ESTUDO DA APLICAÇÃO DO RESÍDUO PROVENIENTE DA OBTENÇÃO DO SILÍCIO METÁLICO COMO ADSORVENTE DO CORANTE ALARANJADO DE METILA

ESTUDO DA APLICAÇÃO DO RESÍDUO PROVENIENTE DA OBTENÇÃO DO SILÍCIO METÁLICO COMO...

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25º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

I-044 - ESTUDO DA APLICAÇÃO DO RESÍDUO PROVENIENTE DA OBTENÇÃO DO SILÍCIO METÁLICO COMO ADSORVENTE DO CORANTE ALARANJADO DE METILA

Maria Fenícia Ugulino Pavão (1)

Graduanda do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental do Campus Universitário de Tucuruí – Universidade Federal do Pará (CAMTUC/ UFPA)

Andressa Magalhães Gonçalves (1)

Graduanda do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental do Campus Universitário de Tucuruí – Universidade Federal do Pará (CAMTUC/ UFPA)

Emanuele do Carmo Barra (1)

Graduanda do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental do Campus Universitário de Tucuruí – Universidade Federal do Pará (CAMTUC/ UFPA)

Jaqueline Pinheiro Ramos (2)

Mestranda do Curso de Engenharia de Barragens e Gestão Ambiental – PEBGA/ Universidade Federal do Pará (CAMTUC/ UFPA)

Karyme do Socorro de Souza Vilhena (3)

Docente do Campus Universitário de Tucuruí – Universidade Federal do Pará – CAMTUC/UFPA

Wagner Roberto Santos dos Santos (4)

Técnico em Química do Instituto Federal do Pará (IFPA – Campus de Tucuruí)

Isaque Wilkson de Sousa Brandão (5)

Mestre em Química Analítica pela Universidade Federal do Pará.

Endereço (1) : Rua Chile n° 04 – Vila Permanente – Tucuruí – PA – 68455-647 – Brasil – Tel.: (91) 982630533 – e-mail:

feniciaugulino@hotmail.com

A remoção de compostos poluentes como metais pesados, corantes e outros poluentes da água potável é desejável, para evitar prejuízos à saúde humana. A adsorção é um dos processos que podem ser utilizados para esta finalidade. O carvão ativado é o adsorvente mais utilizado para este fim, no entanto, nos últimos anos estudos têm sido direcionados para o desenvolvimento de adsorventes alternativos ou bioadsorventes, que apresentem como características uma alta capacidade de remoção e disponibilidade a um custo relativamente baixo, já que estes materiais estão disponíveis na natureza. Neste estudo foi avaliada a capacidade de adsorção de um resíduo industrial proveniente da produção do silício metálico (adsorvente) frente ao corante alaranjado de metila (adsorvato). Para o resíduo foram determinados o ponto de carga zero e a distribuição granulométrica, já em relação ao corante, foi determinada a absorbância máxima e a curva de calibração em espectrofotômetro UV-VIS. No ensaio preliminar de adsorção em pH igual 6,3 e temperatura de 25°C, o resíduo apresentou capacidade de remoção do corante, em solução com concentração de 20 mg L -1 , de aproximadamente 95 e 9% para os tempos de contado de 1 e 2 horas.

PALAVRAS-CHAVE: Ponto de Carga Zero. Adsorção. Alaranjado de Metila.

Recentemente tem-se dado atenção aos impactos causados por ações antrópicas frente ao meio ambiente. Neste contexto, o setor têxtil destaca-se com uma das atividades industriais com amplo potencial poluente, devido aos grandes volumes de efluentes de composição tóxica e extremamente heterogênea. O tratamento destes efluentes muitas vezes apresenta custo bem elevado e, em geral, produzem novos resíduos sem potencial de reaproveitamento (KUNZ et al., 2002). Para o tratamento avançado destes efluentes, temos a adsorção, um dos métodos normalmente mais empregados (INCE; APIKYAN, 2000) que é extensamente utilizado para fins de separação e purificação, tendo aplicação na remoção de cor e poluentes orgânicos de

