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EXTRAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DA LIGNINA DE PINUS ELLIOTTII NA REMOÇÃO DE ÍONS Zn 2+ J. Bortoluz 1 ; L. R. Bonetto 1 ; M. Giovanela 1 1-Área do Conhecimento de Ciências Exatas e Engenharias Universidade de Caxias do Sul Rua Francisco Getúlio Vargas, 1130 CEP 95070-560 Caxias do Sul - RS Brasil Telefone: (54) 3218-2100 Email: [email protected] RESUMO: A lignina tem se tornado objeto de grande interesse, uma vez que sua superfície apresenta vários grupos funcionais que influenciam a reatividade e as propriedades de adsorção desse material. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo extrair a lignina presente na serragem de Pinus elliottii, para posterior aplicação na remoção de íons Zn 2+ de soluções aquosas por meio da adsorção. O material obtido foi caracterizado e utilizado para avaliar a influência de parâmetros experimentais, equilíbrio e cinética do processo de adsorção. Em relação ao equilíbrio de adsorção, verificou-se que a isoterma de Freundlich foi a que melhor se ajustou aos resultados experimentais, apresentando constante de Freundlich (KF) igual a 0,249 mg g -1 (mg L -1 ) -1/n . No que se refere à cinética, o modelo de pseudossegunda ordem foi o que melhor descreveu o processo. Por fim, a lignina de Pinus elliottii mostrou ser uma alternativa promissora na remoção de íons Zn 2+ . PALAVRAS-CHAVE: Adsorção. Lignina. Zinco. Equilíbrio. Cinética. ABSTRACT: Lignin has become an object of great interest, since its surface has several functional groups that influence the reactivity and the adsorption properties of this material. In this context, the present work aimed to extract the lignin present in the sawdust of Pinus elliottii, for later application in the removal of Zn 2+ ions from aqueous solutions by means of adsorption. The material obtained was characterized and used to evaluate the influence of experimental parameters, equilibrium and kinetics of the adsorption process. In relation to the adsorption equilibrium, the Freundlich isotherm was the best fit for the experimental results, with a Freundlich constant (KF) equal to 0.249 mg g -1 (mg L -1 ) -1/n . Regarding kinetics, the pseudosecond order model was the one that best described the process. Finally, the lignin of Pinus elliottii showed to be a promising alternative in the removal of Zn 2+ ions. KEYWORDS: Adsorption. Lignin. Zinc. Equilibrium. Kinetics. 1. INTRODUÇÃO As atividades industriais galvânicas têm contribuído acentuadamente com a poluição de rios e lagoas, visto que seus processos de eletrodeposição de metais geram efluentes contendo íons metálicos (Pereira, 2008). De acordo com Guo et al. (2008), as principais técnicas disponíveis para remover esses íons da água incluem a precipitação química, a filtração com membranas, a troca iônica e a adsorção com carvão ativado. No entanto, esses métodos apresentam algumas limitações, como custo operacional elevado e dificuldades em atender os rigorosos padrões exigidos pelos órgãos ambientais (Pereira, 2008). Assim, a busca por técnicas que sejam economicamente viáveis, e ao mesmo tempo ambientalmente corretas, tem se intensificado nos últimos anos (Rodrigues et al., 2013). Nesse contexto, a adsorção pode ser uma técnica bastante promissora quando executada com adsorventes oriundos de fontes renováveis. Materiais como casca de arroz e lignina têm sido frequentemente utilizados para essa finalidade (Guo et al., 2008; Mimura et al., 2010).

