EQUILÍBRIO E TERMODINÂMICA DA ADSORÇÃO DE CORANTE CATIÔNICO UTILIZANDO QUITINA TRATADA VIA ULTRASSOM

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1 EQUILÍBRIO E TERMODINÂMICA DA ADSORÇÃO DE CORANTE CATIÔNICO UTILIZANDO QUITINA TRATADA VIA ULTRASSOM J. M. N. dos SANTOS 1, R. da ROSA 1, I. L. RODRIGUES 1 G. L. DOTTO 1 1 Univrsidad Fdral d Santa Maria, Dpartamnto d Engnharia Química para contato: juhmnsantos@hotmail.com; guilhrm_dotto@yahoo.com.br RESUMO Nst studo foram avaliados os comportamntos d uilíbrio trmodinâmico da adsorção d Azul d Mtilno m uitina tratada via ultrassom. Foram construídas curvas d uilíbrio xprimntais m difrnts tmpraturas, os dados foram ajustados a modlos da litratura. Os rsultados mostraram u o modlo d Langmuir foi o mais aduado para rprsntar os dados d uilíbrio. A máxima capacidad d adsorção foi d 26,7 mg g -1, obtida a 298 K. A adsorção foi spontâna, favorávl xotérmica. 1. INTRODUÇÃO A utilização d corants, como o Azul d Mtilno, m indústrias têxtis pod grar uma grand uantidad d flunts coloridos, rsultando m um problma ambintal. Os corants são moléculas rcalcitrants podm sr altamnt tóxicos, msmo m punas uantidads. Assim, o tratamnto dos flunts coloridos, ants do dscart nos corpos rcptors, é fundamntal (Mittal t al., 27). Entr as tcnologias mais comuns para o tratamnto d flunts coloridos, a opração d adsorção aprsnta vantagns tanto do ponto d vista ambintal, uanto do conômico, uma vz u podm sr utilizados rsíduos como adsorvnts. A uitina, por xmplo, um biopolímro natural, pod sr utilizada como adsorvnt para rmoção d corants (Ravi Kumar t al., 2). Esta pod sr obtida d rsíduos da indústria psuira (Moura t al., 26). No ntanto, a uitina possui puna ára suprficial, o u rduz sua capacidad d adsorção. Dssa forma, torna-s intrssant a busca d técnicas altrnativas u possam aumntar a capacidad da uitina para a rmoção d corants, assim como o tratamnto via ultrassom. Est studo tv como objtivo avaliar a opração d adsorção d Azul d Mtilno utilizando uitina tratada via ultrassom como adsorvnt. O studo foi focado na obtnção modlagm mpírica d curvas d uilíbrio também, da stimação dos parâmtros trmodinâmicos. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Obtnção tratamnto da uitina A uitina foi obtida a partir d cascas d camarão (Pnaus brasilinsis) tratada via ultrassom. A uitina, m stado bruto, foi isolada dos dmais rsíduos plas tapas d dsminralização, dsprotinização, dsodorização scagm (Dotto t al., 211). O

