CMC LAS Acido Sulfônico

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Dissertao de Mestrado:

Ensaios de Biodegradao de Surfactantes em Resduos IndustriaisAutor: Amauri Geraldo de Souza

Universidade Federal de So Joo Del-Rei Departamento de Cincias Naturais Ps-Graduao Multidisciplinar em Fsica, Qumica e Neurocincias

Ensaios de Biodegradao de Surfactantes em Resduos IndustriaisDissertao apresentada a Universidade Federal de So Joo del Rei, para obteno do ttulo de Mestre em Qumica Analtica, rea de concentrao:Qumica Ambiental

AUTOR: Amauri Geraldo de Souza ORIENTADORA: Patrcia Benedini Martelli Dra. IQSC-CENA/USP- Prof. UFSJ CO-ORIENTADORA: Honria de Ftima Gorgulho Dra. UFMG Prof. UFSJ

So Joo del Rei Estado de Minas Gerais Brasil Julho 2006

SOUZA, Amauri Geraldo de Ensaios de Biodegradao de Surfactantes em Resduos Industriais. [Minas Gerais] 2006 V, 94 p. 29,5 cm (DCNAT/UFSJ, M. SC., Qumica,2006) Dissertao - Universidade Federal de So Joo Del-Rei, Multidisciplinar em Fsica, Qumica e Neurocincias. 1.Biodegradao 2. Resduos Industriais 3. Surfactantes I. UFSJ II. Ttulo (srie)

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Aos meus pais Duca e Erclia A minha namorada pelos momentos de ausncia e impacincia Aos meus irmos, Jos, Carlos, Anelito, Edna e Arlan Aos meus queridos sobrinhos Aos meus familiares DEDICO

DEUS, que me fez compreender que devemos aceitar sempre a Sua vontade, e no a nossa

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AGRADECIMENTO

- DEUS, por iluminar e guiar sempre a minha vida, dando-me sade e persistncia; - Aos meus pais pelo incentivo, perseverana, carinho e confiana depositados, sem ELES nada seria possvel; - A Prof Dra. Patrcia Benedini Martelli pela amizade, orientao e ensinamento do decorrer do curso; - A Prof Dra. Honria de Ftima Gorgulho pela co-orientao, estmulo e auxlio no decorrer de todo o curso; - A Prof Dra. Andria Spessoto, pela amizade, auxlio na parte de microbiologia - Ao Prof. Dr. Valdir Mano pelas correes de portugus - Aos funcionrios e professores do DCNAT/FIQUINI, pela amizade e confiana depositados; - A todos os colegas do Laboratrio de Qumica, que direta ou indiretamente contriburam para elaborao desta dissertao, especialmente ao Joo pela parte de anlises, Everton pelas fotos e ao Diego pela parte de DQO; - Ao tcnico do Laboratrio de Qumica, Denlson, pela ajuda dada na parte experimental; - A CAPES pelo auxlio financeiro, atravs da concesso de bolsa de estudos, para realizao do trabalho; - Ao colega Douglas pela amizade, incentivo, compreenso e convvio dirio na repblica

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LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS ABS sais sdicos de alquilbenzeno sulfonados ramificados, surfactante aninico AT porcentagem de biodegradao do surfactante CPC cloreto de cetilpiridneo, surfactante catinico CTAS substncias ativas ao tiocianato de cobalto C.M.C concentrao micelar crtica CO concentrao inicial mdia da soluo do tensoativo (em mg SAAM/L) CT concentrao da soluo no tempo t (em mg SAAM/L) Cia SJ Companhia de Tecelagem Sanjoanense DBO demanda bioqumica de oxignio DBO5 demanda biolgica de oxignio do 5 dia DQO demanda qumica de oxignio FIA sistema de anlise por injeo em fluxo FITEDI Fiao e Tecelagem de Divinpolis LAS lauril sulfato de sdio, surfactante aninico MBAS Substncias ativas ao azul de metileno TP tetrmero de propileno SAAM substncias ativas ao azul de metileno SDS dodecil sulfato de sdio, surfactante aninico rpm rotaes por minuto U.F.C unidades formadoras de colnias Mic grau de dissociao da micela GMic energia de Gibbs para o processo de micelizao HMic - entalpia padro para o processo de micelizao SMic entropia do processo de micelizao - grau de dissociao da micela

