ADSORÇÃO DOS CORANTES AZUL REATIVO CI 222 E AZUL ÁCIDO CI 260 COM RESÍDUOS SÓLIDOS AGRÍCOLAS E LODO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES. G. C. de S. H. Ribeiro 1 ; J. Correia 2, S.M. Behling 2, J. A. B. Valle 1, C. R. L. de Aguiar 1 1- Departamento de Engenharias Universidade Federal de Santa Catarina Rua João Pessoa, 2750 CEP: 89036-256 Blumenau - SC Brasil Telefone: (47) 3232-5100 Email: catia.lange@ufsc.br 2- Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos Universidade Federal de Santa Catarina Rua João Pessoa, 2750 CEP: 89036-256 Blumenau - SC Brasil Telefone: (47) 3232-5100 Email: samaramoro@unochapeco.edu.br; jefersoncorreia@hotmail.com RESUMO: Processos de adsorção são alternativas viáveis, tanto econômicas, quanto ambiental. Essa técnica é muito versátil e eficaz, o que potencializa seu emprego nas empresas. Um fator principal na eficiência do processo é o adsorvente utilizado, bem como parâmetros como ph, temperatura e tempo. Este trabalho teve como finalidade analisar a remoção dos corantes azul reativo CI 222 e azul ácido CI 260 de um efluente sintético, através do processo de adsorção utilizando adsorventes obtidos de casca de banana, casca de laranja, lodo de leito de secagem e lodo de filtro prensa, secos a 60 e 100 C em estufa e 200 C em Mufla. Os experimentos de adsorção foram efetuados em temperatura ambiente, em diferentes ph (5, 7 e 9). Os resultados demonstram que todos os adsorventes possuem potencial de adsorção, porém o lodo de filtro prensa apresenta resultados superiores na remoção de ambos os corantes em estudo. PALAVRAS-CHAVE: adsorção; resíduos; efluentes têxteis; corantes. ABSTRACT: Adsorption processes are viable alternatives, both economic and environmental. This technique is very versatile and effective, which boosts your employment in companies. A major factor in process efficiency is the adsorbent used, as well as parameters such as ph, temperature and time. This work aimed to analyze the removal of the reactive blue dyes CI 222 and acid blue CI 260 from a synthetic effluent through the adsorption process using adsorbents obtained from banana peel, orange peel, drying bed sludge and filter sludge press, dried at 60 and 100 C in an oven and 200 C in Mufla. The adsorption experiments were carried out at room temperature, at different ph (5, 7 and 9). The results show that all the adsorbents have adsorption potential, but the press filter sludge presents superior results in the removal of both dyes under study. KEYWORDS: adsorption; waste; textile effluents; dyes. 1. INTRODUÇÃO. Defender e melhorar o meio ambiente para as atuais e futuras gerações se tornou uma meta fundamental para a humanidade, conforme preconiza a ONU (1972). Considerando que a indústria têxtil é uma das mais importantes indústrias de transformação no Brasil, o cuidado com o tratamento de seus resíduos, emissões e efluentes deve ser constante. As águas residuárias provenientes de operações têxteis são caracterizadas por cores intensas, alto índice de
sólidos suspensos, alta DQO devido à quantidade de corantes, fibras celulósicas, surfactantes e solventes presentes (LOTITO et al., 2012). Para que a carga poluidora possa ser removida dos efluentes têxteis, diversas técnicas vem sendo aplicadas. Dentre estas técnicas, podem ser citados desde tratamentos convencionais físicoquímicos, perpassando por estações de lodos ativados, até chegar a tecnologias que visam não somente a remoção de contaminantes, mas também a utilização de materiais residuais e de baixo custo para esta aplicação. Considerando então o processo de adsorção como uma excelente alternativa para remoção de