estudo cinético e termodinâmico de adsorção de níquel em argila

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Estudo de extração salina da semente de Moringa oleifera Lam aplicado na remoção do
parâmetro cor para o tratamento de água potável
Study of saline extraction of seeds of Moringa oleifera Lam applied to the removal of color
parameter for the treatment of drinking water
RESUMO –Esse trabalho teve como objetivo remover cor de água para consumo através da
aplicação de extratos de Moringa oleifera Lam obtidos na presença de diferentes sais. Os
ensaios de coagulação/floculação/sedimentação foram realizados no jar-teste para as
condições de mistura rápida com velocidade fixada em 100 rpm e tempo de mistura rápida 1
minuto. Para a mistura lenta, a velocidade foi de 10 rpm e tempo de mistura lenta 10 minutos,
seguido de um tempo de decantação de 60 minutos durante o desenvolvimento dos
experimentos, sendo as coletas realizadas nos tempos de (1, 2, 4, 6, 8, 10, 20, 40 e 60 min). A
água submetida ao tratamento proposto apresentava turbidez inicial de 50 e 150 uT e cor
inicial de 504 uH. O polímero natural foi extraido da M. oleifera Lam em solução salina,
monovalente (KCl e NaCl 1M) e bivalente (BaCl2, CaCl2 e MgCl2 1M). No presente trabalho
a aplicação do coagulante natural extraido da M. oleifera Lam em solução salina de BaCl2, foi
o mais eficiente na remoção do parâmetro cor de água de tratamento entre todos os outros
extratos naturais, apresentando remoção de 98,81%. O mecanismo proposto para o processo
de coagulação/floculação/sedimentação para o coagulante natural M. oleifera Lam, foi de
adsorção e formação de pontes, que ocorre com o entrelaçamento das partículas coloidais
formando estrutura reticular para íons bivalentes.
Palavras-chave: Moringa oleifera. Cor. Coagulação/Floculação.
ABSTRACT – This study aimed to remove color from drinking water by applying extracts of
Moringa oleifera Lam obtained in the presence of different salts. The assays of
coagulation/flocculation/sedimentation were carried out in the jar-test conditions of rapid
mixing at speed set at 100 rpm and rapid mixing time 1 minute. For slow mixing speed was
10 rpm and slow mixing time 10 minutes, following a settling time of 60 minutes during the
development of the experiments, with samples taken at the times (1, 2, 4 , 6, 8, 10 , 20, 40 and
60 min). The water submitted water to the proposed treatment presents initial turbidy of 50
and 150 uT besides the initial color of 504 uH. The natural polymer was extracted from M.
oleifera Lam saline monovalent (KCl and NaCl 1M) and divalent (BaCl2, MgCl2 and CaCl2
1M). Therefore, in this study the application of natural coagulant extracted from M. oleifera
Lam saline BaCl2, was the most efficient in removing the color parameter for water treatment
among all other natural extracts, showing removal of 98.81 %. The proposed process for the
coagulation/flocculation/sedimentation coagulant for natural M. oleifera Lam , and the
adsorption mechanism is bridging, which occurs in the form of colloidal particles
entanglement network structure for divalent ions.
Keywords: Moringa oleifera. Color. Coagulation/Flocculation.
1. INTRODUÇÃO
A cor da água é decorrente da reflexão da luz em colóides com dimensão inferior a
1μm. Esta cor na água, pode ser originada da decomposição da matéria orgânica ou atividades
antrópicas, como, despejos domésticos, industriais, lixiviação de áreas urbanas e solos
agricultáveis (Libânio, 2008). A redução da cor após um processo de tratamento indica a
redução de partículas dissolvidas na água. A avaliação da unidade de cor pode ser através do
método da comparação visual de cor ou pelo método espectrofotométrico, cuja unidade é dada
em unidade de cor (uH ) (APHA, 1998).
A Portaria Ministério da Saúde Nº 2914 DE 12/12/2011 estabelece os procedimentos de
controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de
potabilidade. Esta Portaria se aplica à água destinada ao consumo humano proveniente de
sistema e solução alternativa de abastecimento de água. Relata que, toda água destinada ao
consumo humano, distribuída coletivamente por meio de sistema ou solução alternativa
coletiva de abastecimento de água, deve ser objeto de controle e vigilância da qualidade da
água. Retrata também, que toda água destinada ao consumo humano proveniente de solução
alternativa individual de abastecimento de água, independentemente da forma de acesso da
população, está sujeita à vigilância da qualidade da água. E a água potável deve estar em
conformidade com padrão organoléptico de potabilidade está apresentado na Tabela 1.
