Biossorção de corantes alimentícios utilizando nanopartículas de Spirulina platensis

Abstract

Neste trabalho foi verificado o potencial de aplicação de nanopartículas de S. platensis para a remoção de três corantes alimentícios de soluções aquosas pelo processo de biossorção. Primeiramente, as nanopartículas foram preparadas, caracterizadas e tiveram seu potencial de biossorção comparado com micropartículas de S. platensis. Em seguida, a biossorção dos corantes pelas nanopartículas foi avaliada em diversas condições experimentais mediante estudos sequenciais de isotermas de equilíbrio, termodinâmica, otimização estatística e cinética. Por fim, foram elucidados o mecanismo de transferência de massa do processo e as interações entre as nanopartículas e os corantes. Os resultados mostraram que as nanopartículas podem ser preparadas pela técnica de agitação mecânica utilizando taxa de agitação de 10000 rpm por 20 min. Nestas condições foram obtidas nanopartículas, estáveis, monodispersas com diâmetro médio de 215,6 nm e forma elipsoidal-esférica. As nanopartículas de S. platensis apresentaram potencial superior em relação às micropartículas para a biossorção dos três corantes. O estudo das isotermas mostrou que a biossorção foi favorecida em meio ácido e temperatura de 25 °C, sendo o modelo de Sips o mais adequado para representar os dados experimentais. A biossorção dos três corantes pelas nanopartículas foi um processo espontâneo, favorável e exotérmico. As condições ótimas para a biossorção foram pH 2, 400 rpm e 100 min para os corantes amarelo tartrazina e azul brilhante, e pH 2, 225 rpm e 100 min para o corante vermelho n° 40. Nestas condições, as capacidades de biossorção foram, respectivamente, 228,2, 1653,0 e 400,3 mg g-1 , para os corantes amarelo tartrazina, azul brilhante e vermelho n° 40. O modelo cinético de Avrami foi o mais adequado para representar a biossorção dos três corantes pelas nanopartículas. A transferência de massa externa e a difusão intrapartícula atuaram simultaneamente na biossorção dos três corantes pelas nanopartículas, sendo que, o principal mecanismo difusivo intrapartícula foi a difusão superficial. A biossorção dos três corantes pelas nanopartículas de S. platensis, em condições ácidas, ocorreu principalmente por quimiosorção. Os grupamentos amina e hidroxila das nanopartículas foram responsáveis pela interação com os corantes. Os resultados apresentados nesta pesquisa mostram que as nanopartículas de S. platensis são um potencial nanobioadsorvente que pode ser utilizado no pós-tratamento de efluentes contendo corantes alimentícios.

In this work the potential of S. platensis nanoparticles to remove food dyes from aqueous solutions by biosorption was verified. Firstly, nanoparticles were prepared, characterized and had its biosorption potential compared with S. platensis microparticles. After, the dyes biosorption onto nanoparticles was evaluated under different conditions using equilibrium isotherms, thermodynamics, statistical optimization and kinetics. Finally, the mass transfer mechanism and the interactions between dyes and nanoparticles were elucidated. The results showed that the nanoparticles can be prepared by the mechanical agitation technique using stirring rate of 10000 rpm and time of 20 min. In these conditions, it was obtained stable, monodisperse, ellipsoidal-spherical nanoparticles with mean diameter of 215.6 nm. The S. platensis nanoparticles presented superior biosorption potential in relation the S. platensis microparticles. The isotherm study showed that the biosorption was favored under acid conditions and temperature of 25 °C, being the Sips model the more adequate to fit the experimental data. For the three dyes, the biosorption onto nanoparticles was a spontaneous, favorable and exothermic process. For FD&C yellow n° 5 and acid blue 9 dyes, the more appropriate conditions were pH 2, 400 rpm and 100 min, but, for the FD&C red n° 40 were pH 2, 225 rpm and 100 min. In these conditions, the biosorption capacities were, 228.2, 1653.0 and 400.3 mg g-1 , for the FD&C yellow n° 5, acid blue 9 and FD&C red n° 40, respectively. The Avrami kinetic model was the more appropriate to fit the biosorption experimental data. The external mass transfer and intraparticle diffusion occurred simultaneously in the biosorption, being that, the main diffusive mechanism was the surface diffusion. For the three dyes, the biosorption onto nanoparticles, under acid conditions, occurred mainly by chemisorption. The amine and hydroxyl groups of the nanoparticles were responsible for dyes binding. The presented results indicated that S. platensis nanoparticles are a potential nanobiosorbent, which can be employed in the pos-treatment of wastewater containing food dyes.