Adsorção do corante tartrazina em carvão ativado de casca de banana nanica

Abstract

RESUMO: O excessivo uso de corantes por diferentes ramos da indústria brasileira, resultou em um aumento na geração de efluentes contendo esses tipos de poluentes, motivando diversos estudos sobre impactos ambientais causados por contaminantes emergentes, porém, o corante alimentício é pouco abordado. Uma técnica eficiente de tratamento é a adsorção, mas para ser economicamente viável necessita de um adsorvente abundante, de baixo custo e com alta capacidade de adsorção. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de remoção do corante alimentício tartrazina pelo carvão ativado de casca de banana nanica, uma fruta muito consumida mundialmente. Para isso, o carvão ativado quimicamente com H3PO4 foi sintetizado e caracterizado, assim como seu precursor, por meio das análises: centesimal; PCZ; isotermas de adsorção/dessorção de N2; MEV; EDS; FTIR; XPS; DRX; espectroscopia Raman; e TGA. Em seguida, foi avaliada a influência do pH na adsorção em questão, para, posteriormente, serem determinados os parâmetros cinéticos, de equilíbrio e termodinâmicos. A análise centesimal apresentou altos níveis de materiais voláteis (69,29 %) no precursor, característica desejável para a preparação de carvões ativados mesoporosos. O carvão ativado apresentou pHPCZ = 5,89, aréa específica de 1052 m2 g-1 e características mesoporosas, com diâmetro médio de poros de 4,29 nm, mostrando-se vantajoso para adsorção de moléculas grandes como a da tartrazina. Adicionalmente, as imagens de MEV mostraram que a morfologia do precursor era bastante heterogênea, com múltiplas camadas. Por outro lado, o carvão apresentou orifícios mais regulares e maiores e, após a adsorção, foi verificada a presença de corante na sua superfície, fato confirmado pelo EDS e pelo XPS, que mostraram a presença de oxigênio, enxofre e maior porcentagem de carbono, provavelmente, proveniente da tartrazina. Para o precursor, o EDS apresentou grande quantidade de carbono e oxigênio, por se tratar de um material orgânico, e em menor quantidade potássio e cloro, referentes aos sais minerais da fruta. O EDS e o FTIR da casca mostraram que o carbono era devido à presença de celulose, hemicelulose e lignina, indicando ser um bom precursor para carvões. O carvão indicou uma adsorção efetiva da tartrazina, visto que na comparação com o FTIR do corante puro, as bandas entre 1500 e 600 cm-1 presentes no carvão após a adsorção correspondiam ao corante. O DRX e o espectro Raman mostraram que este carvão ativado é um material amorfo e pelo TGA observou-se que o carvão ativado apresentou maior estabilidade em temperaturas menores em relação ao seu precursor, devido ao uso de ácido fosfórico, que dificultou a degradação do material. Na análise da influência do pH na adsorção, houve maior remoção do corante (159,7 mg g-1) no pH 2 e este foi utilizado nos demais ensaios. Por fim, a modelagem dos dados experimentais indicou que tanto a fisissorção, quanto a quimissorção ocorreram, sendo um processo espontâneo (?Go = -15,42 kJ mol-1 a 30°C) e endotérmico (?Ho = 10,06 kJ mol-1). Além disso, o carvão ativado apresentou uma capacidade máxima de adsorção de 165,28 mg g-1 a 30 °C, evidenciando sua alta eficiência para adsorção de tartrazina e seu potencial para remoção de poluentes orgânicos

ABSTRACT: The overuse of dyes in different branches of the brazilian industry, resulted in an increase in the generation of effluents containing this type of pollutants, motivating several studies over the environmental impacts caused by the emerging contaminants, but food dye is little approached. An efficient treatment technique is the adsorption, but to be economically viable it needs an abundant absorbent with a high absorption capacity. Therefore, the objective of this essay was to evaluate the removal capacity of the food dye tartrazine by the yellow cavendish peel activated carbon, a highly consumed fruit worldwide. For this purpose, the chemically activated carbon with H3PO4 was prepared and characterized, as well as its precursor, through the analyzes: centesimal; PCZ; isotherms of N2 adsorption/desorption; SEM; EDS; FTIR; XPS; XRD; Raman Spectroscopy and TGA. Then the influence of the pH in the adsorption in the question was evaluated in order to then determine the kinect, equilibrium and thermodynamics parameters. The centesimal analyzes presented high levels of volatile materials (69,29%) in the precursor, desirable characteristic to prepare the mesoporous activated carbon. The activated carbon presented pHPCZ = 5,89, specific area of 1052 m2 g-1 and mesoporous characteristics, with 4,29 nn average pores diameter, showing itself advantageous for adsorption of large molecules such as tartrazine. Additionally, the SEM images showed that the precursor morphology was heterogeneous with multiple layers, whereas the carbon presented more regular and larger holes, and after the adsorption it presented dye in its surface, fact confirmed by EDS and XPS that showed the presence of oxygen, sulfur and higher percentage of carbon, probably coming from tartrazine. For the precursor the EDS showed high carbon and oxygen amount; since it is na organic material, and lower amount of potassium and chlorine, concerning the fruits mineral salts. The EDS and FTIR of the peel showed that the carbon was due the presence of cellulose, hemicellulose and lignin, demonstrating a good carbon precursor. This carbon showed an efficient adsorption of tartrazine, since the comparison with the FTIR of pure dye, the bands between 1500 and 600 cm-1 present in the carbon after the adsorption corresponded to the dye. The XDR and the Raman spectrum showed that this activated carbon is an amorphous material and through the TGA it was observed that it presented higher stability in lower temperatures in relation to its precursor, due to the use of phosphoric acid, that made the material degradation difficult. On the pH influence in adsorption, there was higher removal of the dye (159,7 mg g-1) on pH 2 and this was used in the following trials. Ultimately, the experimental data modelings indicated that the physisorption as well as the chemisorption occurred, being a spontaneous process (?G° = -15,42 kJ mol-1 a 30 °C) and endothermic (?H° = 10,06 kJ mol-1). Furthermore, the activated carbon presented a maximum adsorption capacity of 165,28 mg g-1, evidencing its high tartrazine adsorption efficiency and its organic pollutants removal potential