q máx. O grau d dsnvolvimnto d um procsso d adsorção, d acordo com o modlo d isotrma d angmuir, é stimado plo fator d sparação (R ) o qual é calculado pla Equação 4: R 1 (4) 1 K C 2.3. Cálculo da isotrma d Frundlich A xprssão matmática para o cálculo do modlo não linar d isotrma d Frundlich é dada pla Equação 5: 1/ n q K FC (5) na qual, K F é a constant d Frundlich rlacionada a capacidad d adsorção do adsorvnt, 1/n é a constant rlacionada à htrognidad da suprfíci do adsorvnt rflt a intnsidad d adsorção. o na qual, C o é a concntração inicial d analito, C q é a concntração d analito m quilíbrio, V é o volum da solução do analito m é a massa do hidrogl spcífico sco. 1/n. A xprssão linar é da pla Equação 6: 1 log q log K F log C (6) n Plotando log(q ) vrsus log(c ) obtm-s K F 2.2. Modlo d isotrma d angmuir 3. RESUTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Isotrmas d angmuir

3 Na Figura 1 stá dmonstrado a isotrma linar d angmuir para a adsorção d azul d mtilno m um hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos contndo mg d. C/q (g dm -3 ) 1.65 Hidrogl compósito contndo 50.0 mg d Hidrogl compósito contndo mg d C (mg dm -3 ) Figura 1. Isotrma linar d angmuir para a adsorção d azul d mtilno utilizando um hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos constituídos d quitosana/. Os parâmtros das isotrmas linars d angmuir para adsorção d azul d mtilno stão dmonstrados na Tabla 1. Tabla 1. Parâmtros xprimntais obtidos a partir do modlo linar d angmuir para adsorção d azul d mtilno Hidrogl R² q máx K R HCQ 0, ,85 8,956 0,0110 HCCO 50 0, ,92 4,122 0,0236 HCCO 100 0, ,41 9,532 0,0103 Nota-s plos dados xprimntais da Tabla 1 qu os mlhors ajusts foram obtidos utilizando adsorção d azul d mtilno m hidrogéis compósito constituídos d quitosana/. Além disso, a capacidad máxima d adsorção diminui ligiramnt m hidrogéis compósitos comparados ao hidrogl constituído d quitosana. Para uma adsorção favorávl, o valor d R dv sr ntr 0 1. Nota-s qu os valors d R para a adsorção d azul d mtilno m todos os hidrogéis foram ntr 0 1, indicando adsorçõs favorávis (McKAY t al., 1982).. Na Figura 2 stão mostrados dados da isotrma linar d angmuir para adsorção d cádmio m hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos d quitosana/. C/q (g dm -3 ) Hidrogl compósito contndo 50.0 mg d Hidrogl compósito contndo mg d C (mg dm -3 ) Figura 2. Isotrma linar d angmuir para a adsorção d cádmio utilizando um hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos constituídos d quitosana/. Os parâmtros das isotrmas linars d angmuir para a adsorção d cádmio stão dmonstrados na Tabla 2. Tabla 2. Parâmtros xprimntais obtidos a partir do modlo linar d angmuir para adsorção d cádmio Hidrogl R² q máx K R HCQ 0, ,77 279,5 0,00036 HCCO 50 0, ,46 5,18 0,00189 HCCO 100 0,8281 3,207 3,82 0,00255 Nst caso, o pior ajust foi obsrvado para a adsorção d cádmio m hidrogl compósito constituído d quitosana/ com 50.0 mg d. O ajust mais satisfatório foi o com a utilização d mg d no hidrogl compósito. Além disso, a capacidad d adsorção d cádmio diminuiu significativamnt m hidrogéis compósitos quando comparado ao

4 hidrogl d quitosana dvido a maior quantidad d sítios rticulados com prsnça d frro. Por fim, a adsorção foi favorávl para todos os hidrogéis Isotrmas d Frundlich Na Figura 3 stão mostradas as isotrmas linars d Frundlich para a adsorção d azul d mtilno m um hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos constituídos d quitosana/. ln( q) (mg g -1 ) Hidrogl compósito contndo 50.0 mg d Hidrogl compósito contndo mg d Nst caso, a maior intnsidad das intraçõs foram obsrvadas para o hidrogl compósito constituído d quitosana/ contndo 50.0 mg d. A pod diminuir ssas intraçõs por ocupar os sitios ativos do adsorvnt no lugar do analito. Obsrvou-s qu as intraçõs foram mnos significativas m hidrogéis compósitos com mg d. Ainda, o campo magnético da pod intrfrir dirtamnt na adsorção d spécis orgânicas inorgânicas porqu ocupa spaço nos poros dos hidrogéis compósitos (SUN t al., 2015). Na Figura 4 stão mostradas as isotrmas linars d Frundlich para a adsorção d cádmio m um hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos constituídos d quitosana/. 3.5 Hidrogl compósito contndo 50.0 mg d Hidrogl compósito contndo mg d ln(c) (mg dm -3 ) Figura 3. Isotrma linar d Frundlich para a adsorção d azul d mtilno utilizando um hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos constituídos quitosana/. ln Q (mg g -1 ) Os parâmtros das isotrmas linars d Frundlich para adsorção d azul d mtilno stão dmonstrados na Tabla 3. Tabla 3. Parâmtros xprimntais obtidos a partir do modlo linar d Frundlich para adsorção d azul d mtilno. Hidrogl R² K F 1/n HCQ 0,9614 2,901 0,8305 HCCO 50 0,7974 2,623 0,8544 HCCO 100 0, ,48 0,4267 Para a isotrma d Frundlich, quanto mnor o valor d 1/n, maior é a intração ntr o adsorbato com o adsorvnt (DEE-SITE, 2001) ln C (mg dm -3 ) Figura 4. Isotrma linar d Frundlich para a adsorção d cádmio utilizando um hidrogl constituído d quitosana hidrogéis compósitos constituídos d quitosana/. Os parâmtros das isotrmas d Frundlich para adsorção d cádmio stão dmonstrados na Tabla 4. Tabla 4. Parâmtros xprimntais obtidos a partir do modlo linar d Frundlich para adsorção d cádmio. Hidrogl R² K F 1/n HCQ 0,9911 2,039 0,6821

