POTENCIAL DE BIOPOLÍMEROS DERIVADOS DA CELULOSE COMO ADSORVENTES PARA A REMOÇÃO DE CORANTES CATIÔNICOS E ANIÔNICOS EM SOLUÇÃO AQUOSA

Abstract

RESUMO: A adsorção vem sendo utilizada para minimizar a poluição provocada por corantes, que representa um sério problema ambiental como a contaminação de águas superficiais e subterrâneas. Neste contexto, a celulose e suas formas modificadas com grupos carboxílicos e aminos constituem uma classe de adsorventes versáteis para a remoção de corantes catiônicos e aniônicos em solução aquosa, respectivamente. Este trabalho relata a celulose modificada com anidrido ftálico (Cel-AF) e com dietilenotriamina (Cel-Deta), através da reação da celulose (Cel) com anidrido ftálico (AF) e, em seguida, reação de Cel-AF com dietilenotriamina (Deta), respectivamente. A celulose e os materiais modificados foram caracterizados por Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (IV-TF), que mostrou para a matriz Cel-AF, uma banda em 1691 cm-1 relacionada ao estiramento do grupo carbonila ν(C=O) de ácido. Para a matriz Cel-Deta, mostrou uma banda em 1330 cm-1 relacionada à deformação C-N e em 3400 cm-1 característica de estiramento N-H de amida. A Ressonância Magnética Nuclear no estado sólido de 13C (RMN 13C) mostrou, para a matriz Cel-AF, os sinais em 173,4 e 132,3 ppm que são atribuídos a carbonila (ácido e éster) e carbonos do anel aromático, respectivamente. E para Cel-Deta, um sinal em 164,6 ppm característico de carbono de grupo amida. Com a Difração de Raios-X (DRX), foi obtido índice de cristalinidade (ICr) de 74,99% (Cel), 58,64% (Cel-AF) e 46,12% (Cel-Deta). A Termogravimetria (TG) mostrou que a ordem de decomposição foi: Cel-Deta < Cel-AF < Cel. As matrizes adsorventes ((Cel e Cel-AF) e (Cel e Cel-Deta)) foram utilizadas na remoção de corantes catiônicos (Violeta cristal (VC) e azul de metileno (AM)) e aniônicos (Alaranjado de metila (AMe) e eosina Y (EY)) em meio aquoso, respectivamente. No estudo cinético, os dados obtidos experimentalmente tiveram o melhor ajuste ao modelo proposto de pseudoprimeira- ordem. O processo de adsorção ocorre em monocamada com maior capacidade de adsorção do VC (pH 7,0 e tempo de equilíbrio em torno de 100 min), AM (pH 8,0 e 120 min), AMe (pH 4,0 e 120 min) e EY (pH 5,0 e 140 min) em Cel foi de 24,85, 11,70, 2,19 e 1,30 mg g-1, respectivamente. Na adsorção de VC (pH 6,0 e 80 min) e AM (pH 8,0 e 100 min) em Cel-AF foi 36,27 e 45,84 mg g-1, respectivamente. E na adsorção de AMe (pH 4,0 e 60 min) e EY (pH 5,0 e 100 min) em Cel-Deta foi 65,45 e 56,69 mg g-1, respectivamente. As matrizes (Cel-AF e Cel-Deta) podem ser utilizadas como potencial alternativo para remoção de corantes ((VC e AM) e (AMe e EY)), repetitivamente, em solução aquosa. ABSTRACT: Adsorption has been used to minimize the pollution caused by dyes, which represents a serious environmental problem as contamination of surface and ground water. In this context, cellulose and its modified forms with carboxylic and amine groups constitute a class of versatile adsorbents for the removal of cationic and anionic dyes in aqueous solution, respectively. This work reports phthalic anhydride-modified cellulose (Ph-Cel) and with diethylenetriamine (Deta-Cel), through the reaction of cellulose (Cel) with phthalic anhydride (Ph) and reaction of Ph-Cel with diethylenetriamine (Deta), respectively. Cellulose and the modified materials were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), which showed for the Ph-Cel matrix, a band at 1691 cm-1 related to the stretching of the carbonyl group ν(C=O) of acid. For the Deta-Cel matrix, showed a band in 1330 cm-1 related to the C-N deformation and in 3400 cm-1 characteristic of N-H amide stretch. 13C Solid State Nuclear Magnetic Resonance (13C NMR) showed, for the Ph-Cel matrix, the signals in 173.4 and 132.3 ppm which are attributed the carbonyl (acid and ester) and carbons of the aromatic ring, respectively. For the Deta-Cel, a signal in 164.6 ppm characteristic of carbon of amide group. By X-ray diffraction (XRD), was obtained the crystallinity index (CrI) of 74.99% (Cel), 58.64% (Ph-Cel) and 46.12% (Deta-Cel). Thermogravimetry (TG) showed that the decomposition order was: Deta-Cel < Ph-Cel < Cel. The adsorbent matrices ((Cel e Ph-Cel) e (Cel e Deta-Cel)) were used in the removal of cationic dyes (Crystal violet (CV) and methylene blue (MB)) and anionic (Methyl orange (MO) and eosin Y (EY)) in aqueous medium, respectively. In the kinetic study, the experimental data obtained had the best fit to the pseudo-first-order model. The adsorption process occurs in monolayer with higher adsorption capacity of the CV (pH 7.0 and equilibrium time around 100 min), MB (pH 8.0 and 120 min), MO (pH 4.0 and 120 min) and EY (pH 5.0 and 140 min) on Cel was of 24.85, 11.70, 2.19 and 1.30 mg g-1, respectively. The adsorption of CV (pH 6.0 and 80 min) and MB (pH 8.0 and 100 min) in Ph-Cel was 36.27 and 45.84 mg g-1, respectively. The adsorption of MO (pH 4.0 and 60 min) e EY (pH 5.0 and 100 min) in Deta-Cel was 65.45 and 56.69 mg g-1, respectively. The matrices (Ph-Cel and Deta-Cel) can be used as alternative potential for removal of dyes ((VC and MB) and (MO and EY)), repetitively, in aqueous solution.