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EXTRAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DA LIGNINA DE

PINUS ELLIOTTII NA REMOÇÃO DE ÍONS Zn2+

J. Bortoluz1; L. R. Bonetto1; M. Giovanela1

1-Área do Conhecimento de Ciências Exatas e Engenharias – Universidade de Caxias do Sul

Rua Francisco Getúlio Vargas, 1130 – CEP 95070-560 – Caxias do Sul - RS – Brasil

Telefone: (54) 3218-2100 – Email: [email protected]

RESUMO: A lignina tem se tornado objeto de grande interesse, uma vez que sua superfície

apresenta vários grupos funcionais que influenciam a reatividade e as propriedades de adsorção

desse material. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo extrair a lignina presente

na serragem de Pinus elliottii, para posterior aplicação na remoção de íons Zn2+ de soluções

aquosas por meio da adsorção. O material obtido foi caracterizado e utilizado para avaliar a

influência de parâmetros experimentais, equilíbrio e cinética do processo de adsorção. Em

relação ao equilíbrio de adsorção, verificou-se que a isoterma de Freundlich foi a que melhor se

ajustou aos resultados experimentais, apresentando constante de Freundlich (KF) igual a

0,249 mg g-1 (mg L-1)-1/n. No que se refere à cinética, o modelo de pseudossegunda ordem foi o

que melhor descreveu o processo. Por fim, a lignina de Pinus elliottii mostrou ser uma

alternativa promissora na remoção de íons Zn2+.

PALAVRAS-CHAVE: Adsorção. Lignina. Zinco. Equilíbrio. Cinética.

ABSTRACT: Lignin has become an object of great interest, since its surface has several

functional groups that influence the reactivity and the adsorption properties of this material. In

this context, the present work aimed to extract the lignin present in the sawdust of Pinus elliottii,

for later application in the removal of Zn2+ ions from aqueous solutions by means of adsorption.

The material obtained was characterized and used to evaluate the influence of experimental

parameters, equilibrium and kinetics of the adsorption process. In relation to the adsorption

equilibrium, the Freundlich isotherm was the best fit for the experimental results, with a

Freundlich constant (KF) equal to 0.249 mg g-1 (mg L-1)-1/n. Regarding kinetics, the

pseudosecond order model was the one that best described the process. Finally, the lignin of

Pinus elliottii showed to be a promising alternative in the removal of Zn2+ ions.

KEYWORDS: Adsorption. Lignin. Zinc. Equilibrium. Kinetics.

1. INTRODUÇÃO

As atividades industriais galvânicas têm

contribuído acentuadamente com a poluição de rios

e lagoas, visto que seus processos de

eletrodeposição de metais geram efluentes

contendo íons metálicos (Pereira, 2008). De acordo

com Guo et al. (2008), as principais técnicas

disponíveis para remover esses íons da água

incluem a precipitação química, a filtração com

membranas, a troca iônica e a adsorção com carvão

ativado. No entanto, esses métodos apresentam

algumas limitações, como custo operacional

elevado e dificuldades em atender os rigorosos

padrões exigidos pelos órgãos ambientais (Pereira,

2008). Assim, a busca por técnicas que sejam

economicamente viáveis, e ao mesmo tempo

ambientalmente corretas, tem se intensificado nos

últimos anos (Rodrigues et al., 2013).

Nesse contexto, a adsorção pode ser uma

técnica bastante promissora quando executada com

adsorventes oriundos de fontes renováveis.

Materiais como casca de arroz e lignina têm sido

frequentemente utilizados para essa finalidade

(Guo et al., 2008; Mimura et al., 2010).

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A lignina, por sua vez, se constitui em uma

alternativa atraente em relação a sua aplicação

como biossorvente, uma vez que em sua superfície

estão presentes diversos grupos funcionais

carboxílicos e fenólicos, que possuem grande

afinidade por íons metálicos (Guo, et al., 2008;

Suhas; Carrott, 2007). Ela é o segundo polímero

mais abundante na natureza, representando cerca

de 20-35% da constituição da madeira. Além disso,

é um material perfeitamente biodegradável e pode

ser obtida por meio de resíduos industriais, tanto

de base florestal como moveleiros (Suhas; Carrott,

2007).

Em estudos realizados por Brand et al.

