SNTESE, CARACTERIZAO E APLICAO DE ARGILAS NATURAL E MODIFICADA NA ADSORO DE CORANTES REATIVOS.

MOTA, L.M 1; AGUIAR, J.E.2 E SILVA JUNIOR, I.J.3

(1) Aluna de Iniciao Cientfica DEQ/UFC; (2) Doutorando DEQ/UFC; (3) Docente - DEQ/UFC

Departamento de Engenharia Qumica - Universidade Federal do Cear

Endereo Av. Mister Hall S/N, Fortaleza-CE CEP 23890-000Email: - e-mail: ivanildo@gpsa.ufc.br

RESUMO - O presente trabalho teve como objetivo avaliar a adsoro de corantes reativos, utilizando argila natural e modificada. Para tanto as argilas foram pilarizadas, acidificadas e caracterizadas atravs da adsoro-dessoro de N2, DPD, DRX, pHZPC. As argilas apresentaram SBET de 43 m2/g com Dp de 3,7 nm para a argila natural; SBET de 306 m2/g com Dp de 4.6 nm para a argila pilarizada e SBET de 195 m2/g com Dp de 3.3 nm para a argila acidificada. Os ensaios de adsoro foram realizados em um sistema orbital com rotao constante de forma a simular um tanque agitado. Foram investigados o efeito do pH inicial, massa de adsorvente, tempo de contato, concentrao inicial e agitao, visando obter informaes fundamentais sobre o processo de adsoro a uma temperatura de 22 C. As isotermas de adsoro foram bem correlacionadas pelos modelos de Langmuir (L) e Langmuir-Freundlich (LF). A capacidade mxima de adsoro foi da ordem de 57,7 mg/g, conferida para argila pilarizada pelo modelo (LF) que melhor ajustou os dados experimentais. A partir de uma anlise dos resultados obtidos para a caracterizao desse material pde-se concluir que os adsorventes apresentaram caractersticas compatveis ao processo, o que favoreceu a adsoro das molculas de corante.

Palavras chave: efluente txtil, cor, impactos ambientais.INTRODUO

Do ponto de vista ambiental, a cor recalcitrante nos efluentes um dos grandes problemas enfrentados pelo setor txtil. (Guaratini e Zanoni, 2000). A degradao de corantes e seus produtos derivados podem ser txicos e cancergenos, mesmo em baixas concentraes (El Mouzdahir et al., 2010). Mtodos convencionais de remoo de corantes em efluentes incluem processos fsicos, qumicos e biolgicos, entretanto, alguns corantes so resistentes s atividades bacterianas e os tratamentos biolgicos necessitam de tempos longos para serem eficazes. O uso de adsorventes de baixo custo para remoo de corantes de efluentes tem recebido uma considervel ateno e diversos tipos de adsorventes tm sido desenvolvidos para esta finalidade (Elwakeel, 2009).

O uso de materiais argilosos em detrimento aos adsorventes comerciais disponveis tem se tornado popular devido ao seu baixo custo, disponibilidade, no-toxicidade e potencial elevado para troca inica. Estes materiais possuem uma variedade de propriedades superficiais e estruturais, elevadas estabilidade qumica, rea superficial e capacidade de adsoro (Vimonses et al., 2009).Entre os materiais empregados para esta finalidade, as argilas pilarizadas tm recebido uma ateno devido ao fato de apresentarem alta rea superficial e porosidade, quando comparada com as argilas naturais. Estes materiais possuem maior acidez e menor hidrofilicidade com respeito s argilas naturais, o qual melhora o rendimento em processos de adsoro gerando assim sua ampla utilizao na remoo de diferentes compostos (Salerno e Mendioroz, 2002).

O objetivo do estudo foi obteno de um adsorvente de baixo custo atravs de sntese simplificada para utilizao na remoo de corantes.

MATERIAIS E MTODOSCorante

Como adsorbato foi utilizado o corante Remazol Violeta 5R descrito e caracterizado na Tabela 1. O corante utilizado foi obtido da Sigma-Aldrich com alto grau de pureza.

Tabela 1 Caractersticas do corante Reativo Violeta 5R.

Formula MolecularC20H16N3Na3O15S4

Massa Molar (g/mol)735.58

max (nm)562

Adsorventes

Nesse estudo foi empregada uma argila pilarizada de alumnio (Al-PILC) sintetizada a partir de uma argila natural da regio de Cuyo - San Juan - Argentina. Pilarizao da Argila: A pilarizao da argila obedeceu aos mtodos recomendados por (Roca Jalil et al., 2013). Acidificao da Argila Pilarizada: A acidificao da argila pilarizada foi realizada de acordo com o mtodo descrito por (Komadel e Madejov, 2013).Caracterizao Textural e Estrutural

Difrao de RX: As propriedades estruturais se desenvolveram mediante difrao de raios X (DRX), em um equipamento do tipo RIGAKU modelo Xpert Pro MPD com radiao CuK, em uma rampa de 2 com variao de 2 a 70, a em intervalo de 0,05 e varredura de 1 /min.

