Síntese de uma espuma composta de poliuretano/quitosana para adsorção do corante vermelho n° 40 em batelada e leito fixo
Abstract
As espumas de poliuretano (PU) podem ser utilizadas como matriz de imobilização para a quitosana, com o objetivo de superar/minimizar as desvantagens em relação a quitosana como adsorvente. No entanto, as espumas de poliuretano e quitosana sintetizadas até o momento utilizam reagentes convencionais, a maioria de alto custo e não renovável. Neste contexto, o presente estudo tem por objetivo a síntese de uma espuma composta de poliuretano/quitosana a base de um poliol derivado do óleo de mamona e sua aplicação na remoção do corante vermelho n° 40 em sistema batelada e leito fixo. O adsorvente foi caracterizado a partir das análises difração de raio-X (DRX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaios mecânicos (força de cisalhamento e grau de intumescimento) e análise de cor. Primeiramente, foram realizados testes de adsorção para avaliar o efeito da quantidade de quitosana na síntese da PU, o efeito da quantidade de adsorvente (0,1 – 1 g) e o efeito do pH (2 -10). O estudo de adsorção em sistema batelada foi realizado através de isotermas de equilíbrio, curvas cinéticas e parâmetros termodinâmicos. No estudo da adsorção em leito fixo, as curvas de ruptura foram construídas em diferentes vazões e alturas de leito e esses parâmetros foram otimizados usando a metodologia de superfície de resposta (RSM). As caracterizações indicaram que a espuma composta de poliuretano/quitosana apresentou características mais adequadas e potencial de adsorção do que a PU. Além disso, o material apresentou estrutura semi-cristalina, com grupos funcionais adequados, alta porosidade e boas propriedades mecânicas. O modelo de Pseudo-segunda ordem foi adequado para representar a cinética de adsorção e o modelo de Sips foi apropriado para representar as isotermas de equilíbrio. A capacidade máxima de adsorção foi de 267,24 mg g-1, obtida a 328 K. O processo de adsorção foi espontâneo, favorável e endotérmico. Utilizando condições de adsorção idênticas, a espuma composta de PU/quitosana foi capaz de remover mais de 98% do corante da solução, enquanto o PU removeu apenas 40%. A adsorção foi favorecida em pH 2, utilizando 1 g de adsorvente. Os modelos para as curvas de avanço, incluindo Thomas, Yoon-Nelson e Bed Depth Service Time (BDST) foram ajustados aos dados experimentais. A condição experimental ótima para a adsorção do vermelho n° 40 em leito fixo usando espuma compostas de PU/quitosana foi vazão de 15 mL min–1 e altura do leito de 6 cm. Nessa condição, o volume de efluente tratado foi de 2175 mL e a capacidade de adsorção da coluna foi de 108,1 mg g–1. Os resultados também mostraram que os modelos de Yoon-Nelson e BDST ajustaram com precisão os dados experimentais sob a condição ótima. Os resultados mostraram que as espumas de poliuretano são capazes de suportar a quitosana, resultando em um adsorvente com melhores características mecânicas e com alto potencial para remoção de corantes aniônicos em meios aquosos.
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