(2002) e Pereira (2008), verificou-se que a

indústria moveleira no Brasil gera cerca de 22,5

milhões de toneladas de resíduos ao ano, os quais

não representam apenas um problema econômico

pelo seu desperdício, mas também um sério

problema ambiental. A queima para a eliminação

dos rejeitos e a disposição dos mesmos em aterros

tem sido muito comum entre as indústrias desse

segmento. A fim de amenizar os danos causados ao

meio ambiente perante essas práticas e dar um

destino mais nobre para esses resíduos, percebeu-

se a possibilidade de extrair a lignina presente na

serragem da indústria moveleira e utilizá-la como

biossorvente na remoção de íons metálicos

presentes em efluentes industriais galvânicos.

Desse modo, contribui-se simultaneamente para a

minimização de dois problemas ambientais.

Dentro desse contexto, o presente trabalho

tem por objetivo avaliar o potencial de amostras de

lignina, provenientes de serragem de Pinus elliottii,

como biossorvente para a remoção de íons Zn2+ de

soluções aquosas, visando à remediação de

efluentes da indústria galvânica.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Materiais A serragem de Pinus elliottii foi coletada na

Madeireira Madarco S/A Indústria e Comércio,

localizada no município de Caxias do Sul (RS). O

material é gerado como subproduto no processo de

fabricação de estrados para camas, a partir de

madeira sem qualquer tipo de tratamento anterior.

A solução sintética de íons Zn2+ foi

preparada a partir de uma solução padrão de Zn2+

(1000 mg L-1) da MERCK e água deionizada.

2.2. Extração da lignina de Pinus elliottii A extração da lignina de Pinus elliottii foi

realizada pelo método Klason (norma TAPPI

T204cm-97) e ocorreu em duas etapas: (a)

remoção dos extrativos da madeira, e (b) obtenção

de lignina insolúvel em ácido sulfúrico.

Para a remoção dos extrativos da madeira, a

serragem foi submetida a três extrações

consecutivas: uma com a mistura de

etanol/benzeno (1:2, v/v), uma com etanol e uma

com água destilada. O tempo de extração para cada

solvente foi de 4 h e começou a ser contado após o

primeiro ciclo de extração. Para isso, o material foi

previamente acondicionado em um cartucho de

celulose e, em seguida, em um Soxhlet munido de

um condensador. Essas extrações foram realizadas

a quente, com o auxílio de uma manta de

aquecimento. Para evitar a perda dos solventes por

evaporação, o sistema foi conectado a um banho de

água termostatizado a 15 °C, que manteve o

sistema refrigerado durante todo o procedimento

experimental.

A lignina insolúvel em ácido, também

chamada de lignina Klason, foi obtida por meio da

despolimerização da celulose e da hemicelulose

utilizando uma solução de ácido sulfúrico 72% v/v.

Essa etapa foi realizada sob a agitação de uma

mistura contendo 1,0 g de madeira livre de

extrativos e 15 mL de ácido sulfúrico 72% v/v, por

um período de 2 h. Em seguida, a mistura foi

transferida para outro balão contendo 500 mL de

água deionizada do tipo 1 e permaneceu sob

refluxo por mais 4 h.

Ao término desse procedimento, a mistura

foi filtrada a vácuo e lavada com água deionizada

do tipo 1, até pH próximo da neutralidade. A

lignina foi então seca em uma estufa a 75 °C

durante 4 h, e triturada em um almofariz com o

auxílio de pistilo de porcelana, visando à

homogeneização do material.

2.3. Caracterização da lignina de Pinus

elliottii A identificação dos principais grupos

funcionais presentes na lignina de Pinus elliottii foi

realizada por espectroscopia no infravermelho com

Transformada de Fourier (FT-IR).

