Remoção de corantes sintéticos de efluentes aquosos usando adsorventes carbonados

Abstract

A casca de pinhão manso é um resíduo abundante da indústria de biocombustível e foi usada em sua forma natural (PN) e tratada por plasma não térmico (PP) como biossorvente para a remoção do corante Vermelho reativo 120 (VR-120) de soluções aquosas. Os nanotubos de carbono de parede múltipla (NTCPM) e carvão ativo (CA) foram investigados como adsorventes na remoção do corante Azul direto 53 (AD-53) a partir de águas residuais. Os materiais adsorventes foram caracterizados por espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho, isotermas de adsorção/dessorção de N2, microscopia eletrônica de varredura e transmissão. As melhores condições para adsorção dos corantes foram alcançadas em pH 2,0. O tempo de contato para obter o equilíbrio de isotermas, em 298-323 K, foi fixado em 10 horas para os biossorventes PN e PP. Para estes, o modelo cinético de ordem geral forneu o melhor ajuste aos dados experimentais em comparação com as cinéticas pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Para o corante VR-120, os dados de equilíbrio (298-323 K) foram ajustados para o modelo de isoterma de Liu. A capacidade máxima de adsorção do corante ocorreu a 323 K, atingindo valores de 40,94 e 65,63 mg g-1 para o PN e PP, respectivamente. Os resultados dos estudos de adsorção/dessorção mostraram que a maior porcentagem de remoção de PN e PP foram alcançadas quando a mistura de solventes (acetona a 50% + 50% de 0,050 mol L-1 de NaCl (v/v)) foi utilizada. Os efluentes simulados foram utilizados para verificar a aplicabilidade dos biossorventes propostos. A remoção ocorreu de 68,2 e 94,6%, para PN e PP, respectivamente, em meio com elevada concentração salina. Já para NTCPM e CA os tempos de contato foram fixados em 3 horas e 4 horas, respectivamente. O modelo da cinética de ordem geral forneceu o melhor ajuste aos dados experimentais, se comparado aos modelos de adsorção cinéticos de pseudoprimeira ordem e pseudo-segunda ordem. Para o corante AD-53, os dados no equilíbrio (298-323 K) foram ajustados pelo modelo de isoterma de Sips. A capacidade máxima de adsorção do corante ocorreu a 323 K, com os valores de 409,4 e 135,2 mg g-1 para NTCPM e CA, respectivamente. Os resultados dos estudos de adsorção/dessorção mostraram que os NTCPM carregados com AD-53 podem ser regenerados (97,85%) utilizando uma solução de acetona aquosa (50% de acetona + 50% NaOH 3 mol L-1 (v/v)). Em experimentos de simulação de efluentes têxteis para aplicação dos adsorventes no tratamento de efluentes industriais, foram obtidas as remoções de 99,87% e 97,00% para NTCPM e CA, respectivamente, num meio com alta salinidade e diversos corantes.

Jatropha curcas shell an abundant residue of the biocombustible industry, was used in its natural form (JN) and treated by non-thermal plasma (JP) as biosorbents for the removal of Reactive Red 120 (RR-120) dye from aqueous solutions. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and powder activated carbon (PAC) were used as adsorbents for adsorption of Direct Blue 53 dye (DB-53) from aqueous solutions. The adsorbents were characterised using Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, N2 adsorption/desorption isotherms, and scanning and transmission electron microscopy. The best conditions to adsorption of the dye by adsorbent were achieved at pH 2.0. The contact time to obtain equilibrium isotherms at 298–323 K was fixed at 10 h for both biosorbents. The general order kinetic model provided the best fit to the experimental data compared with pseudo-first order and pseudo-second order kinetic adsorption models. For RR-120 dye, the equilibrium data (298–323 K) were best fitted to the Liu isotherm model. The maximum sorption capacity for adsorption of the dye occurred at 323 K, attaining values of 40.94 and 65.63 mg g−1 for JN and JP, respectively. The results of adsorption/desorption studies showed that the highest percentage of removal of JN and JP were obtained when the mixture of solvents (acetone 50% + 50% 0.050 mol L-1 NaCl (v/v)) was used. Simulated dyehouse effluents were used to check the applicability of the proposed biosorbents for effluent treatment. The removal was 68.2 and 94.6% for JP and JN, respectively, in media with high salinity. As for NTCPM and CA the contact times were set at 3 h and 4 h, respectively. The general order kinetic model provided the best fit of the experimental data compared to pseudo-first order and pseudo-second order kinetic adsorption models. For DB- 53 dye, the equilibrium data (298 to 323 K) were best fitted to the Sips isotherm model. The maximum sorption capacity for adsorption of the dye occurred at 323 K, with the values of 409.4 and 135.2 mg g-1 for MWCNT and PAC, respectively. The results of adsorption/desorption studies showed that MWCNT loaded DB-53 could be regenerated (97.85%) using mixture 50% acetone + 50% of 3 mol L-1 NaOH (v/v). Simulated dye house effluents were used to evaluate the application of the adsorbents for effluent treatment, with removal of 99.87% and 97.00% for MWCNT and PAC, respectively.