51º CBQ - Uso de carvão de biomassa amilácea ativado com cloreto de zinco no tratamento de fenol em meio aquoso.

ÁREA: Ambiental

TÍTULO: Uso de carvão de biomassa amilácea ativado com cloreto de zinco no tratamento de fenol em meio aquoso.

AUTORES: DUWE, R (UTFPR) ; ASSIS, LM (UTFPR)

RESUMO: Neste trabalho uma amostra de carvão de biomassa amilácea de mandioca (90%) - zeólita exaurida (30%) e ativado com cloreto de zinco produzido sob atmosfera inerte em retorta de aço a 500ºC teve o seu ponto de carga zero (PCZ) determinado e posteriormente foi utilizada no tratamento de uma amostra aquosa contendo fenol. Os resultados apresentaram elevadas taxas de remoção de fenol (99,4%), na faixa de pH entre 8 e 12, acima do PCZ, onde a superfície do carvão está carregado positivamente. Em pH´s abaixo do PCZ, houve baixa remoção de fenol, aproximadamente 34 %, devido a superfície negativa do carvão em pH´s ácidos.

PALAVRAS CHAVES: carvão ativado, biomassa amilácea, fenol

INTRODUÇÃO: Assim como outros compostos aromáticos, o fenol está presente em águas, sendo uma das mais freqüentes contaminações antrópicas. Os efluentes de atividades que envolvem produtos plásticos, de couro, de alcatrão de carvão, farmacêuticos, tintas, têxtil, siderúrgicos, de madeiras, pasta de papel e refinaria de petróleo, contêm amplamente compostos fenólicos (KENNEDY et al., 2007).
Devido a baixa biodegradabilidade e alta toxicidade, os compostos fenólicos ocasionam sérios problemas ambientais. Vários são os processos que visam a remoção destes compostos no meio aquático, no entanto, a adsorção por carvão ativado é o método mais utilizado (LÁSZLÓ , 2004). (BUDZINSKI et al., 1997).
O amido é um precursor adequado para a produção de carvões ativados, pois sua molécula tem grupos hidroxilas que podem ser facilmente polimerizados e condensados para formar estruturas carbonáceas de grande interesse em processos de adsorção (QIAO; ZHAO, 2009).
Neste trabalho uma amostra de carvão de biomassa amilácea de mandioca (90%) - zeólita exaurida (30%) e ativado com cloreto de zinco produzido sob atmosfera inerte em retorta de aço a 500ºC teve o seu ponto de carga zero (PCZ) determinado e posteriormente foi utilizada no tratamento de uma amostra aquosa contendo fenol.

