ESTUDO DE ADSORÇÃO DE COBRE II UTILIZANDO CASCA DE ABACAXI COMO BIOMASSA ADSORVENTE

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1 ESTUDO DE ADSORÇÃO DE COBRE II UTILIZANDO CASCA DE ABACAXI COMO BIOMASSA ADSORVENTE G. N. DOURADO 1 ; S. M. MACEDO 1 e A. K. C. L. LOBATO 1,* 1 Universidade Salvador UNIFACS, Escola de Arquitetura, Engenharia e TI para contato: *ana.lobato@pro.unifacs.br RESUMO Uma problemática recorrente na atualidade é a disposição de efluentes industriais com metais pesados, os quais, são tóxicos aos seres humanos e prejudiciais ao ecossistema. Métodos para remoção de metais pesados desses efluentes vêm sendo desenvolvidos e a adsorção é um dos mais utilizados. Dentro desse espectro a utilização de biomassa como adsorvente torna o tratamento mais sustentável e de baixo investimento, devido a facilidade na obtenção desse tipo de material. Neste estudo foi analisada a eficiência da adsorção do cobre II pela casca de abacaxi por meio de isotermas. O método consistiu da utilização de 0,6 g da biomassa em soluções de 1 a 400 mg/l de cobre. O processo foi conduzido em uma mesa agitadora com rotação de 180 rpm por 60 min, as concentrações finais foram analisadas por espectrofotometria de absorção molecular e, em alguns casos, por espectrofotometria de absorção atômica em chama. Verificouse que a biomassa adsorveu parte do cobre, com um rendimento médio de 31,35%. 1. INTRODUÇÃO A preocupação em preservar o meio ambiente e buscar soluções sustentáveis tem ganhado importância nos últimos anos, e, atualmente é indispensável para a elaboração de novos projetos, independentemente do ramo de atuação. Consequentemente, nas indústrias há forte fiscalização de órgãos ambientais a respeito de dejetos e subprodutos gerados ao longo do processo de produção. Os efluentes devem ser tratados de modo que os impactos ambientais, causados pela disposição dos resíduos industriais, sejam minimizados (AQUARONE, 1990 apud PELIZER et al., 2007). Visando a redução do impacto, diversas alternativas de tratamentos de efluentes industriais têm sido estudadas, de modo que o processo se enquadre nas três esferas da sustentabilidade (ambiental, social e econômica). Os efluentes líquidos, proveniente das indústrias, possuem diversas substâncias poluentes, dentre elas podem-se destacar os metais pesados. Estes, que em contato com seres vivos no ecossistema, são altamente tóxicos e causam danos irreparáveis (BARROS, 2014; MOTA, 2011; SILVA et al., 2012). O cobre apresenta alguns riscos à saúde humana. O excesso deste metal pode ser tóxico por causa da afinidade do mesmo com grupos S-H de muitas proteínas e enzimas, sendo associado a doenças como epilepsia, melanoma e artrite reumatóide, bem como à perda de paladar (SARGENTELLI, 1996 apud LIMA, et al. 2006).

