AOUADA, F. A.

CHIOU, B. S.

MATTOSO, L. H. C.

ORTS, W. J.

PAN, Z.

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa

ISSN 2175-8395Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuáriaEmbrapa Instrumentação AgropecuáriaMinistério da Agricultura, Pecuária e AbastecimentoRede de Nanotecnologia Aplicada ao AgronegócioAnais do V Workshop 2009Odílio Benedito Garrido de AssisWilson Tadeu Lopes da SilvaLuiz Henrique Capparelli MattosoEditoresEmbrapa Instrumentação AgropecuáriaSão Carlos, SP2009Exemplares desta publicação podem ser adquiridos na:Embrapa Instrumentação AgropecuáriaRua XV de Novembro, 1452Caixa Postal 741CEP 13560-970 - São Carlos-SPFone: (16) 2107 2800Fax: (16) 2107 2902http://www.cnpdia.embrapa.brE-mail: sac@cnpdia.embrap.brComitê de Publicações da UnidadePresidente: Dr. Luiz Henrique Capparelli MattosoMembros: Dra. Débora Marcondes Bastos Pereira Milori,Dr. João de Mendonça Naime,Dr. Washington Luiz de Barros MeIoValéria de Fátima CardosoMembro Suplente: Dr. Paulo Sérgio de Paula Herrmann JuniorSupervisor editorial: Dr. Victor Bertucci NetoNormalização bibliográfica: Valéria de Fátima CardosoCapa: Manoela Campos e Vaientim MonzaneImagem da Capa: Imagem de AFM de nanofibra de celulose - Rubens Bemardes FilhoEditoração eletrônica: Manoela Campos e Valentim Monzane1ª edição1ª impressão (2009): tiragem 200Todos os direitos reservados,A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ou 'em parte,constitui violação dos direitos autorais (Lei na 9.610).CIP-Brasil. Catalogação-na-publicação.Embrapa Instrumentação AgropecuáriaAnais do V Workshop da rede de nanotecnologia aplicada aoagronegócio 2009 - São Carlos: Embrapa InstrumentaçãoAgropecuaria, 2009.IrregularISSN: 2175-83951. Nanotecnologia - Evento. L Assis, Odílio Benedito Garrido de.Il, Silva, Wilson Tadeu Lopes da. Ill. Mattoso, Luiz HenriqueCapparelli. IV. Embrapa Instrumentação Agropecuaria© Embrapa 2009Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V WorkshopEMPREGO DE ISOTERMAS DE LANGMUIR E FREUNDLICH NOPROCESSO DE ADSORÇÃO DE PARAQUAT POR HIDROGÉIS DEPOLIACRILAMIDA E METILCELULOSEFauze Ahmad Aouada':', Zhongli Pan", Bor-Sen Chiou", William J. Orts", Luiz Henrique CapparelliMattoso"'Depto. de Química - UFSCar, 13560-905, São Carlos, SP2Processed Foods Research Unit, USDA-ARS- WRRC, Albany, CA, United States3Bioproduct Chemistry & Engineering Research Unit, USDA-ARS- WRRC, Albany, CA, United States"Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação Agropecuária,13560-970, São Carlos, SP * mattoso@cnpdia.embrapa.brProjeto Componente: PC4 Plano de Ação: Ol.05.l.0 l.04.04Resumoo presente trabalho teve como objetivo principal aplicar as isotermas de adsorção descritas porLangmuir e Freundlich no processo de adsorção do pesticida paraquat pelos hidrogéis depoliacrilamida e metilcelulose. Os resultados demonstraram que os dados experimentais obtidossão melhores descritos quando a isoterma de Freundlich é aplicada. Pelas análises dos parâmetrosobtidos a partir das isotennas de Freundlich (KF e n) conclui que o processo de adsorção é maisfavorável para hidrogéis com concentração de metilcelulose em tomo de 0,5 %: KF = 0,619 L gole1/n= 1,060.Palavras-chave: hidrogéis, isotermas de Langmuir, isotermas de Freundlich, adsorção, paraquat.IntroduçãoIsotermas de adsorção são modelosmatemáticos que descrevem a distribuição deadsorbatos entre líquidos e adsorventes, baseando-seem um conjunto de dados que principalmente estãorelacionados com ahomogeneidade/heterogeneidade das superfícies dasespécies adsorventes, e a possibilidade de