Modelagem cinética da adsorção e da dessorção de íons zinco por micropartículas de vidro ricas em sódio no desenvolvimento de aluminossilicatos antimicrobianos atóxicos

Abstract

A propriedade oligodinâmica é um efeito letal que os íons metálicos de algumas espécies químicas exercem sobre bactérias, fungos e outros microrganismos. Este estudo envolve a promoção da propriedade oligodinâmica dos íons zinco a micropartículas de vidro por processos de troca iônica. O desempenho antimicrobiano do vidro dopado com zinco aumenta com a concentração inicial de zinco empregada no meio iônico até atingir um valor máximo, onde o adsorvente satura de soluto. Este trabalho tem como objetivo modelar o comportamento das operações unitárias adsorção dos íons zinco da solução para o adsorvente vítreo e dessorção dos íons zinco do vidro dopado para um meio aquoso, com vistas na otimização da propriedade antimicrobiana. Os dados de equilíbrio foram ajustados por três modelos isotérmicos de equilíbrio para adsorção: Langmuir, Freundlich e Redlich-Peterson. Em termos de cinética de adsorção, os dados experimentais foram substituídos por três modelos cinéticos: pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Elovich. Os modelos de Langmuir e de pseudo-segunda ordem foram os que melhor ajustaram os dados de equilíbrio e os dados cinéticos, respectivamente, para o sistema vidro-zinco. A operação de adsorção apresentou tempo de equilíbrio de 1000 min e capacidade máxima de incorporação qe = 1,919 mmol Zn2+·g-1 de vidro. A curva de concentração de zinco em função do tempo para a operação de dessorção em água deionizada também foi obtida, apresentando tempo de equilíbrio de 2100 min para esta operação. A quantidade de zinco incorporada no vidro em cada ensaio foi determinada por análise em absorção atômica e balanço de massa dos processos de adsorção e de dessorção. Amostras foram preparadas nas condições de equilíbrio da adsorção e da dessorção, e submetidas a análise microbiológica ? teste de disco-difusão e concentração inibitória mínima com as bactérias E. coli, P. aeruginosa e S. aureus e o fungo C. albicans. O vidro-zinco apresentou propriedade bacteriostática e fungistática para os microrganismos testados, mesmo após a dessorção de equilíbrio.<br>

Abstract : Oligodynamic property is a lethal effect that metallic ions of some chemical species exert on bacteria, fungi and other microorganisms. This study involves the promotion of zinc oligodynamic property to glass microparticles by ionic exchange processes. The antimicrobial performance of glass doped with zinc increases with the zinc ion initial concentration employed in the ionic medium until reaching a maximum value where the adsorbent saturated with the solute. This work aims to model the behavior of unit operations zinc ions adsorption from solution into the vitreous adsorbent and zinc ions desorption from doped glass to an aqueous medium in order to optimize the antimicrobial property. Equilibrium data were adjusted for three equilibrium isotherm models for adsorption: Langmuir, Freundlich and Redlich-Peterson. In terms of adsorption kinetic experiments, the experimental data were replaced by three kinetic models: pseudo-first order, pseudo-second order and Elovich. The Langmuir and pseudo-second order models were the best fit to equilibrium data and kinetic data respectively for the zinc-glass system. The adsorption operation showed 1000 min equilibrium time and maximum incorporation capacity qe = 1,919 mmol Zn2+·g-1 glass. Zinc concentration versus time curve for desorption operation in deionized water was also obtained showing 2100 min equilibrium time for this operation. Zinc amount incorporated in the glass in each assay was determined by atomic absorption analysis and mass balance of adsorption and desorption processes. Samples were prepared in the adsorption and desorption equilibrium conditions and subjected to microbiological analysis ? disk diffusion test and minimum inhibitory concentration with E. coli, P. aeruginosa and S. aureus bacteria and the C. albicans fungus. Zinc-glass showed bacteriostatic and fungistatic properties for the tested microorganisms even after equilibrium desorption.