Adsoro-dessoro de N2: A caracterizao textural foi realizada mediante adsoro-dessoro de N2 a 77 K (Micromeritics, ASAP 2000). As amostras analisadas por adsoro-dessoro de N2 foi desgassada previamente a uma temperatura de 200 C durante 12 h. A superfcie especfica (SBET) foi estimada mediante o mtodo de Brunauer, Emmet e Teller, (Brunauer et. al., 1938 apud (Rouquerol, Rouquerol e Sing, 1999) a presses parciais entre 0,010 e 0,092; o volume total de poro (VTP) se obteve utilizando a regra de Gurvich (Rouquerol, Rouquerol e Sing, 1999) a partir da isoterma de adsoro a uma presso de 0,98. O volume de microporos (VP) se obteve utilizando o mtodo t-plot (t de Boer) em uma faixa de presses parciais entre 0,2506 e 0,4490, e o volume de mesoporos mediante a diferena entre (VTP) e (VP). As histereses presentes nos materiais estudados foram classificadas de acordo com as normas da IUPAC (Gregg, 1982).

Ensaios em Batelada

Para a obteno da cintica e dados de isoterma de equilbrio, 20 mL de soluo do corante Remazol Violeta 5R foram adicionados a tubos de 50 mL contendo o adsorvente. As massas utilizadas foram 0,25 g para Argila Natural e 0,15 g para Al-PILC e Al-PILC-H2SO4. Uma soluo de mesma concentrao (100 ppm) foi utilizada e em intervalos de tempo pr-determinados, alquotas foram retiradas do sobrenadante e centrifugadas a 10000 rpm por 10 min (Microcentrifuga Cientec CT-15000R) para anlise da concentrao. Para obteno das isotermas de equilbrio, solues de diferente concentrao do corante (25 300 ppm) foram avaliadas. Os frascos permaneceram sob agitao durante 120 minutos em um agitador (Tecnal TE-165) a 40 rpm e 22 C. As medies ocorreram mediante a absorbncia em um espectrofotmetro (Thermo Scientific Biomatic 3, USA). A quantidade de soluto adsorvido na fase fluida foi quantificada por meio de um balano de massa estimado a partir da Equao 1.

Os modelos de isotermas de adsoro de Langmuir e Langmuir-Freundlich foram utilizados para representar os dados de equilbrio de adsoro neste estudo. Esses modelos esto representados pelas Equaes 2 e 3.RESULTADOS E DISCUSSO

Caracterizao Textural e Estrutural

A Figura 1a mostra o difratograma de Raios-X das amostras de argila natural e Al-PILC. Os difratogramas de DRX obtidos para as amostras estudadas permitem observar que houve um substancial aumento do espaamento basal de d001 = 12,6 da argila natural para um valor de d001 = 18,6 para a Al-PILC, com o qual se comprova que o processo de pilarizao foi adequado.

A Figura 1b representa a isoterma de adsoro de N2 a 77 K obtida para as argilas natural, Al-PILC e Al-PILC/H2SO4.

Figura 1 - (a) Difratogramas obtidos para as argilas natural e Al-P+ILC: (M) Montmorilonita, (B) Bohemita, (C) Quartzo, (F) Feldespato. (b) Isotermas de adsoro-dessoro de N2 a 77 K para argilas natural ((); argila acidificada (() e argila pilarizada (().As isotermas de N2 obtidas mostram um comportamento tpico de montmorilonitas, com uma isoterma tipo IIb associada a arranjos de estruturas laminares e histereses tipo H3, evidenciando associao de agregados de partculas laminares seguindo a classificao da IUPAC (Gregg, 1982). A presena de histerese est ligada ao processo de preenchimento por condensao capilar. uma caracterstica tpica de materiais de domnio mesoporosos (Auxilio et al., 2009). Esse tipo de histerese caracterstica de materiais cujos poros so regulares, de formato cilndrico e/ou polidrico com extremidades abertas, como o caso das argilas.