5 HCCO 50 0,3989 1,062 0,9584 HCCO Os valors d 1/n para a adsorção d cádmio m hidrogl constituído d quitosana hidrogl compósito constituído d quitosana/ contndo 50,0 mg d indicam uma a adsorção favorávl. A adsorção é ligiramnt mnos favorávl m hidrogl magnético dvido a prsnça d campo magnético (SUN t al., 2015). Entrtanto, a utilização do hidrogl compósito é intrssant, pois o adsorvnt mtal podm sr rcuprados utilizando a aplicação xtrna d campo magnético (PAUINO t al. 2011). 4. CONCUSÃO O hidrogl constituído d quitosana os hidrogéis compósitos constituídos d quitosana/ são viávis para a adsorção d azul d mtilno cádmio prsnts m soluçõs aquosas. O hidrogl constituído d quitosana é mais ficint na adsorção d ambos polunts uma vz qu a aumnta os sítios d rticulação nas rds poliméricas dos hidrogéis compósitos. Os dados xprimntais ajustaram-s mlhor usando o modlo d isotrma d Frundlich as adsorçõs são favorávis m todos os hidrogéis. 5. REFERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS CARDOSO, M.G. Estudo da adsorção do íon amônio utilizando zólitas naturais sinttizadas a partir do rjito do bnficiamnto do carvão, Ts (Doutorado m Engnharia Química)- Univrsidad Fdral do Rio Grand do Sul. DEE-SITE, A. Factors affcting sorption of organic compounds in natural sor-bnt/watr systms and sorption cof cints for slctd pollutants. A rviw. Journal of Physical and Chmical Rfrnc Data, v. 30, p , 2001 FRITZ, W., MERK, W., SCHÜNDER, E. U. Comptitiv Adsorption of two Dissolvd Organics onto Activatd Carbon II. Adsorption Kintics in Batch Ractors. Chmical. Enginring. Scinc, v. 36, p , McKAY, G., BAIR, H. S., GARDNER, J. R. Adsorption of dys on chitin. I. Equilibrium studis. Journal of applid Polymr Scinc, Vol. 27, p , PAUINO, A. T.; BEFIORE,. A. ; KUBOTA,. T. ; MUNIZ, E. C. ; AMEIDA, V. C. ; TAMBOURGI, E. B.. Effct of magntit on th adsorption bhavior of Pb(II), Cd(II), and Cu(II) in chitosan-basd hydrogls. Dsalination, v. 275, p , 2011 PAUINO, A. T.; MINASSE, F. A. S.; GUIHERME, M. R.; REIS, A. V.; MUNIZ, E. C.; NOZAKI, J. J. Colloid Intrfac Sci., v. 301, p , REIS, G.S.; IMA, E.C., SAMPAIO, C.H. Produção d carvão ativado a partir d logo d sgoto doméstico sua aplicação na adsorção do corant prto d rmazol 5 m solução aquosa. Portal d Rvistas Eltrônicas do UniBH, v.8, n.2, p.15-23, 2015 RUTHVEN, D. M. Principls of Adsorption and Adsorption Procss. John Wily & Sons, Nw York, 432 p., SUN, X.F.; GAN, Z.; JING, Z.; WANG, H.; WANG, D.; JIN, Y. Adsorption of mthyln blu on hmicllulos- basd stimuli-rsponsiv porous hydrogl. Journal of Applid Polymr Scinc, v. 132, n. 10, AGRADECIMENTOS Á Fundação d Amparo à Psquisa Inovação do Estado d Santa Catarina (FAPESC). À Coordnação d Aprfiçoamnto d Pssoal d Nívl Suprior (CAPES). Ao Conslho Nacional d Dsnvolvimnto Cintífico Tcnológico (CNPq).