Remoção de Cr(VI) em solução aquosa por biocarvão de casca de café

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Ferrazani, J.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS- UFLA) ; Sales, A.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS- UFLA) ; Penido, E.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS- UFLA) ; Oliveira, M.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS- UFLA) ; Magalhães, F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS- UFLA) ; Melo, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS- UFLA)

Resumo

O reaproveitamento de resíduos via conversão pirolítica das biomassas para produção de biocarvão, tem sido aplicado em processos de retenção de metais tóxicos e remediação ambiental. O objetivo desse estudo foi reaproveitar a casca de café para produção de biocarvão e avaliar a capacidade de remoção de Cr(VI) em solução aquosa. Ensaios de adsorção foram avaliados considerando os parâmetros cinéticos, pH do meio e isotermas. Caracterizado por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho. Os resultados indicaram a remoção de Cr(VI) aumenta com a diminuição do pH, ocorrendo tanto por via de adsorção quanto redução em um processo de (30min). A capacidade máxima de adsorção foi 18,52 mg.g-1. Trata-se de um método promissor para remediação e para destinação de resíduos.

Palavras chaves

conversão pirolítica; contaminação; redução

Introdução

A grande produção de resíduos tem gerado a necessidade de buscar soluções alternativas de reuso e descarte para que não haja dano ao meio ambiente e da saúde da população. Uma alternativa sustentável é o reaproveitamento de resíduos da agroindústria, tal como a casca de café. O Brasil é o maior produtor e exportador mundial de café totalizando 10,17 milhões de sacas em dezembro de 2016, (EMBRAPA, 2017). De acordo com Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB, 2016), o principal processo de para o beneficiamento de grãos no Brasil é por via seca; no beneficiamento, a quantidade de resíduo (casca) constitui aproximadamente 50% da produção (BAQUETA, 2017). Uma alternativa para o reaproveitamento da casca de café é a utilização como matéria-prima para produção de biocarvão. O biocarvão é o material sólido proveniente de qualquer fonte de biomassa que passou por tratamento térmico (pirólise) em um ambiente ausente ou com quantidade limitada de oxigênio (LEEHMAN et al., 2012). Um grande número de bioadsorvente tem sido utilizado para adsorção de Cr(VI) em soluções aquosas (LAM et al., 2018). O cromo (Cr) é o décimo metal mais abundante da crosta terrestre, de grande importância econômica e ambiental (MARTINS, 2009). É um elemento existente em ambientes naturais, apresentando dois estados de oxidação mais estáveis o cromo trivalente [Cr(III)] e o cromo hexavalente [Cr(VI)]. Os materiais de característica adsorvente têm se tornado uma alternativa de baixo custo frente ao carvão ativado (CA) para ações corretivas, sendo potencialmente empregado para remoção de metais como o Cr e contaminantes orgânicos (MOHAN et al., 2014). O objetivo desse estudo é reaproveitar a de casca de café para a produção de biocarvão e avaliar a capacidade de remoção de Cr(VI) em solução aquosa.

Material e métodos

A boimassa de casca de café (BCC) foi coletado em uma fazenda da região de Lavras-MG. O biocarvão foi produzido através da pirólise, a 500 ºC, com rampa de aquecimento de 10 ºC min-1 em forno tipo mufla. Após a pirólise, o BCC foi macerado utilizando graal e pistilo e passados em peneira de 150 μm. Estudo de adsorção em batelada foi conduzido para investigar o efeito do tempo de contato (cinética), pH e massa de carvão. Os ensaios de adsorção foram realizados com solução padrão de Cr(VI)1000 mg L-1, utilizando dicromato de potássio (K2Cr2O7, previamente seco) em água destilada. Para investigar a influência do pH no processo de adsorção, o pH da solução foi ajustado para valores desejados, variando de 2,0 a 8,0, com 0,1 mol L-1 de NaOH ou 0,1 mol L-1 de HCl, utilizando 10 mg de carvão em 10 mL de solução Cr(VI) de 5 mg L-1. O efeito da dose de biocarvão foi estudado na faixa de 10 a 60 mg, utilizando 10 mL de solução de Cr(VI) 5 mg L-1, em pH 3. Para avaliar o efeito do tempo na adsorção de Cr(VI), um experimento cinético foi realizado com 10 mL de solução de Cr(VI) a 10 mg L-1 em pH 3,0 e massa de biocarvão de 10 mg. As soluções foram agitadas e retiradas da mistura em intervalos de tempo regulares pré-determinados. Para estudo isotérmico, uma dose de adsorvente 10 mg de biocarvão foi adicionada a 10 mL de diferentes soluções de Cr(VI) com concentração inicial variando de 5 a 100 mg L-1 a pH 3 e 25 ºC. A concentração de cromo residual (Crtotal, Cr(VI) e Cr(III) por diferença) na solução será determinada por espectrofotometria, empregando-se 1,5 difenilcarbazida e permanganato de potássio, em 540nm. A caracterização do carvão produzido foi por meio de Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e Análise de infravermelho (FTIR).

