Patricia Cunico, Carina P. Magdalena, Terezinha E. M. de Carvalho, Denise Alves Fungaro Instituto de Pesquisas Enérgicas Nucleares IPEN/CNEN-USP São Paulo Centro de Química e Meio Ambiente
1 - Introdução Corantes: Apresentam estruturas moleculares complexas que podem envolver, durante o processo de síntese, diversas reações Apresentam um grupo cromóforo que dá cor ao composto pela absorção de uma parte de energia radiante (azo, antraquinona, nitro, etc) Indústria têxtil Efeitos Toxicológicos: Resistência a biodegradação e fotodegradação; Afetam a atividade fotossintética; Podem ser tóxicos a organismos aquáticos; Alguns são carcinogênicos e mutagênicos. Fonte: google imagem
Fixação A A fixação do corante a fibra é feita através de reações químicas, geralmente pela adsorção (fixação de moléculas de uma substância na superfície da outra) Classificação Classificados de acordo com a maneira como se fixam a fibra; Reativos; Diretos; Azóicos; Aniônicos; Exemplo de tintura De Enxofre; de algodão por Pré metalizados; corante reativo Bramqueadores q Fonte: Ciência Hoje. Vol 29
Corantes Azóicos Classe química mais importante para a indústria de tingimento; - Representam cerca de 60% dos corantes atualmente utilizados no mundo; - Grupo representativo dos corantes por apresentarem um ou mais agrupamentos -N=N- ligados a sistemas aromáticos. Grupo reativo Grupo cromóforo da família Azo Estrutura Molecular de um corante Reativo Fonte: Ciência Hoje. Vol 29
Brasil ~ 700 mil il t d de 10 mil il tipos i d de corantes e pigmentos i são ã produzidos d id anualmente no mundo, sendo o Brasil responsável por 2,6% dessa demanda,, cerca de 20% são descartados como efluentes. Comparação entre a quantidade de efluente liberado pela indústria e o padrão a ser seguido Fonte: Ciência Hoje. Vol 29 Lançamento de Efluentes de uma Indústria Têxtil Fonte: imagens google
Tratamento de Efluentes de Indústrias de Tingimento Alguns dos processos de tratamento existentes são: Lodo ativado; Métodos de clarificação; Sedimentação e flotação; Filtração com membranas; Coagulação; Resina de troca iônica; Processos oxidativos com ozônio; Fotocatálise homogênea; Adsorção. A adsorção é uma das técnicas que tem sido empregada com sucesso na efetiva remoção de corantes
Processos de Adsorção Fenômeno interfacial que permite a transferência de compostos orgânicos e inorgânicos (adsorbato) da fase líquida para uma superfície sólida (adsorvente), ficando nela retida X Corante X X X X X adsorvente Cinza de Carvão
Processos de Adsorção Estudos fundamentais para um sistema adsorbato / adsorvente Estudos de cinética de adsorção Estudos de equilíbrio de adsorção
Capac cidade de ad dsorção Estudos Sobre Processo de Adsorção Cinética de Adsorção - Eficiência de adsorção com o tempo de agitação Capacidade de Adsorção qe = V(Co Ce) M Porcentagem de Remoção %R= 100 (Co-Ce) Co Tempodeagitação V(L) = volume solução inicial Co (mg L -1 ) = Concentração inicial solução Ce (mg L -1 ) = Concentração final no equilíbrio M (g) = massa de cinza de carvão
Equilíbrio de Adsorção - Relação de equilíbrio entre a concentração do corante e a concentração do corante adsorvido - Mesma quantidade de adsorvente com diferentes concentrações de adsorbato no t equilíbrio Isoterma de Adsorção q e Gráfico q e versus C e Modelos de Equilíbrio para Descrever Isotermas Langmuir: C q e e C = 1 + Q b Q C -1 e concentração no equilíbrio (mgl ) q e - quantidade adsorvida no equilíbrio (mgg -1 ) Q o e b são constantes o e o Freundlich: log q e = log K f + 1 e n log C K f [(mgg -1 ) (Lmg -1 )] e n são constantes
Carvão Ativado Material adsorvente mais utilizado Alta capacidade de adsorção Alto custo Fonte: www.bbfiltracao.com.brv Material Alternativo de Baixo Custo Utilização de resíduos sólidos que podem ser reciclados como: Cinzas leves de carvão
CINZAS DE CARVÃO DO BRASIL - Um dos resíduos de maior geração no Brasil em termos de volume são as cinzas de carvão; -Formadas a partir de combustão do carvão em usinas termoelétricas; - São potencialmente poluidores, tanto ao ph da sua drenagem quanto a solubilização dos elementos. Depósitos em locais inapropriados trazendo riscos devido a lixiviação ~4 milhões de toneladas são geradas anualmente Cerca de 30% é utilizada na indústria de materiais de construção. Fonte: Denise Fungaro
Tratamento de Efluentes de Indústrias de Tingimento - Mineral aluminosilicato ferroso, com Al, Si - Composição mineralógica: - 70-90% das partículas são esferas vítreas Tipos de cinzas: Imagem das cinzas de carvão por microscópio eletrônico de varredura (MEV) 1. volantes ou leves são emitidas com os gases e ficam retidas nos filtros ciclone e de mangas 80% das cinzas geradas. 2. de fundo ou pesadas que saem pelo fundo da caldeira.
