Recobrimento de partículas com quitosana em leito de jorro : parametrização do processo e emprego das partículas recobertas na adsorção de antocianinas de repolho roxo

Abstract

O recobrimento de partículas é uma operação presente em vários setores industriais e consiste na aspersão de uma suspensão sobre as partículas que se encontram suspensas em um leito móvel (leito fluidizado/jorro) o que possibilita uma movimentação cíclica e intensa troca de energia e de massa entre as fases. A formulação de uma suspensão de recobrimento de natureza polimérica é definida de acordo com a finalidade do recobrimento e uma proposta interessante é a utilização de um biopolímero. A quitosana é um aminopolissacarídeo biodegradável, hidrofílico, não tóxico e biocompatível, obtida a partir da desacetilação alcalina da quitina, a qual é encontrada em carapaças de crustáceos, resíduos abundantes e rejeitados pela indústria pesqueira. Partículas inertes recobertas com quitosana conferem ao sistema de adsorção características desejáveis, pois diminuem as limitações hidrodinâmicas causadas pela utilização de quitosana em flocos ou em pó. Assim, a obtenção de partículas recobertas com quitosana em leito de jorro, e a sua utilização como adsorvente de corantes é uma alternativa para a aplicação deste biopolímero. Atualmente pesquisas por corantes oriundos de fontes naturais vêm sendo impulsionadas, devido à toxidade dos corantes sintéticos. O objetivo deste trabalho foi o estudo do recobrimento de partículas de vidro com quitosana em leito de jorro, e sua posterior aplicação na adsorção em batelada de corantes antocianinas em solução aquosa. Os sólidos empregados foram esferas de vidro com granulometria de 3 mm e os parâmetros envolvidos no processo de recobrimento no leito de jorro foram determinados a partir de um planejamento experimental 2³ tendo como fatores: temperatura de ar de jorro, vazão relativa de ar de jorro (WAR/WJM) e vazão de suspensão, para resposta eficiência do processo. Observou-se que o efeito de interação entre a vazão de ar de jorro e a vazão da solução de recobrimento foi o mais pronunciado, e que os efeitos lineares da temperatura e da vazão da solução de recobrimento também apresentaram significância. A eficiência do processo se comportou inversamente à vazão de solução de recobrimento, e o mesmo ocorreu com a temperatura, na qual se constatou que o aumento desta provocou uma menor eficiência do processo. Determinou-se a faixa ótima de operação em temperatura de ar de jorro de 70ºC, associada uma vazão relativa de ar de jorro de 1,7 e 4 mL/min de vazão de suspensão de recobrimento, para tempo de operação de 40 min, pressão de atomização de 0,1 MPa e carga de partículas de 0,5 kg, chegando a eficiências próximas a 90%. As esferas recobertas nas melhores condições de rendimento e qualidade de recobrimento, após análise por microscopia eletrônica de varredura, foram utilizadas na adsorção de antocianinas extraídas do repolho roxo. A partir de ensaios preliminares e planejamento experimental, conclui-se que valores próximos a pH 11,0 mostraram-se mais adequados para a adsorção de antocianinas por partículas recobertas com quitosana, sendo os valores percentuais de adsorção de aproximadamente 45% e capacidade de adsorção de 85 mg g1. Os resultados apresentados mostram o grande potencial do uso de partículas recobertas com quitosana em leito de jorro, no processo de purificação parcial de antocianinas.

Particle coating is an operation present in many industrial sectors and consists in the spraying of a suspension on particles that are suspended in a moving bed (fluidized bed/stream) which makes possible to get a cyclical movement and intense exchange of energy and mass between the fazes. The formulation of a suspension of coating with a polymeric nature is defined according to the porpoise of the coating and an interesting proposal is the use of a biopolymer. The chitosan is a biodegradable aminepolysaccharide, hydrophilic, nontoxic and biocompatible, obtained from the alkaline desacetylation of the chitin, which is found in the shells of crustaceans, abundant residues rejected by the fishing industry. Inert particles coated with chitosan give the system of adsorption desirable characteristics, since they decrease the hydrodynamic limitations caused by the utilization of chitosan in flakes or in powder. Therefore, the achievement of coated particles with chitosan in streambed and its use as dye adsorbent is an alternative for the application of this biopolymer. Nowadays research for dye that come from natural sources has become popular due to the toxicity of the synthetic dye. The aim of this work was the study of glass particle coating with chitosan in a streambed and its application in batch adsorption of dye anthocyanin in water solution. The solid used was glass spheres with grain size of 3 mm and the parameters involved in the coating process in a streambed were established from an experimental design 2³ and had as factors: temperature of stream air, relative flow of stream air (WAR/WJM) and suspension flow for and efficiency response of the process. It was observed that the effect of interaction between the flow of air stream and the flow of the coating solution was more pronounced and that the linear effects of temperature and the coating solution flow has also presented significance. The efficiency of the process had a behavior inversely of the flow of coating suspension and the same happened with temperature, in which was verified that its increase triggered a smaller efficiency of the process. It was determined the optimum range of operation with a temperature of air stream of 70 °C, associated to a relative air stream of 1,7 and 4 mL/min of flow of coating suspension, for an operation time of 40 min, atomization pressure of 0,1 MPa and particle charge of 0,5 kg, reaching efficiencies of approximately 90 %. The coated spheres in the best conditions of output and quality of coating, after the analysis with scanning electron microscopy were used in the adsorption of anthocyanin extracted from purple cabbage. From the preliminary tests and experimental design, it is possible to conclude that values of pH near 11,0 came out more suitable for the adsorption of anthocyanin by particles coated with chitosan, where the percentage values od adsorption were near 45 % and capability of adsorption of 85 mg g1. The results presented showed the great potential of the use of coated particles with chitosan in a streambed in the process of partial purification of anthocyanin.