interaçãoentre as espécies adsorbatas (CHEN et al., 2007).O processo de adsorção ocorre principalmentecomo resultado da interação entre duas moléculas,no nosso caso entre moléculas adsorventes(superfície do hidrogel) e moléculas de pesticida,que atua como adsorbato.A equação de Langmuir, que foi inicialmenteutilizada para descrever a adsorção de gases porsólidos, baseia-se em três suposições: (a) a superfíciede adsorção é homogênea, isto é, a adsorção éconstante e independente da extensão da coberturada superfície; (b) a adsorção ocorre em sítiosespecíficos, sem interação com as moléculas dosoluto; (c) a adsorção toma-se máxima quando umacamada monomolecular cobre totalmente asuperfície do adsorvente (ALLEONI et aI., 1998). Jáa isoterma de Freundlich assume que o processo deadsorção ocorre em superfícies heterogêneas. Emgeral, em sistemas que seguem essa isoterma, oprocesso de adsorção ocorre com a formação demulticamadas.Este trabalho teve como objetivo estudaratravés das isotermas de Langmuir e Freundlich oprocesso de adsorção do pesticida paraquat peloshidrogéis de PAAm eMe.Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009148Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V WorkshopMateriais e métodosOs hidrogéis constituídos por PAAm epolissacarídeo biodegradável MC foram obtidos pormeio de polimerização química do monômeroacrilamida (AAm) em solução aquosa contendo MC,agente de reticulação N'-N metileno-bisacrilarnida(MBAAm) e catalisador N,N,N',N'- tetrametil-etilenodiamina (TEMED). Persulfato de sódio foiutilizado como iniciador da reação de polimerizaçãovia radical livre. Foi adotada a notação (AAm-MC)para identificação dos hidrogéis.Com o intuito de investigar o tipo de adsorção,modelos de Langmuir e Freundlich que são os maisusados para descrever isotermas para aplicações emremediação de água. O modelo de Langmuir pode serrepresentado pela Equação abaixo:eeq =_1_+ uL eq~K eqonde qc~ é a adsorção máxima de pesticida pelohidrogel (mg g-I),Ceq é a concentração da solução depesticida no equilíbrio (mg L-I), KL (L g-I) e uL(L mg') são constantes das isotermas de Langmuir.O modelo baseado na isoterma de Freundlichpode ser expresso pela seguinte Equação:onde KF (L g.l) e n (mg L-I) são constantes queincorporam todos os fatores que refletem o processode adsorção (capacidade e intensidade de adsorção).Resultados e discussãoAs análises de adsorção foram realizadas apartir de solução aquosa com diferentesconcentrações de paraquat. As condições do estudoforam: [paraquat] = 4,6 - 45,7 mg L-I (1 mg L-I= Ippm), [AAm] = 6,0 % (m/v) e [MC] = O - 1,0 %(m/v). A cinética de adsorção foi acompanhada até oestado de equilíbrio, com temperatura controlada de25,0 ± 0,1 "C. As concentrações do paraquat foramdeterminadas em espectrofotômetro UV-Visívelbaseando-se em uma curva de calibração,previamente construída em "A= 258 nrn, R2 = 0.9991.Exemplos da aplicação das isotermas deFreundlich e Langmuir aplicados para o mesmohidrogel são mostrados nas Figuras 1 e 2,respectivamente.Os valores das constantes e do coeficiente deregressão linear (R2) obtidos para cada modelo estãolistados na Tabela 1. Baseando nos valores de R2, aadsorção do pesticida paraquat em hidrogéisconstituídos por PAAm e MC seguiu o modelo deFreundlich.4~= 0,94463- 2Ol • •r!ir •o- •.s o •-1-2+-~.-~.-~,,~-r~-.~-.~~0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0In eeq (mg (1)Fig. 1. Curva da isoterma de Freundlich realizadopara o estudo de adsorção do pesticida paraquatpara o hidrogel de PAAm-MC constituído por 6,0% AAm e 0,25 % Me.87 ~= 0,77666 •- 5~ •9 4!ir •o- • •ü!ir3 •2 •o+-~,-~.