Resultado e discussão

A morfologia do biocarvão elucida uma superfície ondulada e de aspecto áspero (Fig.1A). Pelo espectro de FTIR percebe-se que existem bandas em 2924, 1660, 1440, 1250/1029 cm-1 que são relacionados à estiramento O-H (grupos carboxílas, álcoois e fenóis), C=O de grupos carboxílicos, C-C associado a compostos aromáticos e –OH e C-O de –COOH, respectivamente (Fig.1B) (RAJAPAKSHA et al., 2018). Os grupos funcionais de superfície influenciam diretamente na adsorção através da complexação com íons metálicos devido à transferência de elétrons de um orbital molecular π de uma base de Lewis (biocarvão), para um orbital π vacante de um ácido de Lewis (íons Cr). As porcentagens de remoção de Cr(VI) das soluções pelo biocarvão foram maiores em valores de pH mais baixos (meio ácido) (Fig. 1C). Sob condições ácidas, o Cr(VI) pode ser reduzido a Cr(III) na presença de materiais carbonados (Fig. 1 C.1). Uma diminuição da capacidade de remoção de Cr(VI) da solução foi observada com o aumento da massa de biocarvão (Fig. D). Em geral, o BCC apresenta rápido equilíbrio de adsorção, entrando em equilíbrio em aproximadamente 30 minutos de contato (Fig.E). A capacidade máxima de adsorção foi de 18,52 mg/g. A isoterma de Langmuir se ajustou melhor aos dados experimentais, quando comparado com o modelo de Freundlich, indicando uma distribuição mais homogênea de superfície (Fig.F).

Conclusões

Este estudo demonstrou a viabilidade de remover Cr(VI) de soluções aquosas utilizando biocarvão de casca de café. Os resultados sugeriram que a adsorção de Cr(VI) no material aumentou com diminuição do pH do meio. Além disso, o Cr(VI) pode ser convertido em Cr(III) na superfície do biocarvão em baixos valores de pH. A produção de biocarvão através de resíduos para aplicações ambientais considerando ambientes contaminados com Cr(VI), trata-se de um método promissor tanto para a remediação quanto para soluções melhores de destinação do resíduo.

Agradecimentos

CAPES, UFLA – DQI/DCS, CAPQ e FAPEMIG

Referências

BAQUETA et al. Extração e caracterização de compostos do resíduo vegetal casca de café. Brazilian Journal of Food Research, Campo Mourão, v. 8, n. 2, p. 68-89, 2017.

CONAB. Companhia Nacional de Abastecimento. Acompanhamento da safra brasileira: Café. Conab, v. 2, n. 1, p. 1-68. Brasília: jan. 2016.
Disponível em: <http://www.conab.gov.br>. Acesso 14/06/2018.

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA –EMBRAPA, 2017. Disponível em :<https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/28569816/safra-brasileira-de-cafe-e-de-4477-milhoes-de-sacas-em-2017-sendo-3407-milhoes-de-cafe-arabica-e-1071-de-conilon)>. Acesso em: 15/06/2018.

LAM et al. Pyrolysis production of fruit peel biochar for potential use in treatment of
palm oil mill effluent. Journal of Environmental Management, v. 213, p. 400-408, 2018.

LEEHMANN, J. et al. Characterization of biochars to evaluate recalcitrance and agronomic performance. Bioresource Technology, v. 114, p. 644–65, 2012.

MARTINS, V. Eficiência agronômica de hidrolisado de couro e resíduo de curtimento. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009.

MOHAN, D.; PITTMAN, C.U. Activated carbons and low cost adsorbents for remediation of tri- and hexavalent chromium from water. Journal of Hazardous Materials B, v. 137, p. 762-811, 2006.

RAJAPAKSHA, A.U. et al. Removal of hexavalent chromium in aqueous solutions using biochar: Chemical and spectroscopic investigations. Science of the Total Environment v. 625, p. 1567–1573, 2018