De acordo com a classificao BDDT e IUPAC, a isoterma de adsoro correspondente argila Al-PILC uma isoterma do tipo IV. O ponto de inflexo presente nessa isoterma corresponde ocorrncia da formao da primeira camada adsorvida que recobre toda a superfcie do material. O volume adsorvido a baixos valores de P/Po indica a presena da formao de microporos, evidenciando o processo de formao de pilares. A presena de histerese tipo H4 caracteriza a associao de poros gerados entre as lminas. A Tabela 2 apresenta os dados obtidos para as caractersticas texturais da argila natural, a argila pilarizada de alumnio (Al-PILC) e acidificada. Tabela 2 - Caractersticas texturais da argila natural, Al-PILC e Al-PILC/H2SO4.AmostrasSBET

[m2/g]VTP

[cm3/g]DP

[nm]

AN 430,083,7

Al-PILC3060,171,3

PILC/H2SO41950,163,3

Observa-se um incremento nas propriedades texturais da argila pilarizada em comparao argila natural. O incremento da superfcie especfica se deve gerao de microporos pela criao dos pilares. Por sua vez, o volume total de poros tambm foi incrementado com o processo de pilarizao.A distribuio de tamanho de poro foi obtida pelo modelo da Teoria Funcional da Densidade No Localizada (NLDFT) que permitiu uma descrio mais detalhada das regies microporosa e mesoporosa da argila. Pode ser visto na Figura 5, que um pico mximo ocorre a 13 nm como ocorrncia de uma expressiva quantidade de microporos na estrutura do material.Figura 5 - Distribuio do tamanho de poro da argila Al-PILC (linha preta) e Al-PILC/H2SO4(linha azul).

Ensaios em Batelada Os perfis cinticos de adsoro obtidos para o corante RV5R para as argilas natural, pilarizada e acidificada (Figura 6) mostram a influncia do tempo de contato na quantidade de corante adsorvida. Pode-se notar que na cintica de adsoro dos corantes ocorre uma queda brusca da concentrao inicial de corante nos primeiros instantes de contato alcanando o equilbrio num tempo de aproximadamente 40 minutos.

Figura 6 Perfis de cintica de adsoro para corante RV5R em argilas natural a 30 rpm() e 40 rpm (), Al-PILC () e Al-PILC-H2SO4 ().

As isotermas obtidas no sistema experimental so mostradas na Figura 7. Os dados experimentais foram correlacionados com o modelo de isoterma de Langmuir e Langmuir-Freundlich. Os resultados obtidos para os ajustes em questo esto contidos na Tabela 3.

Figura 7 Perfis das isotermas de adsoro de RV5R com ajustes dos modelos de Langmuir (linha vermelha tracejada) e Langmuir-Freundlich (linha preta) para Argila Natural (), Al-PILC (), Al-PILC-H2SO4()Com base em uma anlise estatstica dos valores obtidos para o e R, podemos considerar que o modelo de Langmuir-Freundlich apresentou uma boa adequao aos dados experimentais. As isotermas obtidas para RV5R mostraram-se de forma favorvel ao processo e as quantidades mximas removida pelos adsorventes foram de 33,25 mg/g para Argila Natural; 57,74 mg/g para Al-PILC e 8,36 mg/g para Al-PILC-H2SO4. O rpido decaimento da adsoro seguido por uma fase mais lenta quando a quantidade adsorvida de corante atinge o equilbrio. Essa rpida adsoro deve-se a acessibilidade e ligao dos grupos funcionais da molcula de corante aos stios cidos das argilas. Os parmetros de ligao obtidos pelos modelos de isotermas de equilibrio evidencia a afinidade do corante ao adsorvente. Tabela 3 - Parmetros de ajuste usando os modelos de Langmuir (L) e Langmuir-Freundlich (LF).

CONCLUSOAs isotermas de adsoro apresentaram-se de forma favorvel ao processo e foram bem representadas pelo modelo de Langmuir-Freundlich. As argilas mostraram-se eficazes para a remoo de corantes reativos permitindo concluir que podem remover cor remanescente de solues aquosas. Em particular, a argila pilarizada foi eficaz na remoo da espcie aninica RV5R do sistema aquoso. Desta forma a argila natural utilizada neste trabalho mostrou-se potencial para modificao e aplicao na purificao de gua e no tratamento de correntes de efluentes e guas residuais txteis.REFERNCIAShttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143720808001587AUXILIO, A. R. et al. The adsorption behavior of C.I. Acid Blue 9 onto calcined MgAl layered double hydroxides. Dyes and Pigments, v. 81, n. 2, p. 103-112, 5// 2009. ISSN 0143-7208. Disponvel em: < >.

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Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

29/09 a 02/10 de 2013 Universidade Severino Sombra - Vassouras RJ Brasil

sorbato

X Congresso Brasileiro de Engenharia Qumica Iniciao Cientfica

Influncia da pesquisa em Engenharia Qumica no desenvolvimento

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