Tabela 1: Padrão organoléptico de Potabilidade
Para se remover a cor presente na água, são empregados agentes coagulantes que
possuem a função de promover a formação de coagulos na qual são agrupados particulas
suspensas que formam a turbidez e particulas dissovidas que formam a coloração na água.
Dentre os agentes coagulantes utilizados no processo de coagulação/floculação destaca-se a o
uso de agentes coagulantes de origem natural. Os coagulantes de origem orgânica naturais
conhecidos universalmente como polieletrólitos, são representados por compostos
constituídos de grandes cadeias moleculares, dotados de sítios com cargas positivas ou
negativas Borba (2001).
A semente da Moringa oleifera Lam, que é usado como um polímero natural, atua como
agente clarificante no tratamento de água por conter uma proteína catiônica Santos et al.
(2009). A proteína é o composto encontrado em maior quantidade na semente da M. oleifera
Lam, aproximadamente 40%, que desestabiliza as partículas contidas na água e através de um
processo de neutralização e adsorção, floculam os colóides seguindo-se de sedimentação
Ndabigengesere et. al. ( 1995).
Gueyrard et al. (2000) observou que as sementes de M. olifera Lam contém entre 8 e
10% de glucosinolatos, que são uma classe homogênia de combinações de tiosacarídeos
naturais. Estes podem ser hidrolisados através da enzima mirosinase e consequentemente
produzir D-glicose, particulamente isotiocianatos. A Figura 1 mostra a estrutura da possível
substância coagulante da semente da M. olifera Lam.
Fonte: GUEYRARD et al. (2000).
Figura 1: Estrutura de glucosinolato presente na semente de M. olifera Lam.
Segundo Ndabigengesere et al.(1995), o componente ativo do polímero da M. oleifera
Lam quando extraído em água é uma proteína. O polímero extraído em solução salina possui
grupos funcionais amino e um grupo hidróxido Okuda et al. (2001).
Segundo Okuda et al. (2001), supõe-se que da coagulação com o componente ativo da
M. oleifera Lam (MOC-SC-PC) como agente coagulante pode formar a estrutura reticular na
água da torneira, como ilustrado na Figura 2 (b). O componente ativo da M. oleifera Lam
remove os sólidos suspensos na água pelo mecanismo de varredura de coagulação, ou seja,
enredamento dos sólidos em suspensão. Os cátions bivalentes podem ser eletricamente
adsorvidos ao componente ativo, com carga negativa, em pH de coagulação. O componente
ativo pode ser conectado com outro componente de cátion bivalente, que podem formar a
matéria insolúvel com estrutura reticular (Figura 2 (a) e (b)). Por outro lado, cátion
monovalente não deixa dois componentes ativos ligar porque tem apenas uma valência. A
escassez de cátions bivalentes para componentes ativos pode inibir a formação de estrutura
reticular, como mostrado na Figura 2 (c), resultando no desaparecimento de matérias
insolúveis em dose alta de MOC-SC-PC (2,4 mg -Cl-1). Na verdade, a adição de Ca2+ em água
de torneira com MOC-SC-PC, a 2,4 mg de dose-Cl-1, resultou na alta atividade coagulante.
Fonte: OKUDA et al. (2001).
Figura 2: Modelo para as estruturas do componente de coagulação ativa em M. oleifera
Lam (moc-sc-pc).
O presente trabalho teve como objetivo, estudar a remoção do parametro cor da água de
estudo, apartir de diferentes extrações salinas do coagulante natural M. oleifera Lam,
soluções salinas monovalente (KCl e NaCl) e bivalente (BaCl2, CaCl2 e MgCl2), através do
processo de coagulação, floculação e sedimentação. Também, propor um mecanismo de
coagulação para o coagulante natural M. Oleifera Lam extraído nas soluções salinas .
2. Materiais e Metódos
A partir de diluições da solução estoque de água de caulim com concentração de 5g/L,
foi preparado a água de estudo com parâmetro de turbidez 150uT e 50uT e com parâmetro cor
inicial de 504uH. Esta água de estudo foi tratada pelo processo de
coagulação/floculação/sedimentação, o volume de água usada foi de 50 ml para a
concentração 80 mg/L de cada extração salina do polimero natural contido na semente de M.
oleifera Lam.
