ZEÓLITA NaX PARA REMOÇÃO DE CORANTE AZUL DE

Espaço Química
Zeólita NaX para remoção de corante Azul de Metileno
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Marcela Caovilla , Alessandra Smaniotto Rogério Dallago , Sibele B. C. Pergher
Departamento de Química,Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI – Campus Erechim, Av.
Sete de Setembro 1621, CEP: 99700-000 Erechim – RS
*e-mail: [email protected]
Resumo-Abstract
O objetivo deste trabalho consiste em avaliar a eficiência da zeólita NaX em remover corante Azul de Metileno de
soluções aquosas para sua futura utilização em remoção de corantes de efluentes industriais. A capacidade de adsorção da
zeólita foi determinada utilizando soluções de corante com concentrações de 10, 50, 100 e 250 mg L-1. Três tamanhos de
partículas foram empregados: aproximadamente 3 mm (em esferas – NaXb), 850 µm a 1,0 mm (peneirada, intermediária –
NaXi) e fração < 850 µm (peneirada, moída – NaXm). Em cada caso 100 mg da zeólita NaX foram adicionadas a 30 ml de
soluções do corante. As amostras foram submetidas à agitação magnética sob refluxo por 24 h a temperatura ambiente.
Depois do tempo de contato a fase sólida foi separada da fase liquida por centrifugação e as concentrações do corante na fase
aquosa foram determinadas por Spectrofotometro UV-vis com comprimento de onda de λ = 610 nm.
The present study consists in evaluating NaX zeolite efficiency in Metilene Blue remove from aqueous solutions. The
adsorption capacity of NaX was determined using standart solutions dye of 10, 50, 100 and 250 mg L-1. Three particles size
were employed: 3mm (NaXb – sphere), 850 µm – l00µm (NaXi – sieved, intermediary) and < 850 µm (NaXm – sieved,
crushed). In each case 100 mg of NaX zeolite were added in 30 ml of dye solutions. The mixture was refluxed for 24 hours in
ambient temperature. The aqueous phase was separated from zeolite by centrifugation and the concentration of dye was
determined by UV-vis spectrophotometer in the wavelength of 610 nm.
Introdução
As interações de compostos orgânicas com
aluminosilicatos têm sido objeto de numerosas revisões da
literatura1-2. O interesse nestes processos se direciona
principalmente para o comportamento de herbicidas
catiônicos3, fotoestabilização de complexos pesticidasargilas4, moléculas de corantes orgânicos5-6, e
modificação
hidrofóbica
das
superfícies
de
aluminosilicatos7. Por outro lado, estes materiais podem
servir como suportes e/ou catalisadores pra vários tipos de
reações e fotorreações. Cátions orgânicos participam de
equilíbrio de troca-iônica com a superfície dos materiais,
além de serem altamente seletivos, como mostram estudos
de adsorção competitiva6.
Zeólita NaX
O termo “zeólita” foi utilizado inicialmente para
designar uma família de minerais naturais que
apresentavam como propriedades particulares à troca de
íons e a dessorção reversível da água. Essa última
propriedade deu origem ao nome genérico de zeólita.8
Espaço Química 2004, Vol. 1, No 1
Hoje em dia, esse termo engloba um grande número de
minerais naturais e sintéticos. Eles constam de um
esqueleto
cristalino
formado
pela
combinação
tridimensional de tetraedros TO4 unidos entre si através
de átomos de oxigênio comuns. A estrutura apresenta
canais e cavidades de dimensões moleculares nos quais se
encontram os eventuais cátions de compensação,
moléculas de água e outros adsorventes e sais. Este tipo
de estrutura microporosa faz com as zeólitas apresentem
uma superfície interna extremamente grande em relação a
sua superfície externa. A microporosidade destes sólidos é
aberta e a estrutura permite a transferência de matéria
entre o espaço cristalino e o meio que o rodeia. Essa
transferência é limitada pelo diâmetro de poros da zeólita,
sendo que só poderão entrar ou sair deste espaço
cristalino àquelas moléculas cujas dimensões são
inferiores a um certo valor crítico, o qual varia de uma
zeólita para outra.8
Sendo o Al+3, os tetraedros de AlO4 induzem cargas
negativas à estrutura, as quais são neutralizadas por
cátions de compensação intercambial. Estes cátions junto
6
com as moléculas de água se encontram ocupando o
espaço cristalino do aluminosilicatos.8
As vantagens do uso de zeólitas para remoção de
corantes seriam: baixo custo se a zeólita for natural ou
sintetizada a partir de resíduos ou matéria prima natural; a
zeólita pode ser regenerada com NaCl; as resinas
poliméricas trocadoras de íons disponíveis são
relativamente caras; a estrutura zeolítica confere
seletividade por tamanho, forma e carga, estabilidade
térmica e resistência à radiação.8
Alguns exemplos de aplicações das zeólitas é que elas
podem ser utilizadas como adsorventes, trocadores
iônicos, catalisadores ou suportes de catalisadores (seu
uso como componente no craqueo catalítico é o mais
importante).8
O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da
zeólita NaX em remover corante Azul de Metileno de
soluções aquosas para sua futura utilização em remoção
de corantes de efluentes industriais.
