Remoção de fosfato de solução aquosa por quitosana-ferro(III)-reticulada utilizando smartphone nas análises como um experimento didático

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Ferreira, Sandro Rubens Souza
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; Química - Mestrado Profissional
• Palavras-chave em Português: Quitosana - Adsorção; Espectrofotometria; Fósforo; Química analítica - Estudo e ensino; Química Analítica
• Link de acesso: https://locus.ufv.br//handle/123456789/32193; https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2024.004

O fósforo é um nutriente essencial para qualquer organismo, mas o excesso produzido por efluentes de atividades industriais vem acidificando e degradando corpos d’água devido à eutrofização, gerando a destruição da vida aquática. Assim, torna-se necessário a remoção de fósforo (fosfato) dos efluentes antes de sua descarga nos corpos d’água. Vários métodos têm sido desenvolvidos para eliminar estes poluentes de águas residuárias. A adsorção tem sido considerada como uma técnica promissora, devido ao seu baixo custo e alta eficiência. Dentre os materiais alternativos utilizados para adsorção de fosfato encontra-se a quitosana, a qual é obtida em escala industrial pela desacetilação alcalina da quitina, um dos biopolímeros mais abundantes na natureza. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o processo de adsorção de fósforo pelo método de batelada utilizando Quitosana-Ferro(III)-Reticulada (QTS-Fe(III)- R). Os experimentos de adsorção de fósforo em QTS-Fe(III)-R são propostos para serem utilizados como material didático para o ensino de química. Neste trabalho o fosforo foi quantificado por meio da aquisição de imagens digitais RGB, utilizando-se um smartphone. O aplicativo Color Grab foi responsável por fazer a decomposição das imagens em um modelo RGB. A quitosana comercial foi solubilizada em ácido acético formando um gel, sendo posteriormente gotejado por meio de uma bomba peristáltica em uma solução de NaOH 0,5 mol L-1 gerando as esferas. As esferas foram lavadas com água, reticuladas com glutaraldeido 2,5% (v/v) por 2 horas e em seguida complexadas com íons Fe(III). As esferas de QTS-Fe(III)-R foi caracterizado por espectroscopia no infravermelho (IV) e Difratometria de Raios-X (DRX). Estudos de capacidade de adsorção foram realizados pelo processo de batelada, utilizando-se soluções de fósforo em pH = 7,0 na concentração de 50 mg L-1. A adsorção do fósforo foi realizada com uma dosagem do adsorvente de 5 g L-1, avaliando-se os parâmetros: dosagem, pH, cinética e termodinâmico, isoterma, efeitos de íons interferentes e dessorção. O teor do fosfato foi determinado na solução pelo método espectrofotométrico do complexo de azul de molibdênio. Nas análises do fosfato quando empregado o smartphone, o canal R do modelo RGB apresentou a melhor reposta analítica. O pH ótimo de adsorção de fósforo pelas esferas de QTS-Fe(III)-R foi 7,0. Obteve-se um tempo de 4 horas para atingir o equilíbrio de adsorção. O estudo de isoterma de adsorção foram feitos colocando 50 mg de esferas QTS-Fe(III)-R em contato com 10 mL de soluções de fosfato em diferentes concentrações (1 e 160 mg L-1 mg L- ). O pH foi ajustado para 7,0 (pH ótimo) e o sistema mantido sob agitação por 6 horas em banho termostatizado a 25 ºC. Este estudo de isoterma de adsorção foi realizado pela aplicação do modelo de Langmuir, que apresentou um bom ajuste aos dados experimentais (R2 > 0,98). A capacidade máxima de adsorção foi de 22,12 mg g-1 e a constante de afinidade, b, de 0,047 L mg-1. Os modelos cinéticos utilizados nesse trabalho foram: pseudo-primeira ordem, pseudo- segunda ordem e difusão intrapartícula. Houve uma melhor correlação dos dados experimentais para o modelo pseudo-segunda ordem (R2>0,99), sendo este o mais satisfatório para descrever os dados de cinética de adsorção. A taxa de dessorção do fosfato pela QTS-Fe(III)-R foi avaliada através de três ciclos dessorção de 48 horas, utilizando-se solução extratora de HCl 0,1 mol L-1. Observou-se que o HCl proporcionou no primeiro ciclo uma extração de 87% do fosfato. O emprego do HCl 0,1 mol L-1 não proporcionou degradação da QTS-Fe(III)-R, mesmo após vários ciclos de dessorção. O que possibilita a reutilização da QTS-Fe(III)-R e a recuperação dos ânions fosfatos. A esferas de QTS-Fe(III)-R mostraram-se viáveis para serem aplicadas em processos de tratamento de água contendo fósforo, uma vez que apresenta boa capacidade de adsorção e podendo ser recuperado por dessorção. Pode-se concluir também que as análises de fosfato obtidas pelo método proposto utilizando o smartphone quando comparado ao método espectrofotométrico de referência foram próximos, ou seja, obteve-se um erro percentual menor que 2,5%. Assim, o método proposto empregando o smartphone para análise de fosfato exibe vantagens por sua simplicidade de operação e baixo custo, podendo ser levado para análises em campo. Este trabalho permite que o aluno do ensino médio crie hipóteses, organize e obtenha as explicações para entender o fenômeno ocorrido no processo de adsorção de fosfato pela QTS- Fe(III)-R. Assim, o experimento permite o desenvolvimento de habilidades e pensamentos relacionados ao processo de adsorção, compreender os resultados experimentais obtidos, bem como a importância da construção do conhecimento ambiental. O direcionamento ambiental dado pela retirada do fósforo do meio ambiente irá proporcionar aos alunos do ensino médio a aquisição de conhecimentos significativos acerca da importância da química e sua contribuição referente aos cuidados com o meio ambiente. O uso do aplicativo de celular Color Grab permiti que os alunos tenham conhecimento de recurso tecnológico de baixo custo que possa ser utilizado como um espectrofotômetro portátil. Isso possibilitou a aplicação de uma técnica analítica acessível numa aula experimental de química ambiental no ensino médio, sendo também uma alternativa viável para sua utilização em campo.