Aplicação das Técnicas de Eletrofloculação e - PROEC

Aplicação das Técnicas de Eletrofloculação e Adsorção Química no Tratamento do
Corante Azul de Metileno
Laís de Oliveira Ferreira, 5ºperíodo de Química-UFLA [email protected];
João Paulo de Carvalho Alves, 8ºperíodo de Química-UFLA [email protected]; Ana
Paula de Lima Batista, Mestrado no IQ-USP [email protected]; Diogo Tubertini
Maciel, Bolsista de Apoio Técnico-UFLA, [email protected]; Sâmia Vidal Neves,
6ºperíodo de Eng. de Alimentos-UFLA [email protected]; Joaquim Paulo da Silva,
Orientador, DEX-UFLA [email protected]
Palavras- chave: Eletrofloculação-Adsorção-Azul de Metileno
1.Introdução
A evolução dos processos industriais e o consequente surgimento de diversos produtos
que rapidamente tornou-se de primeira necessidade fizeram com que a atividade industrial
adquirisse um caráter essencial na sociedade atual. Embora possua uma importância
indiscutível, a atividade industrial geralmente é responsabilizada, e muitas vezes com justa
razão, pelo fenômeno de contaminação ambiental, principalmente devido a dois fatores
extremamente importantes: o acúmulo de matérias primas e insumos, que envolve sérios
riscos de contaminação por transporte e disposição inadequada; e a ineficiência dos processos
de conversão, o que necessariamente implica a geração de resíduos.
Com a crescente preocupação com o meio ambiente, sistemas de tratamento para
águas contaminadas têm sido estudados. Atualmente têm-se, baseado numa perspectiva de
reuso, recuperação e reciclagem do efluente tratado, pois, além de beneficiar o meio ambiente,
reduz também, os custos industriais (Peruzzo, 2003).
As principais técnicas para descontaminar as águas de rejeitos da indústria têxtil são os
físicos envolvendo mecanismos de adsorção em carvão ativado, coagulação e precipitação, e
também processos químicos e biológicos. Esses métodos, geralmente são combinados uns aos
outros de forma a aumentar a eficiência do processo (Silva, 2006).
2. Objetivo
Neste trabalho buscou-se comparar dois métodos: eletrofloculação utilizando diferença
de potencial e adsorção sob a ação do campo magnético. Para tal estudo, utilizou-se como
modelo de efluente, soluções aquosas de Azul de Metileno.
3. Materiais e Métodos
3.1 Adsorção
Construiu-se um campo magnético utilizando fios de cobre enrolados em dois tubos de
PVC com 20 cm de diâmetro. Ligou-se este sistema a uma fonte de tensão igual a 6 V e uma
corrente contínua de 1,7A. As células contendo a amostra foram colocadas no interior do
tubo e submetidas a linhas de campo praticamente uniforme.
As células em análise eram compostas de 10 mL de AM nas concentrações de 5, 25,
50, 75 e 100 ppm em contato com 10 mg de carvão ativo (Aldrich). Foram submetidas ao
campo em questão durante 4 horas. Células contendo os mesmos componentes foram
montadas, porém longe da influência do campo (testemunhas).
Ao final das 4 horas, as amostras tanto sob a influência do campo quanto as que não
sofreram influencia alguma, foram centrifugadas, separadas do carvão ativo, devidamente
diluídas e levadas ao espectrofotômetro de uv/visível ( =665nm comprimento de onda
referente ao AM utilizado). Este procedimento possibilitou relacionar numericamente as
concentrações padrões às pós - adsorção, tanto daquelas submetidas ao campo, como as que
não sofreram a ação dele. Os experimentos tiveram 5 repetições.
3.1.1 Análise Estatística
Para averiguar se a adsorção, realizada em presença do campo e sem a ação do mesmo,
era diferente, foi realizado o teste t de Student.. Este teste compara um grupo de medidas com
o outro e define, a um nível de confiança, geralmente de 95%, se há ou não uma diferença
entre eles (Harris, 2001). O teste t foi realizado com o programa Origin 6.0, a um nível de
confiança de 95% e de forma independentemente, ou seja, as populações são distintas (uma
em campo e outra sem a presença dele).
3.2 Eletrofloculação
3.2.1 Confecção do reator eletroquímico
O reator eletroquímico constitui-se de dois eletrodos tubulares de alumínio com 20 cm
de comprimento e 1 cm de diâmetro. Os eletrodos foram fixados na tampa de um recipiente
cilíndrico de polietileno e a eles foram soldados fios que se ligam à fonte de energia elétrica.
Foi preparado um orifício selado com um septo de borracha para a realização de coletas de
alíquotas do efluente em tratamento.
