ESTUDO AVALIATIVO DA CAPACIDADE DE ADSORÇÃO DO METAL PESADO CHUMBO (II) EM VERMICULITA REVESTIDA COM QUITOSANA

Transcrição

1 ESTUDO AVALIATIVO DA CAPACIDADE DE ADSORÇÃO DO METAL PESADO CHUMBO (II) EM VERMICULITA REVESTIDA COM QUITOSANA Anne P.O.da Silva 1*, Jailson V.de Melo 1,Josette L.de S.Melo 1 UFRN- Universidade Federal do Rio Grande do Norte. *annemariaeq@gmail.com Resumo O aumento da produção industrial está gerando problemas em nosso ambiente, devido ao descarte de efluentes em águas superficiais e nos solos, o qual a utilização de substâncias tóxicas expõe o ser humano a problemas de saúde através da inalação, ingestão ou absorção pela pele. Alguns metais pesados são necessários à vida de organismos em determinadas concentrações, o qual acima disso tornam-se tóxicos. A presença desses íons nos efluentes gerados nos diversos tipos de indústrias representam formas de contaminação de recursos hídricos, cuja qualidade das águas torna-se cada vez comprometida, podendo ser disseminados via cadeia alimentar.os metais pesados ocorrem no ambiente aquático sob diversas formas: em solução na forma iônica ou na forma de complexos solúveis orgânicos ou inorgânicos ; formando ou ficando retidos no sedimento ;ou sendo incorporados às biotas.(aguiar,2008) A remoção dos metais pesados presentes em efluentes industriais pode ser feita por meio de diversos processos, tais como precipitação por via química, osmose reversa, adsorção em carvão ativado.atualmente,devido problemas ambientais gerados pelo o aumento dos descartes de efluentes industriais contaminados por metais pesados,vem sendo desenvolvidos novos materiais de baixo custo e mais eficazes para o tratamento de despejos, tais como,trocadores iônicos naturais.a vermiculita e a quitosana vem sendo investigados como adsorventes naturais de metais devido os mesmos apresentarem alta capacidade adsortiva.(malandrino, 2007) Este trabalho tem como objetivo o estudo de adsorção da argila vermiculita modificada através da interação com a quitosana, para a remoção de íons de metais pesados.de chumbo,utilizando a espectroscopia de absorção atômica como técnica de identificação da quantidade dos íons metálicos após os ensaios,o qual será conduzido

2 através de reatores isotérmicos em conjunto com banho termostático.este trabalho será conduzido através de um planejamento fatorial de dois níveis e três fatores (concentração de metais, temperatura do banho e a massa do adsorvente ). Metodologia Materiais Os materiais adsorventes utilizados neste trabalho foram a vermiculita expandida Plantmax distribuída pela empresa Eucatex e a quitosana em pó Polymar com grau de desacetilização igual a 86,5% segundo especificação do fabricante. Purificação da argila A amostra de vermiculita foi moída em moinho de lâmina e após isso, a mesma passou por peneiras de várias granulometrias (9,16, 28 e 48 mesh) com o objetivo de classificar o material em frações de acordo com o tamanho de partículas para ficar um padrão uniforme. Após esta padronização, o material foi lavado com água bidestilada. Em seguida foram filtradas e secas em temperatura ambiente. Posteriormente, adicionou-se 100 ml de uma solução tampão de acetato de sódio ph= 5 mantendo sob agitação e aquecimento a 40 o C, seguido pela adição de 40 ml de uma solução de peróxido de hidrogênio, permanecendo em repouso por 3 dias. Após esse procedimento a argila foi lavada com água bidestilada 5 vezes. Finalmente, o material foi seco a temperatura ambiente seguido de secagem em estufa 110 o C para remoção comopleta da umidade. Modificação da argila com a quitosana Para realizarmos a modificação da argila foi necessária a preparação de uma solução de quitosana de 1,5 % (m/v) em ácido acético 0,1 mol/l. 250 ml da solução de quitosana foram adicionados a 50 g de vermiculita sob agitação e aquecimento até total evaporação da água. Uma camada homogênea do polímero depositou-se na superfície das partículas da argila numa proporção de aproximadamente 7%. Extração dos metais pelo material obtido

3 Para o estudo de adsorção foram preparadas soluções de nitrato de chumbo nas concentrações de 10-2 M e 10-3 M, respectivamente. A extração dos íons metálicos de chumbo foi obtida através de um planejamento fatorial completo de dois níveis e três fatores (concentração de metais, temperatura do banho e a massa do adsorvente ). O material foi colocado sob agitação durante uma hora em 50 ml da solução do metal em estudo, onde as condições foram controladas através de um planejamento fatorial conforme descrito na tabela abaixo. Ao final do experimento o sobrenadante foi removido da mistura e as concentrações foram reavaliadas por espectrometria de absorção atômica. Tabela 1.Dados do experimento Fatores Nível (-) Nível (+) 1) Concentração, M )Temperatura, C ) Massa da vermiculita, g 1,0 1,5 Resultados e discussões A tabela 2 mostra os resultados obtidos para o planejamento fatorial a partir da argila com granulometria iguala 48 mesh. As respostas R1 e R2 reprenntam os percentuais de chumbo retidos em cada ensaio para a argila modificada com quitosana, para o planejamento fatorial 2 3 completo com repetição. M representa a Média dos resultados de R1 e R2. R3 representa os resultados do planejamento fatorial 2 3 sem repetição para a argila na mesma granulometria sem modificação. Tabela2-Matriz do planejamento 2 3 completo, com suas respectivas respostas e suas médias Ensaios X 1 X 2 X 3 R1 R2 Média R ,4 95,2 95,3 96, ,7 50,8 47, , ,2 50,1 52,2 70