corantes de efluentes têxteis, muitos trabalhos apresentam resíduos de baixo custo como fonte para a obtenção de adsorventes. De acordo com Sonai et al. (2016), podem ser utilizados como adsorventes a turfa, algas marinhas, serragem, resíduos de indústria agrícola ou ainda lodo de tratamento de efluentes. No que diz respeito aos resíduos da indústria agrícola, podem ser empregados casca de macieira, fibras de coco verde, cascas de uva, cascas de amendoim, turfa, casca de arroz, serragem de madeira, casca de banana, mesocarpo de coco verde, casca de laranja entre outros (MUNAGAPATI et al., 2018). Resíduos agrícolas como a casca de laranja e a casca de banana são materiais de baixo custo e abundantes. Estudos que já utilizaram estes dois resíduos como adsorvente vem mostrando resultados promissores. Munagapati et al. (2018) utilizaram casca de banana seca a 105 C e triturada até a forma pó para adsorver o corante Preto Reativo 5 (RB5) e o corante Vermelho Congo (CR) e obtiveram uma capacidade de adsorção na monocamada do adsorvente de 49,2 mg/g para o corante RB5 e 164,6 mg/g para o corante CR. Um hidrogel superadsorvente baseado em pseudocaule de banana foi aplicado para remover os corantes azul de metileno e laranja de metil, onde a adsorção máxima foi de 333,3 e 124 mg/g respectivamente, de acordo com Bello et al (2018). Arami et al. (2005) utilizaram casca de laranja seca a 25 C e posteriormente trituradas para adsorver o Corante Direto 23 (DR 23) e o Corante Direto 80 (DR 80), onde observaram que este adsorvente removeu 92 % do corante DR 23 e 91 % do corante DR 80 de uma solução aquosa. Lodos da indústria têxtil, provenientes de tratamento físico-químico e tratamento biológico, foram utilizados como adsorvente de baixo custo para remover o corante vermelho reativo 2 de uma solução aquosa, que apresentou capacidade máxima de adsorção do corante estudado de 159,3 mg/g para o lodo biológico e 213,9 mg/g para o lodo físico-químico (SONAI et al., 2016). Considerando os estudos já realizados com adsorventes de baixo custo e seus resultados positivos, este trabalho apresenta os processos de adsorção realizados com quatro diferentes adsorventes: casca de banana, casca de laranja, lodo de leito de secagem e lodo de filtro prensa. O objetivo do estudo foi avaliar a capacidade de adsorção de corantes com alto uso na indústria têxtil, como o corante reativo azul 222, utilizado para tingimentos de fibras celulósicas e o corante ácido azul 260, utilizado para tingir fibras de poliamida/proteicas, por materiais residuais ou de baixo custo, com a mínima intervenção para a obtenção do adsorvente, visando não apenas baixo custo, mas também os menores impactos ambientais possíveis. 2. MATERIAL E MÉTODOS Para este estudo, os testes de adsorção foram realizados em shaker, em temperatura ambiente, aproximada de 25 C. Efetuaram-se os ensaios com frascos de erlenmeyer de 250 ml, admitindo um volume de 100 ml de solução sintética de corante Azul Reativo CI 222 e Azul Ácido CI 260, ambos com concentração inicial de 30 mg/l. Os adsorventes utilizados foram: Casca de Banana (CB), Casca de Laranja (CL), Lodo de Leito de Secagem (LLS) e Lodo de Filtro Prensa (LFP), estes dois últimos provenientes de estações de tratamento de efluentes de diferentes indústrias têxteis. Todos os adsorventes foram obtidos através de secagem em temperaturas de 60 ºC (durante 24 horas) em estufa, 100 ºC (durante 2 horas) em estufa e 200 ºC (durante 2 horas) em mufla. Os testes sucederam em ph com valores iniciais de 5, 7 e 9, onde o ph da solução de corante a ser adsorvido foi corrigido empregando soluções de hidróxido de sódio e ácido acético.