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RESUMO A possibilidade de empregar materiais oriundos da natureza, que possuem capacidade de degradar compostos qumicos, considerados txicos ao meio ambiente, tem apresentado uma alternativa atrativa. Esses materiais so encontrados em grande abundncia nos ecossistemas. Nesse trabalho, a biodegradao das solues-padro dos tensoativos aninico e catinico, lauril sulfato de sdio (LAS), cloreto de cetilpiridneo (CPC), respectivamente foram avaliadas. Para isso, algumas variveis analticas das metodologias espectrofotomtricas empregadas para a determinao dos surfactantes foram otimizadas. No processo de biodegradao, utilizou-se trs inculos: rio, solo e o lodo, os quais foram coletados na regio de So Joo del Rei. Amostras industriais e comerciais foram empregadas na biodegradao de surfactante aninico. O trabalho foi realizado no Laboratrio de Pesquisa em Qumica, da Universidade de So Joo del Rei, e a parte microbiolgica foi caracterizada na Universidade de So Paulo - ESALQ/USP Para o processo de biodegradao, empregou-se solues-padro de 1,0 a 5,0 mg.L-1 do LAS e 30 a 50 mg.L-1 do CPC. A biodegradao dos tensoativos nas solues-padro estudadas, foram avaliadas monitorando quantitativamente a sua concentrao, durante um perodo de 20 dias. As curvas analticas de 0,1 a 2,0 mg.L-1 e 2,5 a 60 mg.L-1 para LAS e CPC, respectivamente mostraram uma boa linearidade (R = 0,999).Todos os inculos utilizados para o LAS mostraram boa biodegradao (> 95%). Enquanto que, para a biodegradao do CPC, o solo apresentou melhor biodegradao. Os resultados mostraram que os tensoativos foram biodegradados pelos microorganismos dos inculos estudados. As propriedades fsico-qumicas no processo de micelizao dos tensoativos foram investigadas para solues-padro de LAS e CPC (ex: concentrao micelar crtica e grau de dissociao). Os parmetros termodinmicos foram determinados utilizando condutimetria. Os valores da energia de Gibbs, entalpia e a entropia foram obtidos por medidas de condutividade e temperatura. Os resultados mostraram que essas propriedades so proporcionais ao aumento da temperatura e ainda, as anlises quantitativas foram realizadas abaixo da concentrao micelar crtica.

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ABSTRACT The possibility to use natural materials, which are capable to degrade chemical compounds that are considered toxic to the environment, has been an attractive alternative. Besides, these materials are found in great abundance in the ecosystems. In the present work, the biodegradation of the anionic and cationic tensoactives lauril sodium sulphate (LAS) and cetylpyridinium chloride (CPC), respectively, was evaluated by investigating analytical parameters of spectrophotometric methods employed in surfactants determination. In the biodegradation process, the inoculums used, river, soil, and mud, were collected in So Joo del Rei region. Industrial and commercial samples were used for surfactant anionic biodegradation. Most of this work was development in the Chemistry Research Laboratory at So Joo del Rei University, whereas the microbiology assays were conducted at the University of So Paulo USP/ESALQ. In the biodegradation process standard solutions ranging from 1.0 to 5.0 mg L-1 of LAS and 30 to 50 mg L-1 of CPC were employed. The tensoactives biodegradation in these solutions were monitoring by quantitatively determining their concentration for a 20-day period. The analytical curves in the ranges 0.1 to 2.0 mg L-1 and 2.5 to 60 mg L-1 for the LAS and CPC, respectively, exhibited linear profiles (R=0.999). All inoculums allowed high (>95%) biodegradation of LAS. On the other hand, for CPC, the soil presented the best biodegradation. The results showed that the tensoactives were efficiently degraded by the microorganisms presenting the inoculums. The physical-chemistry proprieties in the process of micellization of the tensoactives were investigated for LAS and CPC (e.g. critical micelle concentration and dissociation degree). These thermodynamic parameters were determined by conductimetry. The Gibbs free energy (GMic), enthalpy (HMic), and entropy (SMic) were obtained by conductivity and temperature measurements. The results showed that these proprieties are directly proportional to the temperature. Furthermore, quantitative analyses were accomplished below the critical micelle concentration.

viii

SumrioLista de abreviaturas e smbolos.......................................................................... ndice de Figuras................................................................................................... ndice de Tabelas.................................................................................................. 1 INTRODUO.............................................................................................. 2 OBJETIVOS................................................................................................... 3 REVISO DA LITERATURA...................................................................... 3.1 Classificao dos tensoativos...................................................................... 3.1.1 Tensoativos aninicos............................................................................... 3.1.2 Tensoativos catinicos.............................................................................. 3.2 Agregao dos tensoativos em soluo aquosa........................................ 3.3 Biodegradao............................................................................................. 3.4 Anlise de surfactantes............................................................................... 3.5 Demanda Qumica de Oxignio (DQO)...................................................... 3.6 Caracterizao termodinmica dos tensoativos estudados.......................... 4 RELAO ENTRE OS PARMETROS MICELAR E A ESTRUTURA DO TENSOATIVO.............................................................................................. 4.1 Natureza do grupo hidrofbico.................................................................. 4.2 Natureza do grupo hidroflico.................................................................... 4.3 Natureza do contra-on................................................................................ 4.4 Termodinmica do processo de micelizao...........................