Remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário utilizando quitosana modificada com cianoguanidina como adsorvente

Abstract

Os estudos de adsorção de corantes alimentícios de soluções aquosas geralmente estão voltados para a remoção de um corante específico, porém, as misturas binárias são mais realistas para simular efluentes industriais. A adsorção de corantes com quitosana é considerada uma tecnologia alternativa eco amigável, e quando a estrutura da quitosana é modificada quimicamente, resulta em um adsorvente mais adequado. A reticulação da quitosana com cianoguanidina apresenta vantagens, como melhoria na estabilidade em soluções ácidas e diminuição do custo do adsorvente. Nesta pesquisa, o objetivo do trabalho foi modificar a quitosana com cianoguanidina para remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário. A fim de verificar o comportamento dos adsorventes na operação de adsorção, foram preparadas amostras de quitosana com diferentes graus de desacetilação (75%, 85% e 95%), e após, foram realizadas modificações destas amostras com cianoguanidina. Os adsorventes foram caracterizados e aplicados para a adsorção de azul indigotina e amarelo tatrazina em sistema aquoso binário e em sistema simples. O efeito do pH e do grau de desacetilação foram verificados para a remoção dos corantes por quitosana com e sem modificação em sistema simples e binário. Curvas de equilíbrio foram obtidas em diferentes temperaturas e o modelo estendido de Langmuir foi ajustado aos dados experimentais. O comportamento cinético foi avaliado através dos modelos pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Avrami. Os parâmetros termodinâmicos foram determinados e estudos de dessorção do adsorvente foram realizados. O pH mais adequado foi 3, e o melhor grau de desacetilação foi 95% para ambos os sistemas aquosos e adsorbatos. As capacidades de adsorção da quitosana sem e com modificação não apresentaram diferença significativa. O modelo de Langmuir estendido apresentou ajuste adequado às curvas de equilíbrio e as máximas capacidades de adsorção foram 595,3 e 680,0 mg g-1, obtidas à 25ºC, para o os corantes azul indigotina e amarelo tatrazina, respectivamente. O modelo de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados cinéticos de adsorção. A dessorção do adsorvente foi possível por dois ciclos, mantendo sua capacidade de adsorção em 209,7 mg g-1 no primeiro ciclo e 200,2 mg g-1 no segundo ciclo. A quitosana modificada com cianoguanidina apresentou-se como um adsorvente promissor para a remoção de corantes alimentícios em sistema binário.

The food dyes adsorption studies are generally focused on the removal one specific dye, however, the binary mixtures are more realistic to simulate industrial effluents. The dye adsorption with chitosan is considered an alternative eco-friendly technology, further when chemically modified chitosan structures resulting in more adequate adsorbent. For this purpose, chitosan crosslinking with cyanoguanidine can be used to improve the chemical stability of chitosan, increase the adsorption capacity of food dyes and in addition decrease the adsorbent cost. The aim of the work was the use of chitosan and crosslinked chitosan to remove food dyes from in aqueous binary system. In order to verify the behavior of the adsorbents in the adsorption process, chitosan was obtained with deacetylation degrees of 75%, 85% and 95%, and after, the cyanoguanidine crosslinked chitosan was prepared. The adsorbents were characterized and applied for the adsorption of Food Blue 2 and Food Yellow 4 in aqueous binary system. The effect of pH and deacetylation degree was verified in the adsorption for of food dyes using chitosan with and without modification in a simple and binary system. Equilibrium curves were obtained under different temperatures and, the extended Langmuir model was fitted to the experimental data. Kinetic behavior was analyzed through the pseudo–first order, pseudo–second order and Avrami models. The thermodynamic parameters were determined and desorption studies were also performed. The best results were found at pH 3, and deacetylation degree of 95%. The equilibrium curves presented suitable fit to the extended Langmuir model. The maximum adsorption capacities were 595.3 and 680.0 mg g-1, obtained at 25ºC, for Food blue 2 and Food Yellow 4, respectively. Avrami model was the most appropriate to fit the adsorption kinetic. The adsorption process was spontaneous, exothermic and favorable. Desorption was possible for two cycles maintaining the adsorption capacity of 209,7 mg g-1 in the first cycle and 200,2 mg g-1 in the second cycle. Cyanoguanidine crosslinked chitosan was presented as a promising adsorbent to remove dyes from aqueous binary systems.