Desenvolvimento de hidrogéis à base de quitosana modificada para a adsorção de corantes alimentícios em sistema binário
Autor: Janaína Oliveira Gonçalves (Currículo Lattes)
Resumo
As indústrias alimentícias descartam uma quantidade significativa de efluentes coloridos no meio aquático, se estes não forem tratados adequadamente, causam graves impactos ambientais e para a saúde pública. Desta forma, faz-se necessário a remoção de corantes para minimizar estes problemas. A adsorção destaca-se devido a simplicidade de operação e viabilidade técnica. Um adsorvente promissor para a remoção de corantes é a quitosana, devido à matéria-prima ser de baixo custo-benefício e renovável. A fim de melhorar o potencial da quitosana como adsorvente, estudos são necessários, para aumentar a sua capacidade de adsorção, possibilidade de reuso e estabilidade em soluções ácidas. Assim, as modificações químicas têm sido alvo de pesquisas com o intuito de aprimorar o desempenho do material adsorvente. Paralelamente, a maioria dos estudos de adsorção de corantes está voltada para a remoção de um corante específico, porém do ponto de vista prático, as misturas binárias simulam de forma realística os efluentes industriais. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver diferentes tipos de hidrogéis à base de quitosana, e verificar a capacidade de adsorção e possibilidade de reuso desses materiais na adsorção dos corantes alimentícios, azul brilhante e vermelho nº 40 em sistema aquoso simples e binário. A quitosana foi produzida a partir de resíduos de camarão (Penaeus brasiliensis) com grau de desacetilação de 85% e o pó foi caracterizado. Testes utilizando diferentes concentrações de quitosana (1 a 5%, m v-1) e de glutaraldeído (0,5 a 1,5%, v v-1) foram realizados para verificar a formação de um hidrogel com o intuito de constar a melhor força de gel do adsorvente. Após o hidrogel foi modificado com diferentes compostos (carvão ativado e nanotubos de carbono) e submetidos ao processo de liofilização (hidrogéis scaffolds), com o objetivo de melhorar a capacidade de adsorção. A caracterização dos hidrogéis foi realizada a partir da técnica de microscopia eletrônica de varredura, energia dispersiva de raio-X, análise de infravermelho, análise térmica, grau de reticulação, grau de intumescimento e força de gel. Foram realizados experimentos para avaliar o efeito do pH (2 a 8) na adsorção em sistema aquosos binário, e foram realizadas isotermas de equilíbrio em diferentes temperaturas (298 a 328K) e concentrações (50 a 400 mg L-1). As curvas de equilíbrio foram interpretadas mediante o ajuste dos dados a partir do modelo de Langmuir e Langmuir estendido, e os parâmetros termodinâmicos foram estimados. O comportamento cinético foi avaliado e ajustado aos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e Avrami. Estudos de dessorção foram realizados para verificar a capacidade de reuso deste adsorvente, onde foram testados diferentes eluentes. Na caracterização dos adsorventes verificou-se que as modificações dos hidrogéis melhoraram as propriedades estruturais e mecânicas. As máximas capacidades de adsorção para os hidrogéis scaffold com nanotubos de carbono variaram de 1480 a 1508 mg g-1 para o sistema simples, e de 902 e 955 mg g-1 em sistema binário, ambos em 25ºC. Os parâmetros termodinâmicos indicaram que a adsorção foi um processo espontâneo, favorável e exotérmico. O modelo que melhor representou os dados cinéticos foi o de Avrami. Os testes de dessorção indicaram que o eluente mais efetivo foi o NaOH, onde o hidrogel de quitosana foi reutilizado em até 5 ciclos. Dessa forma, os hidrogéis de quitosana apresentaram boas características estruturais e elevadas capacidades de adsorção, sendo um adsorvente alternativo e proeminente para a remoção de corantes alimentícios de soluções aquosas binárias.