A extração dos componentes ativos das sementes do coagulante natural M. oleifera Lam
foram utilizadas soluções salinas de KCl, NaCl, BaCl2, CaCl2 e MgCl2 na concentração de 1
M. A extração foi realizada triturando 10 g das sementes da M. oleifera Lam em um
liquidificador com um litro de cada solução salina. Em seguida, a solução foi mantida em
agitação magnética por 20 minutos, filtrada a vácuo, obtendo–se a extração dos componentes
ativos da M. oleifera Lam em meio salino a concentração de 1%.
Os ensaios de coagulação/floculação foram realizados no equipamento jar-test, a
velocidade utilizada nos ensaios de coagulação/floculação, para propiciar a mistura rápida, foi
fixada em 100 rpm e tempo de mistura rápida 1 minuto. Para a mistura lenta, a velocidade foi
de 10 rpm e tempo de mistura lenta 10 minutos, seguindo de um tempo de decantação de 60
minutos durante o desenvolvimento dos experimentos. Esses valores de operação foram
baseados em dados da literatura (Madrona, 2010; Pavanelli, 2001; Pavanelli, 2002; Moraes,
2004; Moraes, 2009; Di Bernardo, 1990). O tempo máximo de remoção do parâmetro cor foi
estabelecido em 60 minutos, neste trabalho os ensaios foram feitos para os seguintes tempos
de remoções (coletas); (1, 2, 4, 6, 8, 10, 20, 40 e 60 min). Após cada tempo de remoção foi
feito a determinação do parâmetro cor. A cor foi medida em espectrofotômetro HACH
DR/4000U, por métodos de comparação visual com padrão de cobalto-platina, segundo
procedimento recomendado pelo Standard Methods (APHA, 1995).
Para a M. oleifera Lam (NaCl, KCl, MgCl2, BaCl2 e CaCl2), o mecanismo foi baseado
no trabalho de Okuda (2001). Foi proposto diagrama esquemático de formação dos flocos no
processo de coagulação/floculação para o mecanismo de adsorção e formação de pontes.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os percentuais de remoção do parâmetro cor, em função do tempo de decantação para
os coagulantes extraídos da M. oleifera Lam (M) nas seguintes soluções salinas, KCl, NaCl,
BaCl2, CaCl2 e MgCl2, para a água de tratamento com turbidez inicial de 50 uT e 150 uT,
estam apresentados nas Figuras 3 e 4.
Figura 3: Porcentagens de remoção do parâmetro cor com o uso do coagulante natural M.
oleifera Lam. T=50uT.
uT: unidade de turbidez; min: Minuto; M KCl: Moringa em solução de cloreto de potássio; M MgCl2: Moringa
em solução de cloreto de magnésio; M CaCl2: Moringa em solução de cloreto de cálcio; M NaCl: Moringa em
solução de cloreto de sódio; M BaCl2: Moringa em solução de cloreto de bário.
Figura 4: Porcentagens de remoção do parâmetro cor com o uso do coagulante natural M.
oleifera Lam. T=150 uT.
uT: Unidade de turbidez; min: Minuto; M KCl: Moringa em solução de cloreto de potássio; M MgCl2: Moringa
em solução de cloreto de magnésio; M CaCl2: Moringa em solução de cloreto de cálcio; M NaCl: Moringa em
solução de cloreto de sódio; M BaCl2: Moringa em solução de cloreto de bário.
Observou-se na Figura 3 que, para o tempo de 40 min o coagulante natural M. oleifera
Lam extraída em solução salina de BaCl2 apresentou o maior percentual de remoção no valor
de 95,04%, mas não atendendo o padrão organoléptico de potabilidade para o parâmetro cor
da Portaria Ministério da Saúde Nº 2914 DE 12/12/2011. Isso ocorreu segundo
Ghebremichael et al.(2005), porque o extrato da M. oleifera Lam é rico em matéria orgânica,
em nutrientes e em vitaminas, podendo interferir no processo de coagulação/floculação e
fazendo aumentar a carga orgânica. Além disto, a existência destes compostos é considerada
uma desvantagem, pois pode favorecer o crescimento microbiológico Okuda et al. (2001).