-~-,~-.~-.~-.~-.~O 5 10 15 20 25 30 35eeq (mg [1)Fig. 2. Curva da isoterma de Langmuir realizadopara o estudo de adsorção do pesticida paraquatpara o hidrogel de PAAm-MC constituído por 6,0% AAm e 0,25 % MC.O parâmetro KF é uma constante do sistema eestá diretamente relacionada com a energia deligação, que geralmente é definida como sendo umcoeficiente de adsorção ou distribuição. Talconstante nos informa sobre a quantidade deparaquat adsorvido nos hidrogéis. O parâmetro 1/ntambém é uma medida da intensidade de adsorçãoem superficies heterogêneas (TSAI et al., 2004).Segundo Aygun et al. (2003) quanto mais o valor de1/n se aproximar de zero, maior afinidade oadsorbato terá pelo adsorvente. Além disso, valoresde n > 1 indicam que a adsorção está acontecendo emmulticamadas.Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009149Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V WorkshopTabela 1. Valores das constantes obtidas através dasanálises das isoterrnas de Langmuir e Freundlichpara o estudo de adsorção do pesticida paraquat emhidrogéis (AAm-MC).Constantes de LangmuirKL UL Qo Ri(6,0-0) 0,079 0,0644 1,225 0,8740(6,0-0,25) 0,413 0,0362 11,417 0,7766(6,0-0,5) 0,558 -0,0099 -56,107 0,0948(6,0-0,75) 0,427 -0,0117 -36,690 0,0825(6,0-1,0) 0,512 -0,01734 -29,521 0,1161Constantes de FreundlichKF n lln Ri(6,0-0) 0,140 1,939 0,516 0,9042(6,0-0,25) 0,498 1,309 0,764 0,9446(6,0-0,5) 0,619 0,943 1,060 0,8231(6,0-0,75) 0,475 0,889 1,125 0,6939(6,0-1,0) 0,377 0,737 1,357 0,7983Os coeficientes indicaram que quanto maior aconcentração de metilcelulose, mais os sistemasdesviam de um comportamento simples de adsorção.Também, provavelmente esses desvios possamindicar que o paraquat adsorve em sítiospreferenciais da metilcelulose e/ou poliacrilamida.Os valores de KF aumentam com o aumento daconcentração de metilcelulose na solução de sínteseatingindo um valor máximo em MC = 0,5 % (KF =0,619 L g_I).Acima dessa concentração, pode serobservado um decréscimo em KF• Isto é um indícioque ocorre saturação dos grupamentos hidroxilaspela interação com paraquat para MC >0,5 %..Adicionalmente, os valores de lIn mostraramque o processo de adsorção é mais favorável parahidrogéis com concentração de metilcelulose menorque 0,5 %. Onde o máximo do processo de adsorçãoocorre para l/n e 1, hidrogéis constituídos por 6,0 %AAmeO,5%MC.ConclusõesO tipo de adsorção do paraquat foi melhordescrito pelo modelo baseado nas isoterrnas deFreundlich. Os resultados mostraram que os valoresde KF dos hidrogéis aumentam com o aumento daconcentração de metilcelulose na solução de sínteseatingindo um valor máximo em MC = 0,5 % (KF =0,619 L g'). Os valores de lIn mostraram que oprocesso de adsorção é mais favorável para hidrogéiscom concentração de metilcelulose em torno de0,5 % (lIn:::::1).AgradecimentosCNPq, FAPESP, FIPAI, FINEP/MCT, EMBRAPA,USDA.ReferênciasALLEONI, L. R. F.; CAMARGO, O. A.;CASAGRANDE,1. C. Sei. Agrie., [Piracieaba], v.55, n. 3, p. 379-387, 1998.AYGUN, A; YENISOY-KARAKAS, S.; DUMAN,LMicroporous Mesoporous Mater., [S. 1.],v. 66, n.2-3,p.189-195,2003.CHEN, c., LI, X.; ZHA, D.; TAN, X.; WANG, X.Colloids Surf., A, Amsterdam, v. 302, n. 1-3, p. 449-454,2007.TSAI, W. T; LAr, C. W.; HSIEN, K. J.Chemosphere, Oxford, v. 55, n. 6,p. 829-837,2004.Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18de setembro de 2009150

Emprego de isotermas de langmuir e freundlich no processo de adsorção de paraquat por hidrogéis de poliacrilamida e metilcelulose.

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