Funcionalização de aerogéis de sílica para adsorção de corantes têxteis

Abstract

Os corantes têxteis são substâncias solúveis em água que são capazes de conferir cor a um substrato. O seu uso gera elevada quantidade de águas contaminadas que de algum modo têm de ser tratadas. O facto dos corantes serem relativamente estáveis, resistentes à luz e praticamente não biodegradáveis obriga a que as formas de tratamento mais convencionais tenham que ser melhoradas e se tentar novas vias para tratar efluentes com corantes têxteis. No caso da adsorção, o carvão ativado nem sempre apresenta bons resultados. Cria-se, assim, a necessidade de desenvolver outros adsorventes. Neste trabalho é estudada a adsorção dos corantes Rubi Levafix CA (corante reativo) e Indanthrene Blue CLF (corante à cuba) recorrendo aos aerogéis de sílica como adsorventes. Deste modo, desenvolveram-se xerogéis e aerogéis funcionalizados pelo método do co-precursor, recorrendo aos precursores tetrametil ortosilicato (TMOS), metiltrimetoxisilano (MTMS), (3-aminopropil)trimetoxisilano (APTMS) e (3-glicidiloxipropil)trimetoxisilano (Glymo). Um dos aerogéis ainda teve uma modificação de superfície com incorporação de β-ciclodextrina. Para o corante à cuba não foi possível realizarem-se os estudos de adsorção, uma vez que se observaram problemas de instabilidade das soluções de corante e de separação do adsorvente/adsorvato. Para o corante reativo foram realizados testes de adsorção em equilíbrio obtendo-se a seguinte ordem crescente de capacidades de adsorção: A-TM < A-TMG < CAG < A-BCD < X-MA < X-TA < A-TA. O modelo de Langmuir revelou-se o melhor para descrever o processo de adsorção dos dois melhores adsorventes testados, X-TA e A-TA, tendo-se obtido uma capacidade de adsorção máxima de 6,7 mg g^-1 e 19,1 mg g^-1, respetivamente. A partir destes testes concluiu-se, com algumas reservas, que o fenómeno de adsorção se dá por estabelecimento de ligações químicas e pontes de hidrogénio, sendo influenciado por impedimentos estéreos das moléculas do corante. Verificou-se, também, que as interações adsorvato/adsorvente são favorecidas pela presença de grupos amina e hidroxilo das terminações da rede de sílica do adsorvente. A diferença de capacidade de adsorção do material X-TA e do material A-TA reside na textura da estrutura de sílica.A cinética de adsorção foi melhor representada pelo modelo de pseudo-segunda ordem o que sugere que o processo de adsorção é limitado por uma reação de superfície e obteve-se uma capacidade de adsorção de equilíbrio de 6,9 mg g^-1 e de 9,3 mg g^-1 para X-TA e A-TA, respetivamente.

Textile dyes are water-soluble substances that are capable to impart color to a substrate. Its use generates a large amount of contaminated water which must be treated. The fact that the dyes are relatively stable, light-resistant and practically non-biodegradable means that the more conventional forms of treatment need to be improved and innovative ways to treat effluents with textile dyes must be tried out. In the case of adsorption, activated carbon does not always show satisfactory results. This creates the need to develop other adsorbents.In this work the adsorption of the dyes Rubi Levafix CA (reactive dye) and Indanthrene Blue CLF (vat dye) are studied using silica aerogels as adsorbents. In this way, xerogels and aerogels functionalized by the co-precursor method were developed using tetramethylortho silicate (TMOS), methyltrimethoxysilane (MTMS), (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS) and (3-glycidyloxypropyl) trimethoxysilane precursors (Glymo). One of the aerogels had a surface modification incorporating β-cyclodextrin.For the blue dye, it was not possible to carry out the adsorption studies, due to instability problems that were observed in the dye solutions and difficulty in the absorbent/adsorbate separation. For the ruby dye, equilibrium adsorption tests were performed, obtaining the following order of adsorption capacities: A-TM <A-TMG <CAG <A-BCD <X-MA <X-TA <A-TA. The Langmuir model proved to be the best to describe the adsorption process of the two most promising adsorbents, X-TA and A-TA, obtaining a maximum adsorption capacity of 6,7 mg g^-1 and 19,1 mg g^-1, respectively. From these tests it was concluded, with some reservations, that the phenomenon of adsorption occurs by establishing chemical bonds and hydrogen bonds, being influenced by steric impedance of the dye molecules. It has also been found that adsorbate/adsorbent interactions are favored by the presence of amine and hydroxyl groups in the silica network terminations of the adsorbent. The difference in adsorption capacity of the X-TA material and the A-TA material lies in the texture of the silica structure.The adsorption kinetics were better represented by the pseudo-second order model, which suggests that the adsorption process is limited by a surface reaction. An equilibrium adsorption capacity of 6,9 mg g^-1 and 9,3 mg g^-1 for X-TA and A-TA, respectively, was obtained.To finish the study of adsorption of the ruby dye in adsorbents X-TA and A-TA, chemical, thermal and ultraviolet radiation regeneration tests were carried out. The latter two did not prove to be a promising route for adsorbent regeneration. Chemical regeneration was carried out in 4 cycles of adsorption/desorption, which showed that the ruby dye continues to be efficiently adsorbed in both materials (X-TA and A-TA).