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ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2 efluentes industriais (Al-QODAH, 2000). De uma forma mais específica, pode-se caracterizar a adsorção como a variação da concentração de uma substância em uma interface, sendo que o espaço de interface é uma medida arbitrária da região limite entre duas substâncias não miscíveis. Quando a concentração de uma substância aumenta em uma interface, ocorre o que se chama de adsorção positiva; porém quando a concentração diminui, tem-se uma adsorção negativa. Contudo, costuma-se tratar o fenômeno de adsorção apenas nos casos de adsorção positiva, na qual a concentração de uma substância aumenta na região de interface (NASCIMENTO et al., 2014). A substância que sofre o aumento de concentração sobre a superfície da fase condensada é chamada de adsorvato. Já a fase condensada, na superfície da qual ocorre o processo, é chamada de adsorvente ((NASCIMENTO et al., 2014). Podemos destacar o carvão ativado (CA) como sendo o material mais utilizado em escala industrial, devido ser um bom adsorvente para a remoção de poluentes, tanto em metais pesados quanto para corantes (SATHISHKUMAR et al., 2012; MEIER; MATTJIE, 2011). Uma caracterização importante para materiais adsorventes é o ponto de carga zero (PCZ), que indica o pH no qual um sólido apresenta carga eletricamente nula em sua superfície, ou seja, o número de cargas negativas é igual ao número de cargas positivas (DEOLIN et al., 2013). A determinação do ponto de carga zero é um parâmetro muito importante para identificar em qual pH o resíduo encontra sua faixa de adsorção ideal. Neste ponto o pH funciona como um tampão, permanecendo estável em uma linha contínua. O experimento se dá no contato direto do resíduo com solução com valores de pH distintos, que variam de 1 à 12, sob agitação constante, como propõe o método dos 1 pontos (REGALBUTO; ROBLES, 2004), dependendo do pH da solução, o parâmetro PCZ demonstra como ocorre a adsorção de maneira mais eficiente em um do que em outro (SILVA et al., 2010). Outro fator considerado na adsorção é o fenômeno de superfície e sendo assim o processo de adsorção é favorecido quanto maior for a superfície de contato, também é uma operação de transferência de massa de uma fase fluída para uma sólida (RUTHVEN, 1984). No presente estudo foi utilizado como adsorvente o resíduo retido nos filtros do forno (pré-separador) da empresa Dow Corning Silício do Brasil, localizada no município de Breu Branco-PA. O referido material apresenta em sua composição as matérias primas utilizadas no processo de produção do silício, sendo elas: carvão vegetal, cavaco e quartzo. Este apresenta também, granulometria miúda e coloração acinzentada (GOUVEIA; SOUSA; BARROS, 2015); como adsorvato foi utilizado o corante artificial alaranjado de metila, um corante do grupo azo, frequentemente utilizado para titulações por causa de sua mudança evidente de cor (SOUZA, 2015).

O presente estudo tem como objetivos: investigar o potencial de aplicação do resíduo industrial como adsorvente para remoção de poluentes ambientais provenientes da indústria têxtil, determinar o potencial de carga zero do resíduo testado em diferentes condições de pH e avaliar o percentual de remoção do adsorvente frente ao corante alaranjado de metila em diferentes condições de tempo e concentração.

Para a caracterização da natureza do corante, foi preparada a solução estoque com concentração de1000