MATERIAL E MÉTODOS: Inicialmente determinou-se o ponto de carga zero (PCZ) dos carvões e posteriormente determinou-se a sua eficácia na remoção de fenol. Ponto de Carga Zero, o procedimento foi realizado de acordo com a metodologia de Mular e Robert (2008). Pesou-se 5 amostras de aproximadamente 1,0000±0,0001 g de carvão ativado de biomassa amilácea e secou-se em estufa à 120°C por 1 hora. Após o resfriamento, adicionou-se 25 mL de solução 0,01mol/L de KNO3 a cada uma das amostras contidas em béquers de 250 mL, as quais permaneceram em repouso. Após 24 horas verificou-se os pH´s das amostras, ajustando-os com soluções de HNO3 5%(v/v) e KOH 5%(v/v), quando necessário. Após um novo repouso de 24 horas anotou-se os pH´s (pH inicial) e adicionou-se 0,23 g de KNO3 a cada uma das amostras . Finalmente, após repouso de 24 horas anotou-se os pH´s finais. Os pontos de carga zero foram obtidos em gráficos pH final x (pH inicial – pH final).
Análises para a remoção de fenol, em erlemeyer, pesar 1 g de carvão ativado. Adicionar 50 mL de uma solução de fenol de 674 mg/L em contato com a massa. Adicionar NaOH 1% ou HCl 1% para variar os pH´s até os valores desejados e agitar a mistura por 20 minutos no shacker. Após o período descrito, filtrar a amostra, com auxílio de um funil e papel fitro. Armazenar as soluções em béquers de 100 mL. Analisar o filtrado no espectrofotômetro, se a solução for alcalina no comprimenro de onde de 287 nm e se for ácida no comprimento de onda de 269 nm.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 mostra o gráfico do pH final x (pH inicial – pH final) do carvão ativado de biomassa amilácea ativado com cloreto de zinco. Observa-se que o PCZ está entre os pH´s 7 e 8. Assim, de acordo com o perfil da curva, verifica-se que a carga superficial do carvão em pH´s abaixo do PCZ é negativa e acima é positiva. SCHIMMEL, 2008 encontrou PCZ 8,10 para o carvão ativado comercial utilizado e GORGULHO et al., 2006 encontrou PCZ 6,5 para o carvão ativado comercial da Fluka. O gráfico apresentado na Figura 2 mostra a remoção de fenol de uma amostra aquosa quando empregado o carvão ativado de biomassa amilácea. Observa-se que as maiores taxas de remoção ocorreram na faixa de pH entre 8 e 12, de aproximadamente, 99,4 %. Tal comportamento, ocorre devido à mudança da carga superficial do adsorvente, que de acordo com o ponto de carga zero previamente analisado nesta faixa de pH é positiva. Então, como em pH alcalino o fenol, tem o comportamento de desprotonação, ou seja, adquire carga negativa na estrutura, formando o íon fenolato (BEKER et al., 2009), ocorrendo, portanto, atração entre o composto de carga negativa e a superfície do adsorvente com carga positiva, potencializando, assim, a adsorção do contaminante (CAMBUIM, 2009). De acordo com (GORGULHO et al., 2006), este tipo de interação acontece pelo mecanismo de formação de complexos do tipo doador-receptor. Já em pH´s abaixo do PCZ, houve baixa remoção de fenol, aproximadamente 34 %, devido a superfície negativa do carvão em pH´s ácidos e o fenol estar neutro, não havendo atração significativa entre o adsorvente e o adsorvato. Assim a adsorção foi prejudicada, mesmo sendo o fenol um composto facilmente adsorvido por carvões ativados. Observando o comportamento do adsorvente em pH´s acima de 12, observamos que há uma diminuição na remoção. Segundo (GORGULHO et al., 2006), tal comportamento ocorre devido ao acumulo de cargas na superfície acontecendo uma repulsão de cargas entre o adsorvato e o adsorvente.

CONCLUSÕES: A amostra de carvão de biomassa amilácea ativado com cloreto de zinco empregado neste trabalho apresentou as maiores taxas de remoção de fenol (99,4%) na faixa de pH entre 8 e 12, acima do PCZ, onde a superfície do carvão está carregado positivamente. Em pH´s abaixo do PCZ, houve baixa remoção de fenol, aproximadamente 34 %, devido a superfície negativa do carvão em pH´s ácidos.

AGRADECIMENTOS: À Fundação Araucária e aos colegas de trabalho.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BEKER, Ulker.; GANBOLD, Batchimeg.; DERTLI, Halil.; GÜLBAYIR, Dilek. D. Adsorption of phenol by activated carbon: Influence of activation methods and solution pH. Elsevier; Energy Conversion and Management. P. 235-240, 2009.

CAMBUIM, Karina. B. Carvão de endocarpo de coco da baía ativado quimicamente com h3po4 e fisicamente com vapor d’água: produção, caracterização e aplicações. Tese( Doutorado em Química Analítica ) – Centro de Ciências Exatas, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2009.

GORGULHO, Honória. De. F.; GUILARDUCI, Viviane. V. da. S.; MESQUITA, João. P. de.; MARTELLI, Patrícia. B. Adsorção de fenol sobre carvão ativado em meio alcalino. Química nova. P. 1226-1232, Fev, 2006.

KENNEDY, L. John.; VIJAYA, J. Judith.; KAYALVIZHI, K.; SEKARAN, G. Adsorption of phenol from aqueous solutions using mesoporous carbon prepared by two-stage process. Elsevier; Chemical Engineering Journal. P. 279-287, Jan, 2007.

LÁSZLÓ, Krisztina. Adsorption from aqueous phenol and aniline solutions on activated carbons with different surface chemistry. Elsevier; Colloids and surfaces. P. 32-39, Aug, 2004.

MULAR, A. L.; ROBERTS, R. B. A Simplified Method to Dtermine Isoelectric Points of Oxides. Transactions of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy, p.438-9, 1996.

SCHIMMEL, Daiana. Adsorção dos corantes reativos azul 5g e azul turquesa qg em carvão ativado comercial. 2008. Dissertação( Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Engenharias e Ciências Exatas, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2008.

QIAO, Y.; ZHAO, X. Electrorheological Effect of Carbonaceous With Hierarchical Porous Structures. Colloids and Surfaces, v. 340, . 1-3, p. 33-39, 2009.