Além disso, fez-se o ensaio para

determinação do pH no ponto de carga zero que foi

realizado pelo método de equilíbrio em sistema de

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batelada adaptado de Smičiklas et al. (2000) e

serve para averiguar a faixa de pH onde a adsorção

será favorecida. Cerca de 0,1 g de lignina de Pinus

elliottii medido em uma balança foi adicionado à

Erlenmeyers de capacidade de 100 mL, contendo

50 mL de solução de KCl 0,1 mol L-1. Os valores

de pH foram ajustados entre 2,0 e 12,0 por meio da

adição de soluções de KOH ou de HNO3

0,10 mol L-1. As suspensões permaneceram sob

agitação constante a uma velocidade de 150 rpm

em uma incubadora shaker refrigerada de bancada

de 22 provas, da marca Nova Técnica e modelo

NT-715, durante 24 h, à temperatura controlada de

25 °C. Ao término desse procedimento, as

amostras foram filtradas e mediu-se o pH do

líquido sobrenadante. Os valores de pH inicial e

pH final foram medidos em um pHmetro

DIGIMED DM-20. O pHPCZ foi obtido através do

cálculo da média aritmética dos pontos que se

apresentaram constantes para o pH final.

2.4. Avaliação da influência de parâmetros

experimentais do processo de adsorção Os ensaios de adsorção foram realizados

utilizando os mesmos equipamentos (incubadora

shaker, balança analítica e pHmetro) empregados

na determinação do pHPCZ. O tempo de contato foi

escolhido após a realização de um primeiro ensaio

preliminar, no qual foi verificado que o sistema

contendo íons Zn2+ e a lignina de Pinus elliottii

entra em equilíbrio em 240 min, sendo este o

tempo utilizado para os demais ensaios. As

concentrações das soluções de íons Zn2+ foram

determinadas por espectrometria de absorção

atômica com chama.

Para os ensaios que avaliaram a influência

da quantidade de massa da lignina de Pinus

elliottii, foram utilizados Erlenmeyers contendo

50 mL de solução de Zn2+ a 100 mg L-1, cada qual

com uma massa diferente de lignina. Utilizaram-se

50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225 e 250 mg de

material adsorvente e o sistema foi submetido à

agitação mecânica de 150 rpm, em pH ~ 4,75 e a

25 °C, durante 4 h.

O ensaio que determinou a melhor

velocidade de agitação para o processo de adsorção

utilizou a massa previamente otimizada. Para isso,

fez-se o uso de Erlenmeyers contendo 50 mL de

solução de Zn2+ 100 mg L-1 com pH ~ 4,75, à

temperatura de 25 °C e durante 4 h. Foram testadas

as velocidades de 90, 120, 150, 180, 210 e 240

rpm.

Para verificar a influência do pH inicial do

meio no processo de adsorção, o pH de cada

solução foi ajustado previamente à realização dos

ensaios, utilizando soluções de HNO3 e KOH

(ambas com concentração igual a 0,10 mol L-1), em

valores que compreenderam uma faixa entre 2,0 e

9,0. Nesse ensaio foram utilizados os parâmetros

previamente otimizados (massa de lignina e

velocidade de agitação), 50 mL de solução de Zn2+

com concentração igual a 100 mg L-1, durante 4 h.

A avaliação da influência dos parâmetros

experimentais no processo de adsorção foi

verificada por meio da capacidade de adsorção dos

íons Zn2+ pela lignina de Pinus elliottii (qt, mg g-1)

(Equação 1) e o percentual de remoção (% R) de

íons Zn2+ em meio aquoso, após determinado

tempo de processo (Equação 2) (Todorciuc et al.,

2015).

qt =

(C0 - Ct)

m ∙ V (1)

R = (C0 - Ct)

C0 ∙ 100% (2)

onde C0 e Ct são as concentrações de íons Zn2+

inicial e no tempo t, respectivamente (mg L-1); m é

a massa de adsorvente utilizada (g), e V é o

volume de solução aquosa utilizado (L).

2.5. Equilíbrio do processo de adsorção O ensaio de equilíbrio do processo de

adsorção foi realizado com 50 mL de soluções de

Zn2+ nas concentrações de 10, 20, 50, 100, 150 e

200 mg L-1, utilizando os parâmetros previamente

otimizados de massa de lignina, velocidade de

agitação e pH inicial do meio.

O equilíbrio do processo de adsorção foi

avaliado através dos modelos das isotermas de

Freundlich e de Langmuir. O modelo de isoterma

de adsorção que melhor descreve o processo foi

selecionado por meio de método de regressão

linear, realizado com o software OriginPro. Para a

escolha do modelo que melhor se ajusta aos dados

experimentais, foi analisado o valor de R2.