Alguns parâmetros foram otimizados e fixados, tendo por objetivo manter a
reprodutibilidade dos resultados durante as análises. Os parâmetros utilizados foram:
Temperatura 25°C, volume de efluente 1,0L e tempo de análise 4h são apresentados na
tabela1.
3.2.2 Efluentes têxteis:
Para a simulação de um efluente têxtil foram preparadas soluções de corante azul de
metileno nas concentrações de 100 e 500 mg L -1.
As soluções de corante foram transferidas, individualmente, para o reator
eletroquímico e a cada trinta minutos do processo de tratamento foram coletadas alíquotas,
das quais o pH era medido.
O potencial elétrico aplicado na solução de azul de metileno foi de 20 V.
Foi construída uma curva analítica, tendo por referência medidas de absorbância em
espectroscopia UV-Visível no comprimento de onda de 665 nm, que possibilitou relacionar as
concentrações do corante antes e durante o processo de tratamento.
4. Resultados e Discussão
4.1 Adsorção
A absorbância é uma informação muito importante, porque está diretamente
relacionada à concentração, C, das espécies que absorvem a radiação de luz incidente (Harris,
2001). Assim, ao tomar as medidas das absorbâncias das soluções padrões, uma curva padrão
foi feita. A partir dela, encontramos a concentração final do AM presente em cada uma das
soluções submetidas ao processo de adsorção.
Utilizando o programa Origin 6.0 fez – se a regressão linear para os valores de
absorbância x concentração. A figura 1 fornece o gráfico obtido, juntamente com os
parâmetros da regressão.
Figura1. Regressão linear e parâmetros para curva padrão.
De acordo com os parâmetros mostrados pela Figura 1, a reta obtida é descrita na
Equação 1: Y = 0,0287 + 0,0395X onde,
X- equivale a concentração final de AM , C (mg.L-1), na solução
Y- corresponde a absorbância, A, lida para a solução.
4.1.1 Análise estatística dos dados.
As soluções iniciais de 5, 25, 50, 75 e 100 mg.L -1 submetidas aos tratamentos
apresentaram uma absorbância que relaciona-se proporcionalmente a concentração final do
corante na solução. A tabela 1 traz os valores das absorbâncias obtidas para as 5 repetições
feitas, juntamente com as correspondentes soluções iniciais .
Co(mg L-1)
Presença(P)/ Ausência(A) do Campo Magnético
5
P
0,052
0,054
0,060
0,058
0,055
A
0,072
0,079
0,076
0,070
0,078
P
0,059
0,065
0,055
0,054
0,058
A
0,162
0,166
0,160
0,155
0,164
P
0,262
0,281
0,263
0,270
0,276
A
0,522
0,533
0,560
0,575
0,555
P
1,091
1,102
1,095
1,089
1,097
A
1,451
1,462
1,458
1,449
1,453
P
1,963
1,968
1,958
1,961
1,971
A
2,638
2,642
2,649
2,647
2,650
25
50
75
100
Tabela 1. Valores das absorbâncias das soluções pós-tratamentos e suas soluções
iniciais correspondentes
A comparação de ambos os grupo P e A, foi feito a partir de suas médias; o teste t
parte da análise das médias dos grupos em estudo (Harris, 2001). A Tabela 2 traz os
resultados obtidos com o auxílio do programa Origin 6.0.
Tabela 2. Valores obtidos a partir do teste t aplicado à absorbância das soluções pós
ambos os tratamentos adsortivos.
O teste t fez uma média para cada um dos cinco valores de A e P, calculando,
simultaneamente, os respectivos desvios padrão (S).
O cálculo das concentrações finas, Cf a partir da média da absorbância é justificada
pelo baixo valor do desvio padrão, ou seja, a média representa bem os pontos em questão. De
f
acordo com a Figura 2, na presença do campo, as concentrações finais do corante são bem
menores, logo o campo é um fator que contribuí para o processo de adsorção.
De acordo com Ferreira et al. (2007) a quantidade de corante adsorvida no carvão
ativado, Q (mg g-1 ), é expressa pela Equação 2: Qeq = [(Co-Cf)V]/ M, onde,
Co = concentração inicial de Azul de Metileno (mg L-1),
Cf = concentração de equilíbrio do corante (mg L-1),
M = massa de carvão ativado utilizado (g) e,
V = volume da solução do AM (L).
Um gráfico de Qeq versus Cf (concentração de equilíbrio, também concentração final),
nos fornece a isoterma de adsorção. A Figura 2 fornece o perfil da isoterma para o AM em
carvão ativado, para os tratamentos realizados.
Figura 2. Isoterma de adsorção em presença (P) e ausência (A) do campo magnético do
carvão ativado para o Azul de Metileno.