2 Devido a esta problemática, estudos propondo tratamentos eficazes na remoção de metais pesados de efluentes têm sido realizados. Segundo Silva et al. (2012), existem vários métodos de tratamento de efluentes contaminados com metais tóxicos utilizando técnicas de troca iônica, extração por solventes, osmose reversa, precipitação e adsorção. Nesta última técnica, diversos estudos têm sido desenvolvidos. Diferentes adsorventes naturais têm sido testados por muitos pesquisadores, tais como casca de arroz, casca de banana, casca de laranja, dentre outros (NAMASIVAYAM et al apud BARROS, 2014; SILVA et al., 2012). O uso de adsorventes naturais no Brasil tem boa aplicabilidade, devido à diversidade e quantidade encontrada na sua extensão territorial. Pode-se dizer que o Brasil é um país altamente agrícola, devido a condições favoráveis para desenvolvimento de diversos tipos de plantas. Portanto, a quantidade de resíduos agrícolas é bem elevada. Segundo Infante et al. (2013) dentre os resíduos agroindustriais mais comumente encontrados destacam-se as cascas, sementes e o bagaço (BARROS, 2014; SILVA et al., 2012). A casca de abacaxi tem apresentado eficiência na capacidade de adsorção de materiais diversificados, dentre estes, pode-se destacar o estudo da utilização dessa biomassa na remoção de chumbo (II) (BARROS, 2014). Visando adicionar valor agregado a esses resíduos e reduzir o tratamento de efluentes líquidos, este trabalho propõe avaliar a utilização da casca de abacaxi, como biomassa adsorvente, na remoção de cobre II em solução sintética para posterior avaliação em amostras reais de efluentes industriais. O presente trabalhou teve como objetivo a avaliação da eficiência do uso da casca de abacaxi como adsorvente do metal pesado cobre, bem como avaliar a isoterma de adsorção, através dos modelos de Langmuir e Freundlich, explicitando o modelo que mais se aproxima dos valores experimentais obtidos nas condições estabelecidas. 2. METODOLOGIA 2.1. Preparação da Biomassa As cascas de abacaxi foram inicialmente cortadas, em seguida, pesadas em uma balança analítica (modelo DV214C Adventurer Ohaus), e anotada sua massa (massa inicial). Na sequência, as cascas foram colocadas em uma estufa a 80ºC por 24 horas (BARROS, 2014) e pesadas novamente (massa final). A umidade da casca de abacaxi foi calculada pela Equação 1: %= (1)

3 As cascas desidratadas foram trituradas e, separadas em peneiras de 80 mesh (0,177 mm) e 100 mesh (0,149 mm). A peneira de 80 mesh foi posicionada acima da de 100 mesh, de forma que a biomassa, de granulometria desejável para o trabalho, ficou retida entre as duas peneiras Estudo da Isoterma Para detecção no UV-Visível: A isoterma foi obtida utilizando-se as soluções com concentrações de 50 a 400 mg/l. Em 25 ml de cada solução de cobre foi adicionado 0,6 g do adsorvente. As amostras então foram submetidas a agitação à 180 rpm durante 60 min (BARROS, 2014). Para realização de cada ensaio utilizou-se um mesa agitadora orbital com temporizador da marca Cientec e modelo CT Decorrido os 60 min as amostras foram filtradas, para evitar que o material particulado fosse um interferente na análise, e as concentrações foram obtidas através do equipamento de espectrofotometria de absorção molecular. A partir dos valores de concentração final obtidos do equipamento de detecção, foi possível calcular a quantidade de metal adsorvido (q) através da Equação 2. = (2) O valor em massa percentual removido do cobre foi calculado pela Equação 3. %=100 (3) Para detecção no absorção atômica: Neste ensaio, utilizou-se o volume de 50 ml das soluções com concentrações de 1 a 20 mg/l, os outros parâmetros de massa de adsorvente e tempo de contato foram mantidos assim como os procedimentos de cálculo do item anterior. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Preparação da Biomassa Após o procedimento descrito no item 2.1 obteve-se 37,08g de biomassa adsorvente com um percentual de umidade de 79,14% e granulometria situada entre 0,177 e 0,149 mm. Os valores obtidos foram próximo ao calculado por Barros (2014), que foi de 70% de umidade e granulometria de 0,169 mm, para obtenção de uma eficiência média de 55% na adsorção de chumbo II, em concentrações entre 125 e 625 mg/l A biomassa na forma natural, desidratada e em forma de pó estão representadas na Figura 1.

4 (a) (b) (c) Figura 1 Casca do abacaxi in natura (a), desidratada (b) e em forma de pó (c) Estudo da Isoterma Para detecção no UV-Visível: Neste ensaio, percebeu-se ao final dos 60 min que a solução, após ter sido filtrada, apresentou uma coloração marrom (Figura 2), devido a despigmentação da casca do abacaxi. Como a absorção se dá na região do visível, a solução amarronzada poderia causar interferência na leitura do equipamento. Por esta razão foram realizados dois testes. No primeiro, fez-se adição de 25 ml de água à 0,6 g do adsorvente e agitou-se, em seguida, preparou-se dois balões volumétricos de 25 ml, em ambos foi adicionada uma solução de concentração de 400 mg/l, e um volume de 50 µl do complexante. Em um dos balões completou-se o volume com adição de água destilada, e no outro completou-se o volume com o filtrado da amostra que continha apenas água e a casca do abacaxi, foi realizada a leitura no espectrofotômetro no comprimento de onda de 650 nm e verificou-se que o sinal de absorbância foi diferente, sendo de maior intensidade no balão que a amostra foi adicionada. O segundo teste foi a realização da varredura de 500 a 750 nm com a amostra amarronzada, com o objetivo de verificar em algum comprimento de onda, em que não houvesse absorção. Nenhum comprimento de onda apresentou valor de absorbância zero, ou seja, a detecção não foi realizada no equipamento devido a presença do interferente. Figura 2 Coloração amarronzada do ensaio de banho finito por 60 min.