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2.6. Cinética do processo de adsorção O ensaio para o estudo da cinética do

processo de adsorção foi realizado utilizando os

parâmetros previamente otimizados de massa de

lignina, velocidade de agitação e pH inicial. Neste

ensaio as amostras foram coletadas em tempos que

variaram entre 5 min e 240 min. Para o ajuste dos

dados experimentais da cinética foram utilizados

os modelos reacionais pseudoprimeira ordem e

pseudossegunda ordem. De maneira análoga à

análise do equilíbrio, o modelo de cinética de

adsorção que melhor descreve o processo foi

selecionado por meio de método de regressão

linear, realizado com o software OriginPro. Para a

escolha do modelo que melhor se ajusta aos dados

experimentais foi analisado o valor de R2.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Caracterização da lignina de Pinus

elliottii A Figura 1 mostra o espectro de

infravermelho da lignina de Pinus elliottii.

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400

48

51

54

57

60

63

461

568

108411

36

1383

1213

1268

1460

1504

1607

1035

867

2845

2930

T (%

)

(cm-1

)

3420

Figura 1. Espectro de infravermelho da lignina de

Pinus elliottii

O espectro de infravermelho indicou a

presença de diversos grupos funcionais que já eram

esperados para a estrutura da lignina, bem como

–OH, –CH, C=C e –C-OH. Na literatura foram

observados espectros semelhantes ao da lignina

desse trabalho, como o de lignina de bagaço de

cana-de-açúcar modificada (Li; Ge, 2011).

O ensaio para determinação do pH no ponto

de carga zero se encontra na Figura 2. Para a

lignina de Pinus elliottii, o pHPCZ encontrado foi

igual a 4,23. Desse modo, para valores maiores que

o pHPCZ, a lignina encontra-se carregada

negativamente, favorecendo a adsorção de espécies

carregadas positivamente (cátions). Para valores

menores que 4,23, ocorre o processo inverso, ou

seja, as espécies que possuem cargas negativas

(ânions) são adsorvidas preferencialmente, devido

à carga líquida sobre o adsorvente ser positiva.

Dessa forma, para espécies como os íons Zn2+, a

adsorção será favorecida em valores de pH

superiores a 4,23.

2 4 6 8 10 12

1

2

3

4

5

6

7

pH fi

nal

pH inicial

4,23

Figura 2. Determinação do pHPCZ da lignina de

Pinus elliottii

3.2. Avaliação da influência de parâmetros

experimentais do processo de adsorção A Figura 3 mostra a relação da quantidade

de massa de lignina de Pinus elliottii com a

eficiência de remoção.

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

8

12

16

20

24

28

32

Massa de lignina de Pinus elliottii (mg)

% R

emoç

ão

5

6

7

8

9

10

11

12

qt (

mg

g-1)

Figura 3. Efeito da quantidade de massa de lignina

de Pinus elliottii

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Através da Figura 3 é possível observar que

o percentual de remoção de íons Zn2+ apresenta um

comportamento crescente, a medida em que se

aumenta a massa de lignina. Isso ocorre, pois

quanto maior a quantidade de adsorvente, maior é

a disponibilidade de sítios ativos para que ocorra a

interação adsorvente-adsorvato (Todorciuc et al.,

2015).

Por outro lado, os valores de qt apresentam

um comportamento oposto ao percentual de

remoção. Esse decréscimo demostra que há uma

perda de rendimento, ou seja, quando se tem uma

maior quantidade de adsorvente disponível, menor

será o aproveitamento do mesmo, visto que haverá

menos íons Zn2+ adsorvidos por grama de lignina.

A quantidade de massa de lignina mais

apropriada para a avalição do processo de adsorção

foi determinada como sendo 225 mg, visto que,

comparado aos demais, este valor apresentou uma

melhor remoção (~28%) de íons Zn2+. Massas

superiores foram desconsideradas, uma vez que a

curva tende a um comportamento constante em

termos de remoção. Nesse sentido, quantidades

maiores de lignina implicariam em uma maior

geração de resíduos, além de não proporcionarem

ganhos expressivos em termos de remoção.