Conforme apresentado na Figura 2, na presença do campo magnético, cada grama de
carvão ativado chega a adsorver até 51,120 mg de AM, enquanto sem a ação dele, o máximo é
de 38,998mg. Nota-se também que a diferença de adsorção entre os dois tratamentos é mais
evidente, à medida que a concentração inicial de AM é elevada.
4.2 Eletrofloculação
4.2.1 Variação da concentração de corante azul de metileno em função do tempo de
tratamento
A Figura 3 demonstra a variação da concentração de corante azul de metileno em
função do tempo de tratamento. Os resultados demonstraram que o processo de
eletrofloculação reduziu a concentração do corante de 500 mg L -1 para 332 mg L-1 e de 100
mg L-1 para 49 mg L-1 em quatro horas de tratamento.
550
A
500
Concentração/mgL
-1
450
400
350
300
B
100
80
60
40
0
50
100
150
200
250
Tempo/min
Figura 3. Variação da concentração de corante azul de metileno em função do tempo de
tratamento
De acordo com Crespilho (2004) a aplicação de um potencial elétrico à solução,
através dos eletrodos de alumínio, promove a dissolução deste metal, conforme a reação:
Al → Al3+ + 3eOs íons Al3+ gerados têm a capacidade de reagir com as moléculas de água formando
Al(OH)3. Este agente coagulante promove um desequilíbrio nas partículas em solução,
possibilitando a agregação de colóides.
Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+
Além da formação do agente coagulante, o processo de eletrofloculação pode gerar
microbolhas de gases responsáveis pela flotação de óleos, graxas e outros compostos
particulados. A formação desses gases está representada nas equações abaixo (Brett,1996).
Formação de hidrogênio em reações catódicas:
2H2O + 2e- → H2 + 2OHFormação de oxigênio em reações anódicas:
2H2O → O2 + H+ + 2e- ou 2OH- → O2 + H+ + 2e5. Conclusão
O Azul de Metileno, corante modelo para o estudo, foi adsorvido pelo carvão ativado
de maneira mais eficiente em presença de campo magnético do que sem a atuação do mesmo.
Assim, o Dispositivo Indutor de Adsorção, DIA, baseados na aplicação de um campo
magnético uniforme apresentou-se como um equipamento promissor no tratamento de
efluentes contaminados por corantes.
A eletrofloculação apresenta-se como uma alternativa frente aos tratamentos de
efluentes tradicionais. A técnica limita o uso de substâncias químicas utilizadas como agentes
coagulantes, que em excesso podem trazer malefícios ao ambiente. As bolhas de gás
produzidas durante a eletrólise da água podem levar o contaminante ao topo da solução, local
em que pode ser concentrado e removido mais facilmente por flotação.
Com isso pode-se concluir que os dois métodos são eficientes no tratamento do
corante Azul de Metileno, cada um com as suas especificidades.
6.Referências Biliográficas
1.BRETT, A. M. O; BRETT, C. M. A. Electroquímica: Princípios, métodos e aplicações. Ed.
Almedina, Coimbra, 1996.
2.CRESPILHO, F. N; SANTANA, C. G; RESENDE, M. O. O. Tratamento de efluente da
indústria de processamento de coco utilizando eletroflotação. Quim. Nova, Vol. 27, no 3,
2004.
3.FERREIRA, J. M.; SILVA, F. L. H. ; ALSINA, O. L. S.; OLIVEIRA, L. S. C.;
CAVALCANTI, E.B.; GOMES, W. C. Estudo do equilíbrio e cinética da biossorção do pb2+
por saccharomyces cerevisiae . Quimica Nova, v. 30,. 5, p. 1188-1193, 2007.
4. FREIRE, R. S; PELEGRINI, R; KUBOTA, L. T; DURÁN, N; PERALTA-ZAMORA, P.
Novas Tendências para o Tratamento de resíduos industriais contendo espécies
organocloradas. Quím. Nova, Vol 23 no 4, 2000.
5. HARRIS, D.C.Análise química Quantitativa.5ª ed.Rio de Janeiro: LTC, 2001.862 p.
6. PERUZZO, L. C. Influência de agentes auxiliares na adsorção de corantes de efluentes da
indústria têxtil em colunas de leito fixo. 2003.1 p. Dissertação (Mestre em Engenharia
Química)-Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.
7. SILVA, J. P. Desenvolvimento de um dispositivo eletromagnético para uso na adsorção de
contaminantes em solução aquosa. Lavras: UFLA, 2006. 27p.
Área na qual o trabalho deverá ser avaliado: Preservação e Sustentabilidade do Meio
Ambiente