Emprego da paina (Ceiba speciosa) modificada como material adsorvente em meio aquoso

Abstract

A paina (kapok, em inglês) é uma fibra lignocelulósica obtida do interior do fruto da árvore da Paineira de nome científico Ceiba speciosa. É um material abundante que não possui valor agregado e se diferencia de outras fibras naturais por possuir uma grande estrutura cilíndrica oca. O objetivo deste trabalho foi avaliar a paina como um adsorvente em meio aquoso. A paina foi submetida a pré-tratamentos visando sua hidrofilia, os quais consistiram na imersão em solução de hidróxido de sódio, a 0,1 mol/L e 5 mol/L e uma mistura de solventes orgânicos. Estes foram analisados através de testes de adsorção com o tanino vegetal. O pré-tratamento realizado com NaOH a 5 mol/L apresentou maiores remoções, removendo 43,1 % do tanino presente. A paina natural e modificada com NaOH 0,1 mol/L foram analisadas por técnicas instrumentais de FTIR, MEV, potencial Zeta e TGA/DSC. Foi analisada a remoção de diferentes adsorvatos pela paina: corantes aniônicos, catiônicos, tanino e um surfactante não aniônico. Os corantes catiônicos Vermelho Safranina e Rodamina B sofreram as maiores remoções, sendo de 70,0 e 97,6 %, respectivamente, o tanino apresentou 27,7 % de remoção, os corantes aniônicos de 5 a 13 % de remoção e o surfactante 17,1 %. Foram realizados testes de adsorção com o corante Vermelho Safranina variando: pH, concentração de adsorvente, tempo de contato e concentração inicial de corante. Por fim, foi realizado um planejamento experimental do tipo 24 para verificar a interação entre os fatores, como variável de resposta foi utilizada remoção percentual de corante. O sistema apresentou baixas remoções para o pH 2, aumentando a remoção nos pHs altamente alcalinos. Com 1 minuto de contato com a paina modificada, obteve-se 70, 8% de remoção e com 15 minutos o tempo de equilíbrio de adsorção foi atingido com remoção de 92,1 % no pH natural da solução, 6. O modelo cinético que descreveu melhor os dados experimentais foi o de pseudo-segunda ordem. A paina modificada obteve altas remoções inclusive em altas concentrações iniciais de corante, removendo 86,9% de corante na concentração de 600 mg/L, no pH 12. O modelo de isoterma que melhor se encaixou nos resultados encontrados foi o de Langmuir. A capacidade de adsorção máxima encontrada foi de 290,7 mg/g no pH 12. No planejamento experimental, a concentração de corante teve a maior influência na variável de resposta sendo cerca de 40 % superior aos outros efeitos, seguida pela concentração de paina e da interação entre esses dois efeitos. O pH e suas interações não apresentaram influência significativa nos resultados. Com base neste estudo, encontrou-se um ponto ótimo experimental com 2 g/L de paina, 50 mg/L de corante, 30 minutos e pH 6. Os estudos demonstraram que a paina pode ser um excelente adsorvente para o corante Vermelho Safranina e um potencial adsorvente para outros compostos catiônicos. Este trabalho traz a possibilidade de uso de um novo adsorvente, ambientalmente amigável, ambundante, eficiente e de baixo custo.

Kapok is a lignocellulosic fiber obtained from the interior of the fruit of Paineira tree with the scientific name Ceiba speciosa. It is an abundant material that has no added value and differs from other natural fibers by having a large hollow cylindrical structure. The objective of this work was to evaluate the kapok as an adsorbent in an aqueous medium. The pain was subjected to pre-treatments aiming at its hydrophilicity, which consisted of immersion in a 0.1 mol/L and 5 mol/L sodium hydroxide solution and a mixture of organic solvents. These were analyzed through adsorption tests with vegetable tannin. The pre-treatment performed with NaOH at 5 mol/L showed higher removals, removing 43.1% of the tannin present. Natural and modified panels with 0.1 mol/L NaOH were analyzed by instrumental techniques of FTIR, SEM, Zeta potential and TGA/DSC. The removal of different adsorbates by kapok was analyzed: anionic and cationic dyes, tannin and a non-anionic surfactant. The cationic dyes Red Safranina and Rhodamine B suffered the highest removals, being 70.0 and 97.6%, respectively, the tannin showed 27.7% removal, the anionic dyes from 5 to 13% removal and the surfactant 17 ,1%. Adsorption tests were carried out with Safranina Red dye varying: pH, adsorbent concentration, contact time and initial dye concentration. Finally, an experimental design of type 24 was carried out to verify the interaction between the factors, as a response variable, percentage removal of dye was used. The system showed low removals at pH 2, increasing removal at highly alkaline pHs. With 1 minute of contact with the modified panel, 70.8% removal was obtained and with 15 minutes the adsorption equilibrium time was reached with removal of 92.1% at the natural pH of the solution, 6. The kinetic model that best described the experimental data was the pseudosecond order. The modified panel obtained high removals even at high initial dye concentrations, removing 86.9% of dye at a concentration of 600 mg/L, at pH 12. The isotherm model that best fit the results found was the Langmuir model. The maximum adsorption capacity found was 290.7 mg/g at pH 12. In the experimental design, the dye concentration had the greatest influence on the response variable, being about 40% higher than the other effects, followed by the concentration of dye and of the interaction between these two effects. The pH and its interactions had no significant influence on the results. Based on this study, an experimental optimum point was found with 2 g/L of dye, 50 mg/L of dye, 30 minutes and pH 6. The studies have shown that the dye can be an excellent adsorbent for Safranin Red dye and an adsorbent potential for other cationic compounds. This work brings the possibility of using a new adsorbent, environmentally friendly, plentiful, efficient and of low cost.