Segundo Ghebremichael et al.(2005) a existência de matéria orgânica em excesso pode
ainda ser considerada como uma fonte de cor, sabor e odor à água, tornando-a não apreciada
pelos consumidores, e fazendo com que tanto a água tratada com o extrato aquoso como com
a semente em bruto não deva ser armazenada por mais de 24 horas.
As demais extrações do coagulante apresentaram a maior porcentagem de remoção do
parâmetro cor para o tempo de 60 minutos de decantação e também não atenderam a Portaria
Ministério da Saúde Nº 2914.
Na Figura 4, para o agente coagulante natural M. oleifera Lam extraída em CaCl2,
observou-se que a maior porcentagem de remoção de cor foi de 97,02%, para o tempo de 60
minutos, atendendo o padrão de potabilidade para o parâmetro cor da Portaria Ministério da
Saúde Nº 2914 DE 12/12/2011.
Ainda de acordo com a Figura 4, o coagulante natural M. oleifera Lam extraída em
BaCl2, se observou que a remoção de cor foi de 97,42%, 98,02%, 98,41% e 98,81% para os
tempos de 10, 20, 40 e 60 minutos, respectivamente, em que atenderam a Portaria do
Ministério da Saúde Nº 2914. O coagulante natural M. oleifera Lam em solução salina BaCl2
foi o mais eficiente neste trabalho para as remoções do parâmetro cor, enquanto que, M.
oleifera Lam em solução salina KCl apresentou a menor remoção.
De acordo com Ndabigengesere et al. (1995), as sementes da M. oleifera Lam, a partir
de diversas formas de extração e purificação, têm provado sua eficiência na remoção de
material suspenso e coloidal, sendo o mesmo observado neste trabalho. Segundo Okuda et al.
(2001), isto se justifica porque no componente ativo da semente de M. oleifera Lam foram
encontradas proteínas, de elevado peso molecular, que atuam como polímeros orgânicos
naturais.
Considerando o fato de a solubilidade das proteínas aumentarem com a concentração de
sal para valores baixos da força iônica do sal, são vários os métodos de extração utilizando
sais como NaCl e KCl, de forma a ampliar a solubilidade do composto ativo em soluções
salinas (Okuda et al., 2001).
Comparando com os resultados obtidos neste trabalho, observou-se o mesmo
comportamento para remoção dos parâmetros cor no trabalho desenvolvido por Okuda et al.
(2001). Eles notaram que a M. oleifera Lam extraída em solução salina bivalente é mais
eficiente que a extraída em solução salina monovalente.
Cardoso (2007) encontrou remoções de 83% para remoção de cor, com uma dosagem
de solução padrão (com água) de 250 mg/L, aplicando um tempo de sedimentação de 30
minutos. De acordo com Okuda et al. (1999), efetivamente, o sal possui por si só um efeito de
clarificação, o que explica a remoção do parâmetro avaliado. A simples elevação da força
iônica do meio já desencadeou o processo de coagulação, ou seja, há um balanço da força
iônica entre o coagulante e o meio salino, na qual se atinge um ponto em que a força iônica do
agente coagulante vence a do meio salino, obtendo um valor positivo na remoção do
parâmetro.
Para o estudo do mecanismo empregando o coagulante natural M. oleifera Lam foi feita
extração com os sais de íons monovalentes (NaCl e KCl 1M) e com os sais de íons bivalentes
(CaCl2, BaCl2 e MgCl2 1M). O coagulante natural M. oleifera Lam extraído em solução salina
bivalente apresentou maior remoção do parâmetro cor do que quando realizada a extração em
meio salino monovalente, devido ao componente ativo bivalente poder ser conectado a outro
componente ativo bivalente, formando a estrutura reticular.
Prasad (2009) observou para a coagulação com M. oleifera Lam como agente
coagulante, que a mesma apresenta um componente ativo que remove os sólidos em
suspensão nas águas residuais através de mecanismo de coagulação de varredura. Os cátions
podem ser eletricamente adsorvidos ao componente ativo com carga negativa em pH de
coagulação. O componente ativo pode ligar-se com outros componentes por cátions, que
forma o enredamento de sólidos em suspensão pela estrutura reticular. O mesmo foi
observado neste trabalho quando estudado o processo de coagulação com a M. oleifera Lam
extraída em solução salina bivalente (BaCl2, CaCl2 e MgCl2).