A Figura 4 descreve a influência da

velocidade de agitação do sistema para o processo

de adsorção de íons Zn2+.

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

qt (

mg

g-1

)

Velocidade de Agitação (rpm)

Figura 4. Influência da velocidade de agitação

Neste ensaio, pôde ser constatado que a

quantidade de íons Zn2+ adsorvida por massa de

adsorvente (qt) é máxima quando a velocidade de

agitação do sistema é igual a 210 rpm. Para valores

superiores, os valores de qt começam a diminuir,

indicando que o aumento da velocidade de

agitação nessa faixa é desfavorável à interação

adsorvente-adsorvato, uma vez que nessa

velocidade ocorre o arraste dos íons pelo fluido

antes que eles possam interagir com a lignina

(Suzuki, 1990).

Portanto, optou-se por manter a velocidade

de agitação em 210 rpm para a realização dos

demais ensaios de adsorção.

A influência do pH do meio no processo de

adsorção está descrita na Figura 5.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

qt (

mg

g-1

)

pH

Figura 5. Efeito do pH inicial do meio

Através da Figura 5, é possível observar

que há um aumento nos valores de qt à medida que

o pH inicial do meio aumenta. Esse aumento pode

ser explicado por meio da análise do pHPCZ, que

indica que a interação eletrostática entre o

adsorvente e o adsorvato será mais intensa em

valores superiores à 4,23.

Além disso, verifica-se que os valores de qt

tendem a ser maiores para valores de pH

compreendidos entre 8,0 e 9,0. Contudo, de acordo

com Pereira (2008), existe uma faixa de pH

específica, normalmente mais próxima da

alcalinidade, em que íons metálicos precipitam

como hidróxido na superfície do adsorvente. No

caso dos íons Zn2+, há a possibilidade de

precipitação como Zn(OH)2 próximo a pH = 7,0.

Desse modo, o pH = 6,0 mostrou-se como o valor

mais adequado para a avaliação do processo em

questão, visto que garante a remoção dos íons Zn2+

por adsorção, além de evitar a precipitação dos

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mesmos na superfície da lignina sob a forma de

hidróxido.

3.3. Equilíbrio do processo de adsorção A isoterma de Langmuir (Figura 6) foi

obtida a partir de um gráfico que relaciona Ce/qe

em função de Ce.

0 20 40 60 80 100 120 140 160

6

8

10

12

14

16

Ce/

qe

(g L

-1)

Ce (mg L-1)

Figura 6. Isoterma de Langmuir para a adsorção

de íons Zn2+ pela lignina de Pinus elliottii

Através dos coeficientes angular e linear e

da equação da reta, todos obtidos por meio de

regressão linear, determinou-se os valores de KL,

qm e R2, respectivamente. O parâmetro RL foi

estimado a fim de verificar se o processo de

adsorção de íons Zn2+ pela lignina de Pinus elliottii

é favorável ou não. Todas essas informações

encontram-se sumarizadas na Tabela 1.

Tabela 1. Parâmetros da isoterma de Langmuir

Parâmetro Valor

qm (mg g-1) 18,05

KL (L mg-1) 0,00807

RL15 0,892

RL20 0,861

RL50 0,713

RL100 0,553

RL150 0,452

RL200 0,383

R2 0,8169

A isoterma de Freundlich (Figura 7) foi

obtida a partir de um gráfico que relaciona log qe

em função de log Ce.

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

log

qe

log Ce

Figura 7. Isoterma de Freundlich para a adsorção

de íons Zn2+ pela lignina de Pinus elliottii

Os valores de KF e n foram encontrados

através dos coeficientes linear e angular da

equação, obtidos por regressão linear. Esses

valores, bem como o valor de R2, estão

apresentados na Tabela 2.

