Nanotubos de carbono como nanoadsorventes na remoção de corantes sintéticos de soluções aquosos : um estudo experimental e teórico

Abstract

Este trabalho teve como objetivo investigar a adsorção de corantes têxteis (Vermelho Reativo 194 e Azul de Prociona MX-R) em nanotubos de carbono (NTC) em meio aquoso. Para tanto, empregou-se nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e carvão ativo (CA) em pó, ambos comerciais, na remoção do corante têxtil Vermelho Reativo 194 e nanotubos de carbono de parede simples (NTCPS) e NTCPM na remoção do corante têxtil Azul de Prociona MX-R. Os NTCPS foram sintetizados utilizando a técnica de deposição química de vapor catalisada. Os adsorventes foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho e Raman, isotermas de adsorção/dessorção de N2 e microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Os efeitos do pH, tempo de agitação e da temperatura na capacidade de adsorção foram investigados. O tempo de contato para obter equilíbrio a 298 K foi fixado em uma hora para o caso onde foi empregado o corante Vermelho Reativo 194 e três horas para o caso onde foi empregado o Azul de Prociona MX-R. A região de pH ácido (pH 2,0) foi favorável para as adsorções de ambos corantes. A energia de ativação do processo de adsorção foi avaliada nas temperaturas entre 298-323 K para os NTCPM e CA, na adsorção do corante Vermelho Reativo 194. O modelo cinético de ordem fracionária de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Vermelho Reativo 194 em comparação com os modelos cinéticos de adsorção de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Por outro lado, o modelo cinético de ordem geral foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Azul de Prociano MX-R, em comparação aos modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Tanto para o corante Vermelho Reativo 194, quanto para o corante Azul de Prociona MX-R, os dados de equilíbrio obedeceram ao modelo de isoterma de Liu. O cálculo dos parâmetros termodinâmicos de adsorção indicou que a adsorção de ambos ocorre de forma endotérmica, espontânea e favorável para todas as temperaturas investigadas. Adicionalmente, a magnitude da entalpia indica que a adsorção para os dois corantes se dá através de interação eletrostática. Isso pode ser confirmado por cálculos ab initio, baseados na teoria do funcional da densidade, implementados no código SIESTA, para a adsorção do Azul de Prociona MX-R e um NTCPS (8,0).

This work aimed to investigate the adsorption of textile dyes (Reactive Red M-2BE and Reactive Blue 4) on carbon nanotubes (CNT). To this purpose, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and powdered activated carbon (AC), both commercial, were used in removal of textile dye Reactive Red M-2BE and single-wall carbon nanotubes (SWCNT) and MWCNT in the removal of textile dye Reactive Blue 4. The SWCNT were synthesized by catalytical chemical vapour deposition. The adsorbents were characterised by infrared and Raman spectroscopy, N2 adsorption/desorption isotherms and scanning and transmission electron microscopy. The effects of pH, shaking time and temperature on adsorption capacity were studied. The contact time to obtain equilibrium at 298 K was fixed at 1 hour for the case where the Reactive Red M-2BE dye was used and 3 hours for the case where the dye was used Reactive Blue 4. In the acidic pH region (pH 2.0), the adsorption of the both dyes were favourable. The activation energy of the adsorption process was evaluated from 298 to 323 K for MWCNT and AC, in the adsorption of the Reactive Red M-2BE dye. The Avrami fractional-order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Red M-2BE dye compared with pseudo-first-order or pseudo-second-order kinetic adsorption models. On the other hand, the general order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Blue 4 dye, compared with pseudo-first order and pseudo-second order kinetic adsorption models. For both the Reactive Red M-2BE and the Reactive Blue 4 dyes, the equilibrium data were best fitted to the Liu isotherm model. The calculation of the thermodynamic parameters of adsorption indicated that adsorption of both dyes by adsorbents occurs so endothermic, spontaneous and favorable for all temperatures studied. Additionally, the magnitude of enthalpy indicates that the adsorption process for both dyes occurs through electrostatic interaction. This can be confirmed by ab initio calculations based on density functional theory, implemented in the SIESTA code, for the adsorption of Reactive Blue 4 textile dye and a SWCNT (8.0).