O estudo foi desenvolvido no Laboratório de Química - Pesquisa da Universidade Federal do Pará – UFPA, Campus Universitário Tucuruí em parceria com o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará – IFPA e o Centro de Proteção Ambiental – CPA – da Eletrobrás/Eletronorte. As medidas de absorbância e concentração da solução aquosa do corante alaranjado de metila foram obtidas em um espectrofotômetro UVVIS da marca Biospectrus (Modelo SP-220); para o ajuste e medição de pH foi utilizado o pHmetro da marca Labmeter (Modelo PHS-3B); os ensaios em batelada foram realizados em mesa agitadora da marca Solab (Modelo SL-180); para o ensaio granulométrico utilizou-se jogos de peneiras das marcas Granutest e Soldtest, e um agitador de peneiras da marca Produtest e para pesagem do resíduo usou-se uma balança analítica Quimis (Modelo Q-500L210C). Inicialmente, foi feita a pesagem do resíduo, totalizando aproximadamente 1,2 kg, então se realizou o ensaio de análise granulométrica para separação das partículas do adsorvente. Em seguida o material foi seco em estufa, a 50ºC durante 24 horas até a massa permanecer constante. Neste ensaio foi utilizada uma série de peneiras com as malhas de tamanhos de 1,18mm, 0,60mm, 0,425mm, 0,150mm a 0,075mm, além do fundo, com frequência vibratória de 19 Hz. Posteriormente, escolheram-se aleatoriamente duas granulometrias para realização do ensaio do PCZ.

mg L -1 , diluindo-se o alaranjado de metila (Vetec, sólido), em água destilada. A partir da solução estoque as demais soluções (diluições) foram preparadas com concentrações variando de 5, 10, 15, 20, 25 e 30 mg L -1 . O comprimento de onda no qual o alaranjado de metila absorve o máximo de radiação foi determinado através de

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ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3 uma varredura da faixa espectral, em seguida construiu-se a curva de calibração a partir dos dados de absorbância obtidos das soluções com concentrações de 5 a 30 mg L -1 . Com os valores de absorbância obtidos plotou-se o gráfico de concentração x absorbância e determinou-se a equação da reta usada para quantificar a concentração final das soluções após os ensaios de adsorção. Para a determinação do PCZ, adicionaram-se 20 mg do adsorvente em erlenmeyers de 50 mL. Posteriormente, foram adicionados 20 mL de solução eletrolítica de NaCl em cada erlenmeyer. O pH das soluções foi ajustado, variando de 1 a 12, com solução de ácido clorídrico – 0,1 mol L -1 para valores de faixa ácida, e com solução de hidróxido de sódio – 0,1 mol L -1 para faixa básica. Em seguida, iniciou-se o processo de homogeneização em mesa agitadora com rotação de 125 rpm à 25ºC. Os ensaios foram realizados em duplicata, para as granulometrias 0,075 e 0,425 m, após o procedimento as amostras foram devidamente filtradas utilizando-se papel de filtro Whatman (Nº 41 – 125 m) e seu pH final medido. Ao final, plotou-se o gráfico pH inicial x pH final, encontrando assim a linha de estabilidade de carga do resíduo, com estes valores pode-se calcular através de média aritmética o pH que corresponde ao PCZ para o resíduo analisado. O ensaio preliminar de adsorção foi realizado para verificar a eficiência de remoção do corante pelo resíduo. Foram adicionados 0,25g do adsorvente, com granulometria de 0,075mm, em erlenmeyer de 50 mL, em seguida acrescentou-se uma alíquota de 8 mL da solução de alaranjado de metila ao recipiente. A capacidade de remoção foi avaliada para soluções com diferentes concentrações do corante (20mg L -1 e 30 mg L -1 ), realizados em duplicata. As amostras foram mantidas sob agitação em mesa agitadora, com rotação de 125rpm. O teste preliminar foi realizado em duas etapas: a primeira em um período de 60 minutos, e a segunda em 120 minutos. As soluções resultantes foram filtradas e analisadas por espectrofotometria UV-visível para determinação da absorbância e da concentração final.

A avaliação da distribuição granulométrica das partículas do resíduo foi realizada por peneiramento. O diâmetro médio das partículas, a massa, a fração mássica retida e a acumulada das partículas em cada peneira são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1- Distribuição granulométrica das partículas do adsorvente. Resíduo do Pré-Separador

Peneiras (m)

Massa úmida (g)

% Massa seca (g)

Teor de umidade (%)

Retida Acumulada

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A partir dos dados da distribuição granulométrica foi construído o gráfico da Figura 1, que demonstra o percentual de massa retida em função das peneiras utilizadas.

