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.