ÁREA DE AMOSTRAGEM Usina Termelétrica de Figueira - PR
Características Gerais do Reativo Preto 5 Nome Genérico CI* Reativo Preto 5 Cromóforo Absorbância Máxima no Comprimento de Onda Massa Molecular Azo λmax, nm 597-599 991,8 mol/g Fórmula Química C 26 H 21 N 5 O 19 S 6 Na 4 Classe Tipo Reativo Azo (*)CI = Número de classificação em Português (Color Index em inglês )
ESTRUTURA MOLECULAR Responsáveis pela fixação do corante a fibra Confere cor ao composto Grupos de solubilização
CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DA CINZA ÓXIDOS COMPOSIÇÃO (% em MASSA) SiO 2 18,9 Al 2 O 3 15,2 Fe 2 O 3 10,6 Na 2 O 0,988 CaO 1,18 K 2 O 223 2,23 TiO 2 0,468 SO 3 0,366 3, MgO 0,348 Elementos Traços Concentração (μg/g) Elementos Traços Concentração (μg/g) Mn 344 U 261 Pb 217 Y 98 Cl 119 As 548 Sr 466 Rb 39 Cr 99 Zn 815 P 640 Zr 724 Cu 73 V 229 Ni 85 Ge 36 Composição química da CC6. Se 1,2 Elementos tóxicos em baixas quantidades
Processos Descontínuos Experimentos de Adsorção Cinza de Carvão Interação com o Corante Agitador Mecânico Centrifugação Leitura no Espectrofotômetro Concentração Residual
Resultados e Discussão
Estudos Cinéticos O tempo de equilíbrio foi de 420 min A eficiência de adsorção aumentou com o aumento da concentração inicial do corante Efeito do tempo de agitação sobre a capacidade de adsorção do RP5 sobre cinza de carvão ([RP5] = 8,22 mg L -1 )
Isotermas de Adsorção Langmuir 14 0,6 12 10 0,5 0,4 Ce/qe (g L- 1 ) 8 6 4 qe (mg g -1 ) 0,3 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Ce (mg L -1 ) 0,2 Freundlich -0,2 0,1-0,3 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 Ce (mg g -1 ) Isoterma de Adsorção do RP5 sobre cinza de carvão Log qe (mg g -1 ) -0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Log Ce(mg L -1 )
Parâmetros do modelo de isoterma de Langmuir e Freundlich para RP5 sobre cinza CC6 Langmuir Freundlich Q o (mg g -1 ) 0,577 K f (mg g -1 ) 0,391 (L mg -1 ) 1/n b (L mg -1 ) 4,07 n 3,80 R L 0,019 R 0,889 R 0,999 C d C fi i d C l ã (R) d d Comparando os Coeficientes de Correlação (R), os dados seguiram o modelo de Langmuir
Conclusão
Tempo de agitação foi de 420 minutos (Te). Segue o modelo de Langmuir, com capacidade de adsorção de 0,577 mg g -1. Porcentagem de remoção de 44 à 91% (2,0; 3,8; 6,0; 8,64; 10,0; 12,85 mgl -1 )
Obrigada!!!