Figura 1- Gráfico da Curva Granulométrica para o material testado.

Na Figura 2 é mostrado o gráfico de varredura em espectrofotômetro para determinação do valor de absorbância (0,404 nm) para o alaranjado de metila.

Figura 2 – Varredura espectral do corante Alaranjado de Metila.

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A curva analítica para o corante alaranjado de metila, no comprimento de onda de 460 nm, é apresentada no gráfico da Figura 3, abaixo.

Figura 3 - Curva de calibração do corante Alaranjado de Metila.

Para o ensaio de PCZ, foram utilizadas duas granulometrias para a mesma amostra, obtendo-se os gráficos das Figuras 4 e 5.

Figura 4 – Gráfico do PCZ para a granulometria 0,075 mesh.

Figura 5 – Gráfico do PCZ para a granulometria 0,425 mesh.

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Na Figura 6 é mostrado o resultado do ensaio preliminar, para a análise da capacidade de remoção do corante alaranjado de metila em diferentes concentrações e intervalos de tempo.

Figura 6 – Gráfico do percentual de remoção do corante pelo resíduo.

A curva de calibração obtida em espectrofotômetro UV-VIS para o corante alaranjado de metila demonstrou boa linearidade (r2 =0,9901), obtendo-se um espectro de absorção molecular com pico máximo de 460 nm. Este resultado está de acordo com outros encontrados na literatura (MORAIS, 2007). Para a granulometria, nota-se que a malha que reteve maior quantidade de resíduo foi a de 0,15 mesh, totalizando 572,37g. As granulometrias utilizadas nos ensaios foram as das malhas 0,425 e 0,075 mesh, totalizando 178,17 e 136,28g respectivamente (ensaios com as demais granulometrias serão realizados posteriormente). O pHPCZ do resíduo foi determinado para duas granulometrias diferentes, o pHPCZ foi de 7,725 para o resíduo com granulometria 0,075 mesh e de 7,521 para a granulometria de 0,425 mesh. Estes resultados demonstram que não há diferença significativa do PCZ em relação à granulometria do resíduo estudado. De acordo com Tagliaferro (2011), em soluções com pH abaixo do pHPCZ a adsorção de ânions é favorecida já que o adsorvente possui carga negativa logo optou-se por conduzir os ensaios de adsorção em valores de pH abaixo daqueles observados experimentalmente. Considerou-se também o caráter aniônico do corante. No ensaio preliminar de adsorção (pH=6,3 e T=25°C) o resíduo do pré-separador apresentou capacidade de remoção do corante, em solução com concentração de 20 mg L -1 , de aproximadamente 95 e 9% para os tempo de contado de 1 e 2 horas, respectivamente. Para a solução do corante com concentração de 30 mg L -1 , a capacidade de adsorção do resíduo foi de aproximadamente 98% para os dois intervalos de tempo. Estes resultados demonstram que um curto tempo de contato é suficiente para a eficiência do processo de adsorção e não houve diferença significativa entre as concentrações testadas. Serão realizados, posteriormente, ensaios mais detalhados para avaliar a cinética e o equilíbrio para a adsorção do corante pelo material selecionado. Este é o primeiro estudo que avalia o PCZ e a capacidade de adsorção do resíduo em questão. Além disso, com esse estudo podemos oferecer uma possível destinação para este resíduo que fica estocado, cerca de 500 ton/ano, no pátio da empresa.

1. KUNZ, A.; PERALTA-ZAMORA, P.; MORAES, S. G.; DÚRAN, N. Novas Tendências no Tratamento de Efluentes Têxteis. Química Nova, São Paulo, v. 25, n. 1, p. 78-82, jan./fev., 2002. 2. INCE, N. H.; APIKYAN, I. G. Combination of activated carbon adsorption with light-enhanced chemical oxidation via hydrogen peroxide. Water Research, v. 34, n. 17, p. 4169-4176, 2000. 3. AL-QODAH, Z.; Adsorption of dyes using shale oil ish. Water Research, v. 34, n.15, p. 4295-4303, 2000

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