Adsorção de Cr6+ e Pb2+ utilizando filmes e blendas de quitosana e Spirulina sp

Abstract

Indústrias de diversos segmentos descartam uma quantidade significativa de efluentes contendo íons metálicos no meio ambiente. Se estes resíduos não forem tratados corretamente, causam graves impactos ambientais e sérios problemas à saúde pública. Desta forma, faz-se necessário a remoção destes contaminantes a fim de minimizar estes problemas. A biossorção se destaca por ser uma operação simples e tecnicamente viável no tratamento deste tipo de efluente, principalmente quando são utilizados adsorventes de baixo custo, ou de materiais provenientes de fontes renováveis. Dois bioadsorventes promissores para a remoção de íons metálicos são a quitosana e a Spirulina sp. No entanto, a utilização destes materiais na forma de pó dificulta a separação de fases após o processo, bem como sua reutilização. Sendo assim, o preparo de filmes e blendas de quitosana/Spirulina sp. é uma forma de contornar esse problema, e ainda aproveitar todo o potencial desses materiais como bioadsorventes. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi preparar filmes e blendas bioadsorventes a partir de quitosana e Spirulina sp., e aplicar na remoção dos íons Cr6+ e Pb2+ de soluções aquosas. A quitosana foi produzida a partir da reação de desacetilação da quitina, extraída de resíduos de camarão (Penaeus Brasiliensis), e apresentou grau de desacetilação de 85,8% e massa molar de 170,4 kDa. A Spirulina sp. foi obtida através do cultivo da microalga Spirulina LEB-18 sp. no município de Santa Vitória do Palmar - RS. Os filmes e as blendas de quitosana/Spirulina sp. foram preparados pela técnica casting e caracterizados quanto à espessura, cor, propriedades mecânicas, propriedades térmicas, cristalinidade, grupamentos funcionais, morfologia da superfície e ponto de carga zero. Foram realizados experimentos para avaliar o efeito do pH (2 a 10) e o estudo cinético na biossorção dos íons metálicos de sistemas aquosos. Os resultados mostraram que o filme de quitosana e as blendas de quitosana/Spirulina sp. apresentaram características mecânicas adequadas, mantendo suas características físicas, facilitando a separação de fases após a biossorção. O filme de Spirulina sp. apresentou as maiores capacidades de biossorção para ambos os íons Cr6+ (43,9 mg g-1) e Pb2+ (37,0 mg g-1) nos pH 2 e 10, respectivamente, porém este filme perdeu sua integridade física em meio ácido. Já a blenda de quitosana/Spirulina sp. apresentou resultados semelhantes aos obtidos pelo filme de Spilurina sp., com capacidades de biossorção de 35,0 mg g-1 para os íons Cr6+ e 32,5 mg g-1 para o Pb2+ nos pH 2 e 10, respectivamente. O filme de quitosana apresentou baixa capacidade de biossorção para ambos os íons, no entanto, a quitosana promoveu um aumento na resistência mecânica da blenda bioadsorvente. O estudo cinético, realizado para ambos os metais, demonstrou que a adsorção do Cr6+ foi gradual, atingindo a máxima capacidade de adsorção no tempo de 180 min. Já a adsorção do Pb2+ foi rápida, atingindo a máxima capacidade de biossorção no tempo de 40 min, porém no tempo de 20 min a capacidade é igual a 92% da máxima capacidade bioadsortiva. Além disso, os resultados cinéticos obtidos experimentalmente, demonstram que os modelos de Elovich e pseudossegunda ordem, foram os mais adequados para os íons metálicos Cr6+ e Pb2+, respectivamente. Pode-se verificar que, dentre os bioadsorventes utilizados neste estudo, as blendas de quitosana/Spirulina sp. são as mais indicadas para a remoção dos íons Cr6+ e Pb2+ de soluções aquosas, devido à capacidade de biossorção ser semelhante ao filme de Spirulina sp. e por não perder sua integridade física em meio ácido e básico.

Industries of several segments have discarded a large amount of effluents containing metal ions in the environment. If this waste is not adequately treated, leads to serious environmental problems and serious public health problems. In this way, it is necessary the removal of these contaminants to minimize these problems. The biosorption stands out as being a simple and technically feasible operation in the treatment of this effluent type, especially when using low- cost biosorbents, or materials from renewable sources. Two promising biosorbents for the metal ions removal are chitosan and Spirulina sp. However, the use of these materials in the powder form hinders the phases separation after the process, as well as their reuse. Thus, the preparation of films and blends is a way of getting around this problem, and still enjoy the full potential of these materials as biosorbents. Thus, the aim of present work was the preparation of films and blends biosorbents from chitosan and Spirulina sp., and its application in the removal of ions Cr6+ and Pb2+ from aqueous solutions. Chitosan was produced from the deacetylation reaction of chitin, extracted from shrimp waste (Penaeus Brasiliensis), and had degree of deacetylation 85,8% and molar weight 170,4 kDa. Spirulina sp. was obtained from cultivation of microalga Spirulina LEB-18 sp. The films and blends of chitosan/Spirulina sp. were prepared through the casting technique and were characterized by thickness, color, mechanical properties, thermal properties, crystallinity, functional groups, surface morphology and zero charge point. Were performed experiments to evaluate the pH effect (2 to 10) and the kinetic study on metal ions biosorption from aqueous systems. The results showed that the chitosan film and the blends presented adequate mechanical characteristics, maintaining their physical characteristics, facilitating the separation of phases after the biosorption. Spirulina sp. film presented the highest biosorption capacities of ions Cr6+ (43.9 mg g-1) and Pb2+ (37.0 mg g-1) at pH 2 and 10, respectively, however, this film lost its physical integrity in acidic medium. In addition, the blend of chitin/Spirulina sp. showed similar results to those obtained by Spilurina sp. film, with biosorption capacity of Cr6+ (35.0 mg g-1) and Pb2+ (32.5 mg g-1) ions at pH 2 and 10, respectively. Chitosan film showed low biosorption capacity for both ions, however, this promoted an increase in the mechanical resistance of the biosorbent blend. The kinetic study, carried out for both ions, showed that the Cr6+ adsorption was gradual, reaching the maximum adsorption capacity at 180 min. The Pb2+ adsorption was fast, reaching the maximum biosorption capacity at 40 min, but in 20 min the capacity is equal to 92% of the maximum bioadsorption capacity. In addition, the kinetic results obtained experimentally demonstrate that the models of Elovich and pseudo-second order were the most suitable for the Cr6+ and Pb2+ metal ions, respectively. It can be verified that, among the bioadsorbents used in this study, the blends of chitosan/Spirulina sp. are the most indicated for the removal of Cr6+ and Pb2+ ions form aqueous solutions, due to the biosorption capacity being similar to the Spirulina sp. film and by not losing their physical integrity in an acidic and basic medium.