Inicialmente utilizou-se uma concentração de corante de 30 mg/l e adicionou-se 0,3 g do adsorvente no erlenmeyer o que representa uma concentração de 3 g/l de adsorvente. Estando a solução pronta, as mesmas foram posicionadas em shaker durante 24 horas, sob rotação de 110 rpm. As amostras finais, retiradas após 24 horas, bem como as amostras iniciais foram analisadas em espectrofotômetro da marca Bel Photonics, modelo UV-M51, com comprimento de onda de 614 nm para o corante reativo CI 222 e 629 nm para o corante ácido CI 260. Os valores de absorbância da solução final obtidos aplicando essa metodologia foram utilizados para determinar a eficiência de remoção comparando-os com a solução inicial. A capacidade de adsorção de cada um dos adsorventes foi calculada aplicando as equações (1) e (2) que descrevem, respectivamente, a concentração de corante no adsorvente e a eficiência de remoção. [( ) ] (1) [( ) ] (2) Onde, q e = concentração de corante no adsorvente no equilíbrio (mg/g), C o = concentração inicial de corante em solução (mg/l), C e = concentração de corante na solução no equilíbrio (mg/l), V = volume em L, m = massa em g, C f = concentração final de corante na solução (mg/l), R = eficiência de remoção de corante (%). Após a determinação do melhor resultado de eficiência para cada um dos tipos de adsorvente utilizados, foram selecionados os adsorventes para a determinação da cinética de adsorção, conforme quadro 1. O ph selecionado foi 7 quando a diferença de eficiência entre os ph era desprezível, considerando assim o ph neutro como melhor alternativa ambiental. Os processos de adsorção seguiram conforme a metodologia descrita para a determinação da eficiência, onde foram coletadas amostras de hora em hora até o final de 6 horas, onde o sistema já apresentou equilíbrio. Tabela 1. Adsorventes selecionados para determinação da cinética de adsorção. Corante Reativo Corante Ácido CB 60 C ph 5 100 C ph 5 CL 200 C ph 5 100 C ph 5 LFP 60 C ph 7 60 C ph 5 LLS 200 C ph 5 200 C ph 5 Para a determinação do modelo cinético que melhor descreve o processo de adsorção, foram utilizados os modelos de pseudo 1ª ordem e pseudo 2ª ordem, de acordo com a equações (3) e (4), respectivamente. ( ) (3) (4) Onde, q e = concentração de corante no adsorvente no equilíbrio (mg/g), qt = concentração no tempo t (mg/g), k 1 = constante de velocidade de adsorção (min -1 ), k 2 = constante de segunda ordem (mg g -1 min -1 ) e t = tempo (h). Para a linearização da equação de pseudo 1ª ordem fo i admitido q e = 0,7031 mg/g. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados de eficiência de adsorção do corante reativo azul CI 222 com os materiais estudados e secos nas temperaturas de 60, 100 e 200 C podem ser observados na Figura 1. Figura 1. Eficiência de remoção do corante reativo azul CI 222 após 24 horas.
Neste caso, é possível observar que os adsorventes obtidos a partir de LFP foram os que apresentaram melhor resultado de adsorção com eficiência de remoção em 100 %, seguido do LLS com aproximadamente 70 % de eficiência de remoção do corante. O corante reativo quando colocado em processo de adsorção com as cascas de banana secas a 100 e 200 C respectivamente, bem como a casca de laranja seca a 60 C, apresentou eficiência de remoção negativa, ou seja, houve um aumento na coloração da solução. Este resultado pode se dar devido a reação do corante com o adsorvente, ou ainda devido a passagem do adsorvente pelo filtro, misturando-se assim à solução, interferindo na leitura da absorbância. Embora a casca de laranja e a casca de banana secos a 60 C também apresentaram resultados positivos, os adsorventes provenientes de lodo apresentaram melhores resultados de remoção dos corantes estudados. Quando os mesmos materiais foram utilizados como adsorventes para a remoção do corante ácido azul CI 260, a eficiência de remoção foi ainda superior quando comparado ao corante reativo estudado, e pode ser observada na Figura 2. Figura 2. Eficiência de remoção do corante ácido azul CI 260 após 24 horas
Percebe-se que para o corante ácido, com exceção da casca de banana seca a 200 C, que pode ter apresentado resultado negativo por interferência do residual de adsorvente dissolvido na solução, todos os materiais apresentaram eficiência de adsorção considerável, sendo que o LFP seco em 60 e em 100 C foi o melhor adsorvente, apresentando eficiências de remoção próxima de 100%. Comparando com a eficiência de remoção de corante obtida para o corante reativo, o corante ácido foi mais bem removido pelos adsorventes obtidos pelas cascas de banana e laranja. Para compreender melhor o processo de adsorção, foi avaliada a cinética de adsorção dos adsorventes com os melhores resultados de eficiência de adsorção após 24 horas. Foram verificados os ajustes aos modelos de cinética de pseudo 1ª ordem e pseudo 2ª ordem e os melhores ajustes podem ser observados na Figura 3.