Tabela 2. Isoterma de Freundlich

Parâmetro Valor

KF (mg g-1 (mg L-1) -1/n) 0,249

n 1,33

R2 0,9624

Através dos resultados obtidos, verificou-se

que a isoterma de Freundlich é o modelo que

melhor se ajusta para o conjunto de dados, visto

que o valor de R2 foi de 0,9624. Ainda que essa

isoterma tenha sido a que melhor descreveu o

processo em questão, a mesma apresentou um R2

relativamente baixo e que possivelmente esteja

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relacionado a erros experimentais. Em um estudo

envolvendo a remoção de íons Cu2+ por amostras

de lignina Kraft, Brdar et al. (2012) verificaram, de

maneira análoga aos resultados desse trabalho, que

o modelo de Freundlich foi também mais

apropriado que o de Langmuir para descrever e

equilíbrio do processo de adsorção.

A isoterma de Freundlich considera que a

adsorção ocorre em superfície heterogênea e como

o valor encontrado para o parâmetro n foi maior do

que 1, existem evidências de que o processo em

questão seja físico, e consequentemente, reversível.

3.4. Cinética do processo de adsorção Os resultados para o modelo cinético de

pseudoprimeira ordem (Figura 8) foram obtidos

através de um gráfico que relaciona ln (qe - qt) em

função de t.

0 50 100 150 200 250

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

ln (q

e-qt

)

Tempo (min)

Figura 8. Modelo cinético de pseudoprimeira

ordem para a adsorção de íons Zn2+ pela lignina de

Pinus elliottii

Os parâmetros qe,calc (calculado) e k1 foram

determinados a partir dos coeficientes linear e

angular das equações formadas pela regressão de

ln (qe - qt) em função de t, respectivamente. Esses

dados, além dos valores de qe,exp (experimental) e

R2, estão sumarizados na Tabela 3.

O modelo de pseudossegunda ordem foi

analisado por meio da construção de um gráfico

(Figura 9) que relaciona t/qt em função do tempo.

De maneira análoga ao modelo de

pseudoprimeira ordem, os valores de qe,calc e k2

foram encontrados a partir dos coeficientes angular

e linear, respectivamente, obtidos através da

regressão linear de t/qt em função do tempo. Na

Tabela 3 estão apresentados estes parâmetros, bem

como os valores de qe,exp e R2.

0 50 100 150 200 250

0

5

10

15

20

25

30

35

40

t/qt

(min

g m

g-1)

Tempo (min)

Figura 9. Modelo cinético de pseudossegunda

ordem

Tabela 3. Parâmetros cinéticos para os modelos de

pseudoprimeira e pseudossegunda ordem

Parâmetro Pseudo1ª

ordem

Pseudo2ª

ordem

qe,exp 7,42 mg g-1 7,42 mg g-1

qe,calc 1,13 mg g-1 6,56 mg g-1

k 0,0029 min-1 0,033 g mg-1 min-1

R2 0,1203 0,9929

De acordo com a Figura 9 e a Tabela 3, é

possível afirmar que o conjunto de dados

experimentais se ajustou ao modelo cinético de

pseudossegunda ordem, uma vez que o valor de R2

foi de 0,9929 e não houve significativa

discrepância entre os valores dos parâmetros qe,exp

e qe,calc. Esse resultado se assemelha ao obtido em

um estudo realizado por Mohan et al. (2006), que

avaliaram a cinética do processo de adsorção de

íons Cu2+ e Cd2+ pela lignina Kraft, e comprovaram

que o mesmo também obedece ao modelo de

pseudossegunda ordem. Além disso, a constante

cinética do modelo de pseudossegunda ordem (k2),

assim como a constante cinética do modelo de

pseudoprimeira ordem (k1), apresentou um valor

Page 8: EXTRAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DA LIGNINA …scheneventos.com.br/eba/envio/files/145_arq1.pdf · chamada de lignina Klason, foi obtida por meio da despolimerização

pequeno, evidenciando que o processo em questão

não atinge o equilíbrio rapidamente.