Pelo mecanismo de varredura, a remoção de partículas melhorou consideravelmente do
que quando as partículas são desestabilizadas apenas pelo mecanismo de neutralização de
carga, isto ocorre porque aumenta a agregação devido ao aumento da concentração de sólidos.
Mecanismo de coagulação pode ser devido à adsorção entre partículas suspensas e o ativo
componente da M. oleifera Lam no processo de coagulação permitindo mecanismo de formação
de pontes (Prasad, 2009). A Figura 5 apresenta o mecanismo esquemático proposto pelo
coagulante natural M. oleifera Lam (polímero catiônico).
Fonte: Autoria Própria.
Figura 5: Mecanismo de adsorção e formação de pontes proposto neste trabalho para o
coagulante natural M. oleifera Lam extraída em solução salina (MgCl2, CaCl2, e BaCl2).
A Figura 5 representa o mecanismo proposto para a M. oleifera Lam, em que a primeira
etapa é a extração em solução salina (MgCl2, CaCl2, e BaCl2). Na segunda etapa ocorre a
neutralização do polímero a baixa dosagem para duas cargas, depois o polímero é adicionado
para fazer a desestabilização das partículas. Na terceira etapa ocorre, para a dosagem ótima, o
entrelaçamento das partículas formando os flocos e uma estrutura reticular devido às cargas
bivalentes dos sais. Na quarta etapa, caso não seja adicionado coagulante suficiente ou
excesso de coagulante ocorre a inibição da formação do entrelaçamento. Entretanto, os
polímeros adsorvidos tanto podem estabilizar como desestabilizar, dependendo
principalmente da quantidade relativa de polímeros e de partículas presentes na água, da
afinidade do polímero com as partículas, e ainda, do tipo e da concentração dos eletrólitos
presentes.
A Figura 6 apresenta o mecanismo esquemático proposto do coagulante natural M.
oleifera Lam extraída em solução salina (NaCl e KCl).
Fonte: Autoria Própria.
Figura 6: Mecanismo proposto neste trabalho de adsorção e formação de pontes para o
coagulante natural M. Oleifera Lam extraída em solução salina (NaCl e KCl).
A Figura 6 representa o mecanismo proposto para a M. oleifera Lam em que a primeira
etapa é a extraída em solução salina (NaCl e KCl). A segunda etapa ocorre a neutralização do
polímero a baixa dosagem somente de uma carga, depois o polímero é adicionado para fazer a
desestabilização das partículas. A terceira etapa ocorre para a dosagem ótima, o
entrelaçamento das partículas forma os flocos, mas sem a formação de estrutura reticular,
devido a neutralização da carga positiva monovalente. A quarta etapa, caso não seja
adicionado coagulante suficiente ou excesso de coagulante, inibe a formação do
entrelaçamento.
4. CONCLUSÃO
Os estudos evidenciaram que o uso da M. oleifera Lam constitui uma alternativa em
potencial bastante promissora para remoções dos sólidos dissolvidos na água. Conforme
demostrados nos resultados, todos os extrados salinos utilizados neste trabalho, apresentaram
atividade de remoção do parâmetro cor na água de tratamento. Porém o extrato de M. oleifera
Lam, que apresentou maior eficiencia e atendeu a Portaria do Ministério da Saúde foi o
extrato salino de BaCl2, apresentando porcentagem de remoção de 98,8%. Entretanto se for
considerado que a água tratada possui valor inicial de cor de 504uH, valor este,
extremamente elevado, pode-se considerar que todos os extratos de M. oleifera Lam nas
seguintes soluções salinas KCl, NaCl, BaCl2, CaCl2 e MgCl2 , são agentes coagulantes
com alta eficiencia no processo de remoção da cor presente na água, pois para o tempo de
decantação de 60 minutos todos os agentes coagulantes naturais apresentaram porcentagem de
remoção acima de 94%. Observou-se também que no processo de remoção do parâmetro cor,
para água de tratamento, com turbidez de 150 uT, os agentes coagulantes naturais, foram mais
eficientes do que no processo de remoção do parâmetro cor para água de tratamento com
turbidez de 50 uT. Isto afirma uma indicação de que o uso do polímero natural extraído da M.
oleifera Lam, apresentou melhor desempenho em águas de tratamento com maior
concentração de particulas suspensas. Em relação ao mecanismo proposto para as extrações
salinas da M. oleifera Lam notou-se que o mecanismo predominante, foi o mecanismo de
adsorção e formação de pontes.
5. REFERÊNCIAS
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