4 ,3 96,9 96,1 95, ,3 59,8 57,6 72, ,4 96,8 97,1 96, ,1 59,4 59,7 77,4 X 1, X 2, X 3 representa, respectivamente os fatores concentração, temperatura e massa da vermiculita os sinais + e representam os níveis correspondentes de cada fator. Comparando-se as médias das respostas dos ensaios ímpares (nível inferior para a concentração) com os respectivos valores da amostra não modificada com quitosana (R3), observa-se que os resultados são praticamente iguais, com valores percentuais que indicam uma remoção quase total do chumbo da solução. Esses resultados também indicam que os sítios ativos do material não estão completamente saturados. Por outro lado, as respostas dos ensaios pares (concentração elevada de chumbo) são sempre maiores para R3 comparado com a média, indicando uma maior capacidade de remoção pela argila não modificada. O fato dos percentuais estarem bem abaixo de 100 %, indica que, nessas condições, a argila já se encontra saturada pelos íons metálicos. A tabela 3 mostra os efeitos para os dois planejamentos, realizados com o material com e sem modificação com quitosana. Como o experimento com o material modificado foi realizado em duplicata foi possível calcular o erro expeimental. Neste caso, o produto do t de Studente pelo desvio padrão dos efeitos foi igual a 2,5 indicando uma importância dos efeitos principais 1 e 3 e a interação 13. A interação 13 ocorre porque os resultados da tabela 2 mostram que não há uma proporcionalidade entre o aumento na massa (fator 3) e o crescimento na adsorção do chumbo, principalmente quando a consdentração de Pb se encontra no seu nível mais elevado. Esse resultado indica qua a adsorção se dar nos sítios ativos da superfície dos grãos e, apesar do material ser poroso, aparentemente não há uma penetração efetiva dos íons metálicos no interior dos poros. Tabela3-Efeitos dos ensaios e suas interações Efeito Com modificação -41,8 2,1 4,8 1,2 3,9-0,5 0,6 Sem modificação -25,1 2,8 3,7 2,8 4,0 0,2-0,6

5 %DE ADSORÇÃO As oito curvas das figuras 1 e 2 representam os oito ensaios em quatro planejamentos fatoriais realizados em quatro granulometrias diferentes (9; 16; 28 e 48 mesh) para a argila modificada com quitosana (figura 1) e sem modificação (figura 2). Nas duas figuras observa-se quatro curvas com percentuais de adsorção acima de 95 %, praticamente invariável com o tamanho do grão, e um conjunto de outras quatro curvas com percentuais menores, localizadas abaixo em cada gráfico. Esse percentual elevado de adsorção indica que, nessas condições os sítios ativos do material ainda não se encontram totalmente saturados com o íon metálico. As curvas com menor adsorção são referentes às concentrações maiores do chumbo. Neste caso observa-se um aumento no percentual adsorvido com a diminuição na granulometria. Esse resultado reforça a idéia de que a adsorção se dar mais intensamente na superfície do grão. A figura 2 também mostra que a vermiculita não modificada te uma maior capacidade de remover os íons metálicos independente do tamanho do grão ensaio 2 ensaio 3 ensaio 4 ensaio 5 ensaio 6 ensaio 7 ensaio 8 ensaio GRANULOMETRIA (mesh) Figura1-vermiculita revestida com quitosana

6 %DE ADSORÇÃO ensaio 2 ensaio 3 ensaio 4 ensaio 5 ensaio 6 ensaio 7 ensaio 8 ensaio GRANULOMETRIA (mesh) Figura 2-vermiculita sem modificação Conclusões Através dos resultados obtidos podemos concluir que o aumento da granulometria, demonstram o aumento da capacidade de adsorção para os ensaios com maiores concentrações,entretanto para os ensaios com menores concentrações o aumento da granulometria não apresenta um aumento significativo da capacidade da adsorção, o qual a mesma fica em torno de 96%. Referências 1.AGUIAR,M.R.M.P;NOVAES, A.C.;GUARINO, A.W.S.,Remoção de metais pesados de efluentes industriais por aluminossilicatos, Química Nova,25:1145, SANTOS,A.C.V.;MASINI,J.C.,Evaluating the removal of Cd(II), Pb(II) and Cu(II) from a wastewater sample of coating industry by adsorption onto vermiculite, Applied Clay Science,1, MALANDRINO, M.;ABOLLINO, O.; GIACOMINO, A.;ACETO, M.;MENTASTI, E.,Adsorption of heavy metals on vermiculite :Influence of Ph and organic ligands, journal of Colloid and Interface Science, 299:537, 2006.

7 4.LU, P.J; HU, W.W; CHEN, T.S.; CHERN, J.M., Adsorption of copper citrate complexes on chitosan: Equilibrium modeling, Bioresource Technology 101 : 1127, BARROS NETO, B. Como fazer experimentos: Pesquisa e desenvolvimento na Ciência e na Indústria. Editora da Unicamp, São Paulo, GOMES, C. F. Gulbenkian A Argila O que são e para que serve. Fundação Calouste.