4. CONCLUSÃO

O ensaio de FT-IR indicou que a lignina de

Pinus elliottii possui uma estrutura química

complexa e com diversos grupos funcionais.

Através da determinação do pHPCZ se verificou que

a adsorção será favorecida em pH superior a 4,23.

Com relação à otimização dos parâmetros

experimentais do processo de adsorção, os valores

obtidos para massa de adsorvente (225 mg),

velocidade de agitação do sistema (210 rpm) e pH

do meio (6,0), apresentaram-se como o melhor

ajuste encontrado para a análise do processo de

adsorção.

No que diz respeito à análise do equilíbrio

do processo de adsorção, verificou-se que a

isoterma de Freundlich foi a que melhor se ajustou

para o conjunto de dados experimentais obtidos

(R2 = 0,9624). A constante KF e o parâmetro n

resultaram em valores iguais a

0,249 (mg g-1 (mg L-1) -1/n) e 1,33, respectivamente.

O valor de n maior que 1 mostra que o processo de

adsorção é favorável.

Quanto ao estudo da cinética do processo de

adsorção, constatou-se que o modelo que melhor se

ajustou ao conjunto de dados experimentais foi o

modelo de pseudossegunda ordem (R2 = 0,9929).

O valor da constante k2 foi igual a 0,033 g mg-1

min-1, evidenciando que o processo de adsorção

não atinge o equilíbrio rapidamente.

Por fim, a lignina proveniente de resíduos de

madeira da espécie de Pinus elliottii mostrou ser

uma alternativa viável para a remoção de íons Zn2+

de soluções aquosas. Além disso, vale ressaltar que

a sua aplicabilidade como adsorvente minimiza a

quantidade de resíduos de madeira da indústria

moveleira descartados no meio ambiente, e

consequentemente, os impactos causados à

natureza.

5. REFERÊNCIAS

BRAND, M. A.; MUNIZ, G. I. B.; SILVA, D. A.;

KLOCK, U. Revista Floresta, v. 32, p.247-259,

2002.

BRDAR, M.; TAKAČI, A. A.; ŠĆIBAN, M. B.;

RAKIĆ, D. Z. Chemical Industry, v. 66, p.497-

503, 2012.

GUO, X.; ZHANG, S.; SHAN, X. Journal of

Hazardous Materials, v. 151, p.134-142, 2008.

LI, Z.; GE, Y. Journal of The Brazilian Chemical

Society, v. 22, p.1866-1871, 2011.

MIMURA, A. M. S.; VIEIRA, T. V. A.;

MARTELLI, P. B.; GORGULHO, H. F. Química

Nova, v. 33, p. 1274-1284, 2010.

MOHAN, D.; PITTMAN, C. U.; STEELE, P. H.

Journal of Colloid and Interface Science, v. 297, p.

489-504, 2006.

PEREIRA, Flaviane Vilela. Remoção de íons Zn

(II) de efluentes derivados de processos de

galvanoplastia utilizando rejeitos de fibras

vegetais modificadas quimicamente. 2008. 113 f.

Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia

Ambiental, Universidade Federal de Ouro Preto,

Ouro Preto, 2008.

RODRIGUES, D.; ROCHA-SANTOS, T. A. P.;

FREITAS, A. C.; GOMES, A. M. P.; DUARTE,

A. C. Science of the Total Environment, v. 461,

p. 126-138, 2013.

SMIČIKLAS, I.; MILONJIĆ, S.K.; PFENDT, P.;

RAIČEVIĆ, S. Separation and Purification

Technology, v. 18, p. 184-194, 2000.

SUHAS, P. J. M. C.; CARROTT, M. M. L.

Bioresource Technology, v. 98, p.2301-2312,

2007.

SUZUKI, M. Adsorption Engineering. Tokyo:

Kodansha, 1990.

TODORCIUC, T.; BULGARIU, L.; POPA, V. I..

Cellulose Chemistry And Technology, v. 49, p.439-

447, 2015.

6. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à CAPES, CNPq e

FAPERGS pelo apoio financeiro.