2 tratamnto ultrassônico consistiu da aplicação d sonda d titânio (UP4S, Hilschr) imrsa m suspnsão com 5, g d uitina m 3 ml d água dionizada, durant 1 h, ciclo 1, amplitud d 6% (Dotto t al., 215) Exprimntos d Adsorção Os xprimntos foram ralizados m agitador trmostatizado (Marconi, MA 93, Brasil), utilizando Erlnmyrs, m condiçõs xprimntais dtrminadas por tsts prliminars. Para todos os xprimntos, foram utilizados 5 ml d solução com concntração d Azul d Mtilno (MB) variando ntr 4 mg L -1, com 5, g L -1 d uitina tratada via ultrassom, ph 1, 15 rpm, ainda, variando a tmpratura ntr 298, 38, K. Para todos os xprimntos, a concntração rmanscnt d MB m solução foi dtrminada por spctrofotomtria (664 nm). O prcntual d rmoção (%R) a capacidad d adsorção no uilíbrio ( ) foram dtrminados plas Euaçõs 1 2, rspctivamnt: (C C ) %R 1 (1) C V(C C ) (2) m ond, C é a concntração inicial d MB m solução (mg L -1 ), C é a concntração d uilíbrio d MB m solução (mg L -1 ), m é a massa d adsorvnt (g) V é o volum d solução (L) Euilíbrio trmodinâmica As isotrmas d uilíbrio foram ajustadas aos modlos d Frundlich Langmuir. A isotrma d Frundlich, calculada a partir da Euação 3, considra u a adsorção ocorr m suprfíci htrogêna u a uantidad d adsorbato adsorvido aumnta infinitsimalmnt com um aumnto da concntração (Frundlich, 196). O modlo d isotrma d Langmuir, u corrspond à Euação 4, considra uma adsorção m monocamada sobr suprfíci homogêna (Langmuir, 1918). k C (3) F 1/nF 1 k C k C m L (4) L ond, k F é a constant d Frundlich (mg g 1 ) (mg L 1 ) 1/n F, 1/n F é o fator d htrognidad, m é a máxima capacidad d adsorção (mg g 1 ) k L é a constant d Langmuir (L mg 1 ). A adsorção, do ponto d vista trmodinâmico, foi avaliada através das variaçõs da nrgia livr d Gibbs ( G, kj mol 1 ), ntalpia ( H, kj mol 1 ) ntropia ( S, kj mol 1 K 1 ). Os valors foram stimados através dos parâmtros obtidos no mais aduado modlo d isotrma, d acordo com as Euaçõs 5, 6 7 (Liu, 29).

3 ΔG RTln ρk (5) ΔG ΔH TS (6) ln ρk ΔS ΔH (7) R RT ond, K é a constant d uilíbrio (L g 1 ), T é a tmpratura (K), R é 8.31x1 3 kj mol 1 K 1 ρ é a dnsidad da solução (g L 1 ). 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Euilíbrio As isotrmas d uilíbrio foram obtidas m difrnts tmpraturas (298, 38, K), com concntração d MB variando ntr 4 mg L -1, 5. g L -1 d uitina tratada, 15 rpm ph 1. As curvas d uilíbrio podm sr obsrvadas na Figura 1. Figura 1 Isotrmas d adsorção d MB m uitina tratada. As curvas isotrmas obtidas podm sr classificadas como do tipo L2 (Gils t al., 196). A curvatura inicial mostra u uanto mais sítios prnchidos da uitina, mais difícil é para as moléculas d MB ncontrarm um sítio disponívl. O patamar indica a formação d uma camada monomolcular d MB sobr a suprfíci da uitina. Além disso, ainda na Figura 1, pod sr obsrvado o aumnto da capacidad d adsorção d MB com a diminuição d tmpratura, atingindo valors máximos a 298 K. Isto pod star rlacionado ao fato d u um aumnto da tmpratura causa um aumnto na solubilidad do corant. Assim, as forças d intração ntr o MB a água s tornam mais forts do u ntr MB a uitina tratada. Na Tabla 1, stão aprsntados os rsultados dos ajusts aos modlos d Langmuir Frundlich.

4 Tabla 1- Parâmtros d Euilíbrio para adsorção d MB m uitina tratada via ultrassom. Modlos d Isotrma Tmpratura (K) Modlo d Frundlich k F (mg g 1 ) (mg L 1 ) 1/n F 5,41 3,63 2,73 2,45 1/n F,28,33,32,322 R 2,9735,9714,957,9345 ARE (%) 7,18 9,26 11,78 14,59 Modlo d Langmuir m (mg g 1 ) 26,7 21,7 18,9 17,4 k L (L mg 1 ),424,294,222,21 R 2,9841,9969,9892,9732 ARE (%) 6,99 2,91 5,61 9,11 Os maiors valors do coficint d dtrminação (R 2 >.97) os mnors valors d rro médio rlativo (ARE<1%) dmonstram u o modlo d Langmuir foi o mais aduado para rprsntar a adsorção d MB m uitina tratada via ultrassom. O parâmtro k L aumntou com a rdução d tmpratura, indicando u a afinidad ntr MB a uitina é maior a 298 K. A msma dpndência foi ncontrada para o parâmtro m, confirmando u a capacidad d adsorção foi favorcida pla rdução d tmpratura Trmodinâmica Do ponto d vista trmodinâmico, a adsorção foi avaliada plas variaçõs da constant d uilíbrio (K, L g 1 ), nrgia livr d Gibbs ( G, kj mol 1 ), ntalpia ( H, kj mol 1 ) ntropia ( S, kj mol 1 K 1 ). Os parâmtros trmodinâmicos stão aprsntados na Tabla 2. Tabla 2 - Parâmtros Trmodinâmicos para adsorção d MB m uitina tratada via ultrassom Tmpratura (K) K (L g 1 )* G (kj mol 1 )* H (kj mol 1 )* S (kj mol 1 K 1 )* 298 1,13±,2 17,4±,5 38,64±,1 16,5±,12 318,42±,2 15,93±,3 328,36±,2 16,3±,1-11,94±,1,5±,1 *média ± dsvio-padrão. Na Tabla 2, pod sr obsrvada a rdução da constant d uilíbrio com o aumnto d tmpratura, indicando u a adsorção d MB m uitina tratada foi favorcida a 298 K. Os valors ngativos d G indicam u a adsorção foi um procsso spontâno favorávl. O procsso d adsorção é considrado xotérmico dvido aos valors ngativos d ΔH, a partir da magnitud dos valors obtidos, pod-s infrir u ocorrram intraçõs físicas ntr MB uitina tratada (Machado t al., 212). Os valors ngativos d ΔS mostram a rdução da dsordm na intrfac sólido-líuido durant a adsorção. Comparando os valors d ΔH