Figura 3. Gráficos dos modelos cinéticos com melhor ajuste. De acordo com a Figura 3, o processo de adsorção do corante reativo azul CI 222 com o adsorvente LLS seco a 200 C teve a remoção de corante mais próxima ao modelo cinético de pseudo 1ª ordem, indicando que neste caso a adsorção ocorre pela ocupação de um sítio ativo do adsorvente, embora essa afirmação pode ser questionada devido ao baixo fator de correlação, que foi de 0,69. Para os demais processos de adsorção com os diferentes adsorventes, todos apresentaram o processo de adsorção ajustado ao modelo de pseudo 2ª ordem, com o fator de correlação próximo a 100 %, o que significa que o controle do mecanismo de velocidade pode ser a adsorção química, para os dois tipos de corante utilizados. 4. CONCLUSÃO Os processos de remoção dos corantes reativo azul CI 222 e ácido azul CI 260 com casca de banana, casca de laranja, lodo de leito de secagem e lodo de filtro prensa mostraram-se eficientes e promissores. Para ambos os corantes, o lodo de filtro prensa, quando aplicado como adsorvente, apresentou resultados de remoção superior a 95 % em sua melhor condição, seguido do lodo de leito de secagem com valores próximos a 80 %. As cascas de resíduos agrícolas, embora tenham apresentado resultados positivos, necessitam de maiores estudos para obtenção das melhores condições de obtenção e aplicação dos adsorventes. Considerando os resultados obtidos com os adsorventes obtidos de lodos residuais de estações de tratamento de efluentes têxteis, estes materiais devem ser estudados de forma mais aprofundada, tendo em vista ganhos como melhoria da qualidade do efluente tratado, redução de resíduos sólidos depositados em aterros industriais e redução de custos. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAMI M.; LIMAEE N. Y.; MAHMOODI N. M.; TABRIZI N. S. Journal of Colloid and Interface Science, v. 288, p. 371-376, 2005. BELLO K.; SAROJINI B. K.; NARAYANA B.; RAO A.; BYRAPPA K. Carbohydrate Polymers, v. 181, p. 605-615, 2018. MUNAGAPATI V. S.; YARRAMUTHI V.; KIM Y.; LEE K. M.; KIM D. Ecotoxicology and Environmental safety, v. 148, p. 601-607, 2018. SONAI G. G.; DE SOUZA S. M. A. U.; OLIVEIRA D.; DE SOUZA A. A. U. Journal of Envirnmental Management, v. 168, p. 149-156, 2016. LOTITO A. M.; FRATINO U.;MANCINI A.; BERGNA G.; DI LACONI C. Biodegrad, v 69, p. 62-68, 2012. Declaração da Conferência da ONU sobre o Meio Ambiente. Estocolmo, 1972. Disponível em: https://nacoesunidas.org/acao/meio-ambiente/, acesso em 25/jan/2018. 6. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao LABENE (Laboratório de Beneficiamento), do Curso de Engenharia Têxtil da UFSC Blumenau.