ELABORAÇÃO E APLICAÇÃO DE PROCESSO ADSORTIVO UTILIZANDO A CFN NA REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS Jéssica Roberta Pereira Martins 1 ; Renata Chastinet Braga 2 1 IFCE campus Limoeiro do Norte, jessica.r160@gmail.com; 2 IFCE campus Limoeiro do Norte, rchastinet@gmail.com RESUMO A crescente produção industrial também acelerou a degradação dos recursos naturais compromete a qualidade de vida das atuais e futuras gerações. As descargas de efluentes industriais contendo elementos tóxicos como íons de ferro (Fe 2+ ) e manganês (Mn 2+ ) que mesmo em concentrações reduzidas são tóxicos. Quando lançados num corpo receptor, como rios, mares e lagoas, sofrem o efeito denominado de Amplificação Biológica, sendo armazenados pelos organismos vivos. O material no qual foi elaborado o estudo de adsorção foi a CFN, cinza da folha de Nim (Azadirachta indica). Como não se sabia a dosagem desse adsorvente nem tão pouco o ponto de saturação do mesmo, teve-se a necessidade de testar o adsorvente primeiramente em amostras sintéticas, mediante a realização destes o mesmo material será aplicado em influentes industrial. Os ensaios foram realizados no laboratório de química, as soluções foram sintetizada aparte de uma solução de 1000 mg L -1, sendo diluída para concentração de 50 mg L -1. Dois béqueres distintos, cada um contendo 0,2 g de CFN, foram submetidos o primeiro a uma solução de cobre e o segundo a uma solução de zinco, dois outros béqueres foram introduzidos ao ensaio onde foi colocado uma amostra em branco de cada metal. Visando a otimização do fenômeno de adsorção, procurou-se estudar a influência da agitação no processo de remoção dos íons metálicos, as soluções contendo os metais em estudo foram submetidas a uma agitação constante de 150 rpm no agitador magnético. A CFN mostrou-se muito eficiente na remoção destes metais dos tempos iniciais, com ou sem agitação com uma eficiência de até 100% de adsorção e não houve perda nessa capacidade com o tempo ou agitação, portanto o material pode ser empregado como excelente adsorvente. Palavras Chaves: Cinza da folha de Nim (CFN),Adsorção, Metais pesados. 1 INTRODUÇÃO Uma das maiores preocupações atuais é a escassez de água, o desafio não está no aumento da oferta deste recurso natural, mas sim na preservação da qualidade da água existente e no investimento em tecnologias de reaproveitamento. A poluição química de natureza orgânica e/ ou inorgânica, decorrente do crescente consumo, produção e exploração de matérias primas, como fósseis e minerais, associado ao crescimento exponencial da população nas ultimas décadas e ao desenvolvimento agrícola e industrial, o que resultou na geração de resíduos contendo elementos tóxicos, como os metais pesados (SILVA et al. 2013). Metais pesados são considerados elementos traço no organismo humano, tendo um papel importante no processo enzimático. Quando encontram-se em excesso podem causar muitas doenças e sérios problemas fisiológicos, uma vez que acumulam-se no corpo humano.
Metais como ferro (Fe 2+ ) e manganês (Mn 2+ ) em excesso podem causar intoxicação provocando um conjunto especifico de sintomas e um quadro clínico próprio, desde a formação de complexos com os grupos funcionais das enzimas ou bioacumulação, combinando-se com as membranas celulares (JIMENEZ et al, 2004). Tendo conhecimento da problemática a cima fica claro a necessidade de tratamentos eficiente na remoção de manganês presente em efluentes industrial ou agrícola. Os tratamentos de efluentes devem seguir níveis, sendo que cada um com suas devidas aplicações; primário tem por objetivo a remoção de sólidos em suspenção; secundário, onde tem por objetivo a remoção de matéria orgânica; e terciário, objetiva a remoção de agentes patógenos (protozoários, bactérias) (PERILLI et al. 2014). Nessas etapas algumas moléculas contendo metais, são precipitadas por varredura, no entanto as que estão solúveis permanecem no meio, sendo necessária a implementação de agentes que precipite ou adsorva o manganês. Os tratamentos convencionais empregados para removem esses micro poluentes, incluem coagulação ou floculação combinados com flotação e