5 É possível que se tivesse sido feita uma lavagem da casca do abacaxi este problema poderia ter sido resolvido. Mas, a detecção por absorção atômica não apresenta este problema de interferência. Para detecção no absorção atômica: Os valores de absorbância das amostras foram analisados no equipamento, e, a partir da equação gerada pela curva de calibração, foi possível calcular os valores de concentração no final dos ensaios de adsorção. Com a curva de calibração foi possível obter os valores das concentrações finais das amostras, conforme Tabela 1. Tabela 1 Valores das concentrações iniciais e finais das amostras em duplicata. C final (mg/l) C inicial (mg/l) Amostras 1 Amostras 2 Média Desvio padrão Erro padrão 20 12,949 13,485 13,217 0,268 0, ,544 11,377 10,960 0,417 0, ,659 7,492 7,575 0,084 0, ,974 3,995 3,985 0,010 0, ,786 0,771 0,778 0,008 0,005 Os ensaios realizados em duplicata apresentaram valores bem próximos de concentrações finais, onde os desvios padrões e erros são relativamente pequenos, garantindo uma boa reprodutibilidade dos ensaios. Observa-se na Tabela 1 que houve uma redução nos valores de concentrações finais em todos os ensaios quando comparados aos valores iniciais, o que indica que ocorreu o processo de adsorção. Com os valores das concentrações finais, foi calculado, pela equação 2 a quantidade de cobre adsorvida por massa de adsorvente (q). Na Tabela 2 os resultados de q são mostrados. Tabela 2 Valores da quantidade de cobre adsorvida por massa de adsorvente. q (mg/g de adsorvente) C inicial (mg/l) Amostras 1 Amostras 2 Média Desvio padrão Erro padrão 20 0,588 0,543 0,565 0,022 0, ,371 0,302 0,337 0,035 0, ,195 0,209 0,202 0,007 0, ,085 0,084 0,085 0,001 0, ,018 0,019 0,018 0,001 0,000 Observa-se na Tabela 2 que os valores de desvio padrão e do erro padrão são pequenos, o que indica uma boa reprodutibilidade. A partir dos valores médios de q e das concentrações finais, pode-se traçar a isoterma de adsorção, representada na Figura 3.

6 Figura 3 Isoterma de adsorção. Os pontos da cor azul representam os valores médios obtidos, a linha tracejada verde representa uma regressão polinomial de segundo grau, enquanto que a linha pontilhada amarela corresponde a uma regressão exponencial. Os valores dos coeficientes de regressão foram de 0,9517 e 0,9858 respectivamente. O que indica uma melhor aproximação pela curva polinomial. O tipo de isoterma gerada corresponde a uma adsorção desfavorável, isto porque, em baixas concentrações de cobre os valores adsorvidos pela biomassa foram pequenos. Para altas concentrações do soluto o gráfico representa um aumento significativo na quantidade de massa adsorvida (q), entretanto para este trabalho, que visa a aplicabilidade em efluentes industriais, é mais interessante que o adsorvente apresente boa capacidade de remoção em baixas concentrações, visto que os efluentes possuem metais pesados nessas condições. A curva experimental apresenta concavidade voltada para cima, enquanto que nos modelos de Langmuir e Freundlich as curvas apresentam concavidade para baixo, isto explicita o quanto se diferencia dos modelos propostos, entretanto a curva foi bem representada por uma equação polinomial de segundo grau, apresentando um coeficiente de correlação (R²) de 0,9858. Nos efluentes industriais as concentrações de metais pesados são muito baixas, na ordem de mg/l, assim, conclui-se que a biomassa obtida da casca de abacaxi não apresentou boa capacidade de remoção do cobre à baixas concentrações. Para Barros (2014) o uso da casca de abacaxi para remoção de chumbo II na concentração da ordem de 125 mg/l apresentou resultados satisfatórios e a isoterma de Langmuir representou bem os resultados reais. Na Tabela 3 os valores percentuais de massa de cobre removida são evidenciados.