Caracterização da zeólita NaX
O difratograma de raios-X da NaX está ilustrado na
Figura 1 comprovando que o material é composto das
fases zeolíticas X e A. Observa-se também uma banda
larga na região de 15 a 35o que não pertence às fases
zeolíticas X e A. Esta banda larga é um indício de uma
fase amorfa, que pode ser proveniente da própria síntese
ou de algum aditivo adicionado para a confecção das
esferas (forma em que é vendida).9
Através dos resultados da adsorção de nitrogênio foi
construída a isoterma de adsorção (Figura 2), onde se
pode observar uma isoterma típica de materiais que
contém principalmente microporos. Para critério de
comparação, utilizou-se a equação de BET para calcular a
área superficial específica da NaX, obtendo-se um valor
de 332,2 m2/g. Observa-se que este valor é relativamente
baixo, pois materiais com estrutura faujasita normalmente
possuem áreas superficiais BET na ordem de 600 m2/g.
Este resultado comprova mais uma vez que o material não
possui uma fase zeolítica X pura.9
Experimental
Figura 1. Difratograma de raios-X da zeólita NaX
Adsorvente
O material adsorvente utilizado nas análises foi uma
zeólita comercial NaX Baylight WE894 da Bayer com
relação molar Si/Al = 1,49 e com a seguinte composição:
Al2O3 = 25,68%; SiO2 = 45,14% e Na2O = 18,14%.9
A zeólita foi caracterizada por difração de raios-X
(DIFFRAKTOMETER – D5000 – Siemens) e análise de
adsorção de N2 para medir a área superficial específica
(QUANTA CHROME – Nova 1000).9
X
X
X
800
A
X
X
A
A
X
600
X+A
400
A
X
200
A
Intensidade Relativa (u.a.)
1000
0
0
10
20
30
o
40
50
60
2θ
120
3
Volume de N2 adsorvido (cm /g)
Estudos de adsorção
As capacidades de adsorção do corante catiônico azul
de metileno (AM) na zeólita NaX foram estudadas em
sistema batelada. Foram preparadas soluções do corante
de 10, 50, 100 e 250 mg L-1. Três tamanhos de partículas
de zeólita foram empregados: aproximadamente 3 mm
(em esferas – NaXb), 850 µm a 1,0 mm (peneirada,
intermediária – NaXi) e fração < 850 µm (peneirada,
moída – NaXm). Em cada caso, 100 mg da zeólita NaX
(seca a 100 °C) foram adicionadas a 30 mL de soluções
de AM. As amostras permaneceram em refluxo sob
agitação magnética, à temperatura ambiente 1atm por 24h.
A fase aquosa foi separada da zeólita por centrifugação, e
as concentrações do corante foram determinadas em um
espectrofotômetro
UV-VIS
(modelo),
utilizando
λ=610nm.
110
Adsorção
Dessorção
100
90
80
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
p/po
Figura 2. Isoterma de adsorção de N2 da NaX
Resultados e Discussão
Espaço Química 2004, Vol. 1, No 1
Adsorção de Corante
7
A quantidade de moléculas de corante adsorvida foi
calculada através do decréscimo da concentração de azul
de metileno no meio considerando o volume de adsorção
e a quantidade de zeólita empregada:9
A Figura 3 ilustra os resultados obtidos para 24 h de
agitação para adsorção de corante AM utilizando o
método de agitação magnética sob refluxo a temperatura
ambiente.
50
NaXm
NaXi
NaXb
zeólita
qeq/mgcorante g
-1
40
Conclusões
Pelos resultados obtidos conclui-se que é possível
utilizar a zeólita NaX para remoção de corantes em
efluentes industriais. A granulometria do material exerce
um papel importante no processo de adsorção.
Especificamente, neste trabalho, a NaX moída
apresentou a maior capacidade de adsorção (30 mg
corante/g de zeólita) empregando-se soluções com
concentração inicial a partir de 100 mg/L de corante por
24 horas.
30
Agradecimentos
20
Marcela Caovilla agradece a URI pela bolsa de
Iniciação Cientifica concedida.
10
0
0
50
100
150
200
250
Referências Bibliográficas
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Co (mg L )
Figura 3. Quantidade de corante adsorvido pela zeólita.
Observa-se que a NaX moída (NaXm) atinge uma
capacidade máxima de adsorção de 30 mg de corante/g de
zeólita a partir da concentração inicial de 100 mg L-1.
Observa-se ainda que a granulometria do material joga
um papel importante na adsorção do corante AM. Quanto
menor a granulometria maior a adsorção obtida,
principalmente em concentrações iniciais elevadas.
Embora seja conhecido que partículas de maiores
tamanhos possuem menor área externa e por isso possuem
uma capacidade de adsorção menor, acreditava-se que por
se tratar de um material microporoso com elevada área
superficial (330 m2/g) este efeito não seria tão
pronunciado. Além disso, em peneiras moleculares tais
como zeólitas, a difusão ou migração de moléculas
através dos poros e cavidades (dentro dos cristais)
representa um papel importante e muitas vezes
dominante.9
Em resultados anteriores no nosso grupo empregando a
NaX com diferentes granulometrias para remoção de
metais9 observou-se o mesmo comportamento, onde a
NaX moída adsorve quantidades muito superiores a
intermediaria e esfera.
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