Bagaço de malte como adsorvente de corantes

Abstract

O potencial do resíduo da indústria cervejeira foi investigado como um novo adsorvente natural de baixo custo para a remoção de corantes em soluções aquosas. Neste estudo, foi investigada a adsorção de corante básico e ácido (azul de metileno e amarelo de tartrazina) em bagaço de malte (BM). O BM foi caracterizado para obtenção de suas características físico-químicas por análise elementar, análise próxima, análise termogravimétrica, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, área superficial específica e ponto de carga zero. Experimentos de adsorção em batelada foram conduzidos para investigar os efeitos de parâmetros do processo de adsorção, sendo eles: efeito do pH inicial, efeito da mistura de corantes, cinética, isotermas de equilíbrio e termodinâmica de adsorção. Após a análise e consolidação dos dados obtidos, as melhores condições experimentais referentes ao pH da solução adsorvente foram pH 11 para azul de metileno e pH 2 para amarelo tartrazina. A cinética de adsorção resultou em um tempo de equilíbrio de 240 min para azul de metileno e 300 min para amarelo de tartrazina, e foi melhor representada pelo modelo de pseudo-segunda ordem. Diferentes mecanismos de adsorção foram sugeridos, no qual o azul de metileno apresentou interações eletrostáticas, ligações de hidrogênio e interações ?-?, enquanto que para o amarelo de tartrazina a interação ?-? foi mais evidente. A isoterma de Langmuir foi o melhor modelo ajustado para os dados de equilíbrio. A quantidade máxima adsorvida de azul de metileno e amarelo de tartrazina foi de 298,35 e 26,57 mg/g, respectivamente, em cada melhor condição experimental. Esta é uma consequência da característica de cada molécula e dos mecanismos de adsorção envolvidos. Através da análise termodinâmica, constatou-se que o azul de metileno possui maior interação por forças de quimissorção, enquanto o amarelo de tartrazina segue um processo de fisissorção. Pela análise da energia de ativação e entalpia foi verificado que o azul de metileno apresentou um caráter endotérmico, enquanto o amarelo de tartrazina um caráter exotérmico. O valor negativo de energia livre de Gibbs confirmou a natureza espontânea e favorável do processo de adsorção no BM. Foi constatado a remoção dos dois corantes no experimento de mistura. Porém, uma maior interação do azul de metileno foi observada. Os resultados indicaram que o BM pode ser utilizado como um adsorvente eficaz e inovador no tratamento de águas contendo corantes

The potential of the brewing industry residue was investigated as a new low-cost natural adsorbent for the removal of dyes in aqueous solutions. In this study, the adsorption of basic and acid dye (methylene blue and tartrazine yellow) in brewer's spent grain (BSG) was investigated. The BSG was characterized to obtain its physico-chemical characteristics by ultimate analysis, proximate analysis, thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, specific surface area and point of zero charge. Batch adsorption experiments were conducted to investigate the effects of adsorption process parameters: initial pH effect, dye mixing effect, kinetics, equilibrium isotherms and adsorption thermodynamics. After analyzing and consolidating the obtained data, the best experimental conditions concerning the pH of the adsorbate solution were pH 11 for methylene blue and pH 2 for tartrazine yellow. Adsorption kinetics resulted in an equilibrium time of 240 min for methylene blue and 300 min for tartrazine yellow, and was best represented by the pseudo-second order model. Different adsorption mechanisms were suggested, where methylene blue showed electrostatic interactions, hydrogen bonds and ?-? interactions, whereas for tartrazine yellow the ?-? interaction was more evident. The Langmuir isotherm was the best model adjusted for the equilibrium data. The maximum adsorbed amount of methylene blue and tartrazine yellow was 298.35 and 26.57 mg/g, respectively, in each better experimental condition. This is a consequence of the adsorption mechanisms involved. Through the thermodynamic analysis, it was observed that the methylene blue has a higher interaction by the forces of chemisorption, whereas tartrazine yellow follows a physisorption process. By the analysis of the activation energy and enthalpy it was verified that the methylene blue presented an endothermic character, while the tartrazine yellow exothermic character. The negative value of Gibbs free energy confirmed the spontaneous and favorable nature of the adsorption process in BSG. Removal of the two dyes was observed in the mixing experiment. However, a greater methylene blue interaction was observed. The results indicated that BSG can be used as an effective and innovative adsorbent in the treatment of water containing dyes