filtração, precipitação-floculação com Fe(II)/Ca(OH) 2, eletroflotação, coagulação eletrocinética, métodos de oxidação convencional com agentes oxidantes, irradiação ou tratamento eletroquímicos (COSTA, 2012). Métodos de oxidação convencional são melhores pois oferecem uma alta eficiência de remoção o processo não requer nenhum tipo de produto químico adicional e os equipamentos necessários e a operação são geralmente simples os controles são fáceis e os reatores eletroquímicos são compactos, e previnem a produção de subprodutos indesejáveis, mas são bastante caras. Tratamento físico é constituído por processos de filtração com membrana (nanofiltração, osmose reversa, eletrodiálise), troca iônica e técnicas de adsorção. Dentro do tratamento físico com adsorção, o adsorvente mais utilizado é o carvão ativado (LIMA, 2013; TINÔCO et al. 2010). O carvão ativado é o adsorvente mais empregado no tratamento de efluente, no entanto a recuperação dos sítios ativos é cara e tem grande perda desse material no processo de recuperação (MERCI et al. 2010). Uma possibilidade que vem sendo bastante estudada para a remoção de metais dos efluentes é o uso de um adsorvente. Faz-se necessário uma otimização do processo ou o desenvolvimento de métodos alternativos. Dentro das tecnologias alternativas destaca-se o uso de matérias biológico no processo de adsorção com casca de banana, algas, casca de arroz, fibra de coco verde, pó de Nim entre outros. Embora sejam consideradas alternativas a casca de banana, algas, casca de arroz, fibra de coco verde, gasta-se muito reagente químico para potencializar ou ativar os sítio dos matérias e ainda sim esses adsorventes não são eficientes sendo necessário uma quantidade elevada e um tempo de contato demorado (BELISÁRIO et al. 2010; SILVA et al. 2013). O pó do Nim mostra-se promissor como adsorvente, nim (Azadirachta indica) possui folhas com a presença de grupos polares na superfície, o que lhes confere capacidade de troca catiônica (BRASIL, 2013). O pó do nim em contato com o efluente libera clorofila, sendo necessário incluir
uma etapa de clareamento da água após a remoção do metal, aumentando assim o custo e implantação e operação. Considerando que as empresas buscam praticidade e eficiência esse trabalho tem por objetivo avaliar a potencialidade da Cinza da Folha de Nim (CFN) como adsorvente natura de manganês, ferro, zinco e cobre em efluente sintético. Esse trabalho tem por objetivo, produzir e analisar a capacidade da cinza da folha de Nim (CFN) como adsorvente natural no processo de remoção ferro e manganês presente em efluente sintético. Estudar fatores que influenciam no processo de adsorção o tempo de contato e a influência da agitação da solução na remoção dos metais em estudo. 2 METODOLOGIA Para produção do material adsorvente (CFN) foi utilizado como matéria-prima as podas da arvore NIM. O material foi coletado nas ruas de Limoeiro do Norte- CE. 2.1 Preparo da amostra A princípio, para fazer o adsorvente, foram coletadas as podas das árvores de Nim (Azadirachta indica) essas foram lavadas e deixadas por dez dias na sombr para secar. As folhas já secas em estado quebradiço passaram por um tratamento térmico. 2.2 Ensaio de adsorção As soluções foram sintetizada aparte de uma solução de 1000 mg/l, sendo diluída para concentração de 50 mg/l. Dois béqueres distintos, cada um contendo 0,2 g de CFN, foram submetidos o primeiro a uma solução de ferro e o segundo a uma solução de manganês, dois outros béqueres foram introduzidos ao ensaio onde foi colocado uma amostra em branco de cada metal. As alíquotas coletadas foram determinadas por EAA. A taxa de retenção do metal adsorvido foi calculada através do decréscimo da concentração dos íons metálicos no meio (Equação1): Taxa de Retenção = [(C o C f )/C o )] 100 (1) Sendo: C o = Concentração inicial de íons metálicos (mg.l -1 ) na solução, antes do contato com a CFN. C f = Concentração final de íons metálicos (mg.l -1 ) na solução após o contato com a CFN. 2.3 Estudo de agitação Para a verificação a influência da agitação no processo de remoção, utilizou-se 0,2 g do material adsorvente e 100 ml da solução sintética, na concentração de 50 mg/l.
