Biosorbents - water hyacinth biomass and spheres alginate / cashew gum - for adsorption of methylene blue

MARTINS FILHO, R. T. Biossorventes – biomassa de aguapé e esferas de alginato/goma do cajueiro – para adsorção de azul de metileno. 2012. 113 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.In this work was carried out an extensive investigation of the adsorption properties of synthetic dyes on different parts (rhizome, root, stolon and petiole) of Eichhornia crassipes (water hyacinth) and a comparison with the adsorption capacity of the biopolymer alginate beads doped with water hyacinth biomass. The biomasses and spheres were structurally characterized by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy - SEM and thermal analysis (thermogravimetric analysis - TGA and Differential Scanning Calorimetry - DSC). The kinetics of adsorption processes were monitored by UV and visible spectroscopy - UV / VIS and the data applied to the models of Freundlich and Languimir. Synthetic anionic dyes (methyl orange), cationic (methylene blue) and azo (indigo carmine) were used in the investigation. Adsorption studies was obtained, under controlled agitation of 70 rpm and temperature ranging between 25°C and 45°C at concentrations of dye in the range 10-250 mg/L and pH 2-12. The best results were achieved with a dye initial concentration of 100 mg/g, an initial quantity of 60 mg biosorbent, at temperature of 45 °C and at basic pH. Among the tested dyes, methylene blue exhibited the best adsorption capacity. The study of adsorption kinetics showed a better fit to the model of pseudo-second order and intraparticle diffusion is involved in the mechanism of adsorption. In the study of the isotherms, the result shows best fit to data by the Langmuir and Freundlich equations, with a maximum capacity of adsorption of methylene blue dye from 819.7 mg/g at 25 °C, to the root. A temperature increase caused an increase in system adsorption capacity and also led to an increase in time to the system reach equilibrium. The values of the rate constant for pseudo-second order increased with increasing temperature. An increase in initial dye concentration caused an increase in the amount of dye adsorbed. The activation energy for all biosorbents are in the range 20-40 kJ.mol-1 demonstrated that the adsorption processes are physical. The thermodynamic parameters ∆H°, ∆S° and ΔG°, for most biosorbents indicate that the process is exothermic in nature, spontaneous and favorable, except for the sphere of ALG/GC/Biomass where values obtained showed endothermic nature. The desorption study showed that the biosorbents can be reused.Neste trabalho foi realizada uma investigação extensiva das propriedades de adsorção do corante azul de metileno em diferentes partes (rizoma, raiz, estolão e pecíolo) de Eichhornia Crassipes (aguapé), bem como uma comparação com a adsorção em esferas do biopolímero alginato dopadas com biomassa de aguapé. As biomassas e esferas foram caracterizadas estruturalmente através de técnicas de espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura – MEV e análises térmicas (análise termogravimétrica – TGA e Calorimetria Diferencial de Varredura – DSC). As cinéticas dos processos de adsorção foram monitoradas por espectroscopia de ultravioleta e visível – UV/VIS e os dados obtidos aplicados nos modelos de Languimir, Freundlich, Temkin e BET. Foram utilizados corantes sintéticos aniônico (alaranjado de metila), catiônico (azul de metileno) e azo (índigo carmin). Os estudos de adsorção foram obtidos, sob agitação controlada de 70 rpm e temperatura variando entre 25°C e 45°C, e concentrações de corante na faixa de 10 a 250 mg/L, em pH de 2 a 12. Os melhores resultados foram alcançados utilizando uma concentração inicial de corante de 100 mg/g, uma massa inicial de biosorvente de 60 mg a temperatura de 45 °C e em pH básico. Dentre os corantes testados o azul de metileno foi o que apresentou melhores resultados de adsorção. O estudo da cinética de adsorção apresentou um melhor ajuste ao modelo de pseudo-segunda ordem e a difusão intrapartícula está envolvida no mecanismo de adsorção. No estudo das isotermas de equilíbrio, o resultado mostra melhor ajuste das equações de Langmuir e Freundlich pelos dados, com capacidade máxima de adsorção do corante azul de metileno de 819,7 mg/g a 25 °C, para a raiz do aguapé. A elevação na temperatura do sistema provocou aumento na capacidade máxima adsorvida e também provocou um aumento no tempo para o sistema atingir o equilíbrio. Os valores da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem aumentaram com o aumento da temperatura. Um aumento na concentração inicial do corante provocou um aumento na quantidade de corante adsorvida. A energia de ativação para todos os biosorventes, da ordem de 20 – 40 kJ.mol-1, demonstrou que o processo é de natureza física. Os parâmetros termodinâmicos ∆H°, ∆S° e ∆G°, para a maioria dos biosorventes indicam que o processo é de natureza exotérmica, espontânea e favorável, com exceção da esfera de ALG/GC/Biomassa que mostrou valores de natureza endotérmica. O estudo de dessorção demonstrou que os biosorventes podem ser reutilizados