7 Tabela 3 Percentual adsorvido. C inicial (mg/l) %adsorvido Média 20 33, , , , ,48 31,35 Observa-se na Tabela 3 que para as concentrações mais baixas (1 e 5 mg/l) o valor removido é inferior quando comparados à concentrações a partir de 10 mg/l. Fazendo uma média para a faixa estudada obteve-se um valor médio de 31,35% na remoção do cobre. Esse valor foi inferior quando comparado a eficiência do uso dessa mesma biomassa como adsorvente para remoção de chumbo II, que apresentou uma média de 55% de adsorção (BARROS, 2014). No entanto essa comparação não pode ser feita de forma direta, visto que, apesar de utilizar a mesma massa de adsorvente (0,6g) as concentrações e volumes das soluções e o metal pesado estudado foram diferentes. 6. CONCLUSÃO A utilização da casca do abacaxi como adsorvente levou a uma redução média de 31,35% da quantidade inicial de cobre em soluções de concentrações entre 1 a 20 mg/l, apresentando um maior percentual de remoção nas concentrações mais elevadas. Devido a pigmentação da casca do abacaxi, a melhor metodologia para obtenção dos dados foi por absorção atômica. Os modelos das isotermas de Langmuir e Freundlich não representaram bem os valores obtidos experimentalmente, entretanto a curva foi bem representada por uma equação polinomial de segundo grau, apresentando um coeficiente de correlação (R²) de 0,9858. O tipo de isoterma obtida é desfavorável, visto que em baixas concentrações o adsorvente apresenta pequena capacidade de remoção do cobre II, portanto, o uso da casca de abacaxi se mostrou pouco eficiente para ser aplicado no tratamento de cobre em efluentes que apresentam baixas concentrações do metal. Entretanto as condições em que foi realizado o estudo podem ser diferentes das encontradas em efluentes industriais, sendo necessário o estudo da influência do ph, da temperatura, do tempo e da presença de outros metais pesados. 7. NOMENCLATURA %ads = porcentagem de metal adsorvido %umidade = porcentagem de água m ads = massa do adsorvente

8 massa final = massa após secagem da casca na estufa massa inicial = massa antes de iniciar o processo de secagem na estufa q = concentração da fase adsorvida (g do soluto/100g de sorvente) R² = Coeficiente de regressão linear V = volume da solução 8. REFERÊNCIAS BARROS, T. R. B.. Estudo de adsorção do chumbo II de efluentes utilizando casca de abacaxi como biomassa adsorvente f. TCC (Graduação) - Curso de Química Industrial, Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, LIMA, A. J. B.; CARDOSO, M. G.; GUERREIRO, M. C. Emprego do carvão ativado para remoção de cobre em cachaça. Química Nova, Lavras, v. 29, n. 2, p , MOTA, D. L. F.; SILVA FILHO, C. J.; SEOLATTO, A. A. Estudo do processo de adsorção de chumbo, cádmio e cromo em casca de pequi por meio de isotermas. In: 63ª Reunião Anual da SBPC, 2011, Goiânia. Anais/Resumos da 62ª Reunião Anual da SBPC, 2011 PELIZER, L. H.; PONTIERI, M. H.; MORAES, I. O. Utilização de Resíduos Agro- Industriais em Processos Biotecnológicos como Perspectiva de Redução do Impacto Ambiental. Tech. Man. & Inn. J., v. 2, n. 1, p , SILVA, H. R. G.; DINIZ, J. F.; SILVA, J. Y. R.; SILVA, A. M.; LIMA, V. E. Processos adsortivos aplicados à descontaminação ambiental: Estudo da viabilidade do uso de biomassas adsorventes na remoção de metais pesados em efluentes líquidos. In: Encontro nacional de educação, ciência e tecnologia/upeb, 2012.