Retençمo (%) As misturas foram deixadas em repouso e outras submetidas à agitação em mesa agitadora orbital, à velocidade de 150 rpm por diferentes intervalos de tempo (1, 2, 3 e 24 h). As alíquotas coletadas foram determinadas por EAA. 3 RESULTADOS E ANÁLISE DE DADOS A CFN após o tratamento térmico teve uma grande perda em massa, essa perda se deve aos compostos orgânicos que volatilizam ou carbonizam devido à alta temperatura (Figura 1). Os resultados obtidos nos ensaios de adsorção realizados com as soluções em repouso e agitação forçada estão expressos nas figuras abaixo. Figura 01. Amostras o pó de nim e CFN Fonte: Autor Figura 02. Interpolação entre os dados adsorção CFN (0,2g) em contato com Fe 2+ (50mg/L) em repouso e agitação (150rpm) 100 80 60 40 20 Repouso Agitaçمo 1 2 3 4 5 Tempo de Retençمo (h)
Retenção (%) Na Figura 02, mostra uma interpolação dos dois ensaios de adsorção, repouso e agitação forçada com ferro. Esse comportamento evidencia a elevada afinidade do metal pelos sítios de adsorção da CFN. Normalmente, à agitação favorece a adsorção, no entanto alguns adsorventes quando submetidos a agitação dissociam do adsorvato. No caso dá CFN agitação não favoreceu o processo, uma vez que os resultados nos dois testes com os metais em estudo foram iguais, não havendo dessorção em nem um intervalo de tempo em estudo. Figura 03. Interpolação entre os dados da adsorção CFN (0,2g) em contato com Mn 2+ (50mg/L) em repouso e agitação (150rpm) 100 80 Com agitação Sem agitação 60 40 20 1 2 3 4 5 6 Tempo de contato (h) Na figura 03, é possível observar os primeiros 60min de ensaio houve a remoção de 100% de Mn 2+ na concentração de 50mg/L. Nos referidos ensaios, a adsorção atingi o equilíbrio nos primeiro 60 min. Vale ressaltar que mesmo em agitação forçada a CFN manteve o equilíbrio da adsorção não sendo constatado dessorção de íons metais em nem uma tempo de contato. Figura 04. Precipitação íon metálica de Fe 2+ ; Mn 2 Fe 2+ Mn 2 +
Fonte: Autor O alto índice de adsorção realizado pela CFN (Figura 04) pode ser comprovado visualmente, pela precipitação dos íons metais. Os metais testados encontram na superfície da CFN, o que comprova a afinidade com que os íons dos metais tem pelo material adsorvente. Dessa forma, é provável que a adsorção tenha ocorrido primeiramente na superfície da CFN e em seguida por difusão para dentro dos sítios. A partir dos resultados dos ensaios e o tempo de contato de 60min ser suficiente para a adsorção obter 100% e manter o equilíbrio é possível que o adsorvente não tenha atingido o grau de saturação. Tabela 01: Capacidade de adsorção por vários adsorvetes ADSORVENTE CON. ADS. COM. EF VOL. TEMPO (%)ADS FIBRA DE COCO 40 g 4 mg/l 1800 ml 2:00 h 12 % VERDE 1 CASCA DE 2 g 30 mg/l 50 ml 24:00 h 80% BANANA 2 CINZA DA CASCA 1 g 50 mg/l 20 ml 24:00 h 95% DE ARROZ 3 PÓ DE NIM 4 1 g 50 mg/l 20 ml 24:00 h 50% CFN 5 0,2 g 50 mg/l 100 ml 1:00h 100% Fonte: Silva (2013) 1 ; Belisário (2010) 2 ; Chaves (2009) 3 ; Immich (2006) 4 ; Martins et al (2011) 5. Outros estudos com adsorventes alternativos empregados no tratamento de compostos orgânicos tóxicos, avaliando os mecanismos de adsorção e o percentual de adsorvato removido (Tabela 01) mostraram que esses adsorventes tem um custo de aquisição mais elevado que a CFN, uma vez que em escala real o tempo de detenção hidráulico (TDH) será alto, a concentração e o valor de remoção são inferiores ao obtido pela CFN. 4CONCLUSÃO Uma possibilidade que vem sendo bastante estudada para a remoção de metais dos efluentes é o uso de um adsorvente alternativo. A produção e analise da capacidade da cinza da folha de Nim
(CFN) como adsorvente natural no processo de remoção ferro e manganês presente em efluente sintético apresentou uma eficiência de 100% de remoção dos 50mg/L testado em cada metal. É possível concluir que o CFN é um material de fácil acessibilidade, baixo custo, e alta eficiência para adsorção dos metais ferro e manganês, podendo ser usado no tratamento de efluentes para remoção destes poluentes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRASIL, R.B. Aspectos botânicos, usos tradicionais e potencialidades de Azadirachta indica (NEEM). Revista Enciclopédia Biosfera, V. 9, n 17; 2013. HAMEED, B. H.; DIN, A. T. M.; AHMAD, A. L. Adsorption of methylene blue onto bamboobased activated carbon: kinetics and equilibrium studies, Journal of Hazardous Materials. n. 141. p. 819-825. 2007 IMMICH,A. P. S.; Remoção de corantes de efluentes testeis ultililando folhas de Azadirachta indica como adsorvente. Florianópolis, Universidade Federalde Santa Catarina, 2006. 119p (dissertação de mestrado). Merci, A. Uso do pó da fibra do coco verde para remoção de metais pesados em efluente de indústria De tintas. Trabalho de conclusão de curso como parte dos requisitos para a obtenção do título de graduado em Química Industrial. Universidade Norte do Parará UNOPAR. Arapongas. 2010. SILVA, K. M. D.; REZENDE, L. C. S. H.; SILVA, C. A.; BERGAMASCO, R.; GONÇALVES, D. S.; Caracterização físico-química da fibra de coco verde para a adsorção de metais pesados em efluente de indústria de tintas. ENGEVISTA, V. 15, n. 1. p. 43-50, abril 2013