5 TΔS, foi vrificado u a adsorção d MB m uitina tratada via ultrassom foi um procsso controlado pla ntalpia. 4. CONCLUSÃO Considrando a adsorção d MB m uitina tratada via ultrassom, o modlo d Langmuir foi o mais aduado para rprsntar os dados d uilíbrio, sndo u a máxima capacidad d adsorção foi d 26,7 mg g -1, obtida a 298 K. Valors ngativos d G mostraram u a adsorção foi spontâna favorávl. Os valors d ΔH TΔS mostraram u a adsorção foi xotérmica controlada pla ntalpia. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DOTTO, G.L.; SANTOS, J.M.N.; RODRIGUES, I.L.; ROSA, R.; PAVAN, F.A.; LIMA, E.C. Adsorption of Mthyln Blu by ultrasonic surfac modifid chitin. J. Colloid. Intrfac Sci. v. 446, p , 215. DOTTO, G.L.; SOUZA, V.C.; MOURA J.M.; MOURA, C.M.; PINTO, L. Influnc of drying tchnius on th charactristics of chitosan and th uality of biopolymr films. Drying Tchnol. v. 29, p , 211. FREUNDLICH, H. Ovr th adsorption in solution. Z. Physic. Chm. A57, p , 196. GILES,C.H.; MACEWAN,T.H.; NAKHWA, S.N.; SMITH, D. Studis in adsorption part XI: A systm of classification of solution adsorption isothrms, and its us in diagnosis of adsorption mchanisms and in masurmnt of spcific surfac aras of solids. J. Chm. Soc. v. 1, p , 196. LANGMUIR, I. Th adsorption of gass on plan surfacs of glass, mica and platinum. J. Amr. Chm. Soc. v. 4, p , LIU, Y. Is th fr nrgy chang of adsorption corrctly calculatd?. J. Chm. Eng. v. 54, p , 29. MACHADO, F.M.; BERGMANN, C.P.; LIMA, E.C.; ROYER, B.; SOUZA, F.E.; JAURIS, I.M.; CALVETE, T.; FAGAN, S.B. Adsorption of Ractiv Blu 4 dy from watr solutions by carbon nanotubs: xprimnt and thory. Physic. Chm. v. 14, p , 212. MITTAL, A.; KURUP, L.; MITTAL, J. Frundlich and Langmuir adsorption isothrms and kintics for th rmoval of Tartrazin from auous solutions using hn fathrs. J. Hazard. Matr.: v. 146, p , 27. MOURA, C.; MUSZINSKI, P.; SCHMIDT, C.; ALMEIDA, J.; PINTO, L. Quitina Quitosana produzidas a partir d rsíduos d camarão siri: Avaliação do procsso m scala piloto. Rio Grand/RS, p , 26. RAVI KUMAR, M. N. V. A rviw of chitin and chitosan applications. Ractiv & Functional Polymrs, v. 46, p. 1-27, 2.