Preparação do sal de amônio quaternário de quitosana reticulado, caracterização e estudos cinéticos de equilíbrio dos oxiânions de cromo (VI), molibdênio (VI) e silênio (VI)

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo modificar quimicamente a superfície do polímero quitosana (QTS) com cloreto de trimetil glicidil amônio para obter um sal de amônio quaternário de quitosana (SAQQ), e realizar estudos de equilíbrio de adsorção dos íons metálicos Cr (VI), Mo (VI) e Se (VI). A modificação química foi caracterizada por IV, RMN de 13C e 1H, DSC, TGA e a determinação dos grupos quaternários presentes na matriz polimérica por titulação condutimétrica com solução padrão de AgNO3. As análises dos espectros na região infravermelho, RMN de 13C e 1H, DSC e TGA permitiram identificar o sal de amônio quaternário de quitosana sintetizado. A quantidade determinada dos grupos quaternários foi de 2,90 mmol de grupos quaternários por grama de polímero. Após a caracterização, o SAQQ foi reticulado com glutaraldeído para torná-lo insolúvel em água e realizar os estudos de adsorção dos íons metálicos. Nesta fase, foi realizada uma nova titulação condutimétrica para determinar a quantidade dos grupos quaternários, obtendo-se um valor de 2,09 mmol de grupos quaternários por grama de polímero. Avaliou-se o efeito do pH na adsorção dos íons metálicos considerando a melhor faixa de pH para a adsorção de cada metal. A análise dos dados experimentais mostrou que a faixa ótima de adsorção dos íons Cr (VI) e Se (VI) ocorreu no mesmo intervalo de pH, isto é, em pH menor que 6,0. Para o Mo (VI), os experimentos não foram conduzidos em pH menor que 6,0 e assim, evitou-se a precipitação de MoO3. A capacidade de adsorção permaneceu quase constante em pH entre 6,0 e 11,5 e diminuiu significativamente em pH 12,0. Os estudos cinéticos de adsorção dos metais, pelo novo material adsorvente, revelaram que o equilíbrio de adsorção foi alcançado após de 200 minutos, tanto para o Mo (VI) como para o Se (VI) e após 300 minutos para o Cr (VI). O modelo cinético de pseudo segunda-ordem forneceu os melhores ajustes dos dados experimentais, e os valores das constantes de velocidade determinados para Cr (VI), Mo (VI) e Se (VI) foram: 1,0 x 10-3; 3,0 x 10-2 e 4,1 x 10-3 g (mg min)-1, respectivamente. A velocidade inicial de adsorção dos íons metálicos também foi calculada e os valores para o Cr (VI), Mo (VI) e Se (VI) foram: 0,446; 8,929 e 0,797 mg (g min)-1, respectivamente. Experimentos em batelada foram usados para interpretar o equilíbrio de adsorção e os dados foram analisados segundo os modelos de isoterma de Langmuir e Freundlich. A isoterma de Langmuir forneceu o melhor ajuste dos dados experimentais de adsorção. A capacidade máxima de saturação da superfície do adsorvente (qmax.) obtida para cada metal foi de: 1,30 mmol g-1 (68,3 mg g-1) de Cr (VI); 0,66 mmol g-1 (63,4 mg g-1) de Mo (VI) e 1,10 mmol g-1 (90,0 mg g-1) de Se (VI). Pôde-se também observar pelos valores obtidos que a capacidade máxima de adsorção dos íons metálicos foi: Cr (VI) > Se (VI) > Mo (VI). Os valores de fração de superfície ocupada, ?, foram de 0,63; 0,32 e 0,53 para o Cr (VI), Mo (VI) e Se (VI), respectivamente. Deste modo a ordem decrescente de ? ficou: ?Cr > ?Se> ?Mo. Foram realizados estudos de dessorção dos íons metálicos com vários eluentes e para o Cr (VI) o melhor eluente foi representado pela solução de NaOH/NaCl 1 mol L-1 com 99,8 % de dessorção; enquanto para o Mo (VI) foi a solução de HCl 3 mol L-1 com 91,7 % de dessorção. Para o Se (VI) o melhor eluente foi a solução de KCl 3 mol L-1 com 94,5 % de dessorção. Análise do material sólido foi realizada contendo os metais adsorvidos por energia dispersiva de raios-X (EDX). O espectro de EDX mostrou, a partir das porcentagens atômicas, que a ordem de seletividade foi: Cr (VI) > Mo (VI) > Se (VI). O mecanismo de adsorção foi confirmado pelos espectros de EDX do Cr (VI) adsorvido. Evidenciou-se um mecanismo de troca iônica entre os contra íons cloreto do trocador iônico com os íons CrO42-. Na etapa final deste trabalho, foi empregado um efluente industrial de galvanoplastia para analisar a porcentagem de adsorção pelo SAQQR. Foi observado pelos resultados experimentais que aproximadamente 0,5 g SAQQR foram suficientes para remover 90 % de Cr (VI) de um litro do efluente.