Obtenção de carvão ativado a partir de resíduo agroindustrial e avaliação da performance adsorvente por modelos de isotermas.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Iniciação Científica

Autores

Fonseca, G.C. (IF GOIANO CAMPUS RIO VERDE) ; Oliveira, M.S. (IF GOIANO CAMPUS RIO VERDE) ; Souza, J.C.P. (IF GOIANO CAMPUS RIO VERDE)

Resumo

Devido à grande demanda de produção de álcool se faz necessário um extenso plantio de cana-de-açúcar, gerando milhões de toneladas de bagaço todos os anos. O objetivo deste trabalho foi produzir carvão ativado do bagaço da cana- de-açúcar para avaliação de sua capacidade adsortiva em meio aquoso. O bagaço, coletado na Usina Cambuí no estado de Goiás, foi secado em estufa e porções foram pesadas e submetidas a carbonização (ativação térmica) em diferentes tempos com a mesma temperatura. Os resultados obtidos pelas isotermas levaram a conclusão de que para um material eficiente nas mesmas condições experimentais o tempo de carbonização deve ser igual ou acima de 4 horas.

Palavras chaves

carvão ativado ; resíduo agroindustrial ; isoterma de adsorção

Introdução

Carvão ativado (CA), material obtido da carbonização/tratamento de biomassa, é um sólido amorfo com regiões microcristalinas, que pode ser produzido em forma de pó ou granulado, possuindo ampla capacidade adsorvente devido ao grande número de poros internos e superficiais. O CA pode ser obtido por meio físico (tratamento térmico) ou químico (impregnação com agente químico ativante seguido de carbonização). Os dois métodos de ativação diferem tanto no procedimento prático, quanto no mecanismo pelo qual o agente ativador aumenta a porosidade no material, sendo que em ambos, existe uma reação do precursor com o agente ativador (RODRIGUEZ-REINOSO e MOLINA-SABIO, 1992). Diferentes grupos de pesquisa estudam a capacidade adsortiva de CA’s produzidos através de biomassa, o qual tem diversas aplicações, como o tratamento de resíduos de indústrias têxteis, de alimentos e farmacêuticas (VYAVAHARE et. al., 2018; PIMENTA, 2018; BERNI et. al., 2019). Os resíduos orgânicos de biomassa, principalmente de origem agroindustrial, podem ser utilizados como precursores na produção de CA, visto que milhares de toneladas são gerados todos os anos. O bagaço de cana-de-açúcar é um material fibroso que pode formar uma boa base para materiais adsorventes (CRONJE, 2011). Segundo a CONAB (Companhia Nacional de Abastecimento), a produção de cana-de-açúcar na safra 2017/18 foi de 633,3 milhões de toneladas, sendo o estado de Goiás responsável pela produção de 70,6 milhões de toneladas. Para a safra goiana de 2019 as perspectivas de produção estão com um aumento de 0,7% em relação ao ano de 2018. Portanto, este trabalho visa a produção de carvão ativado fisicamente, a partir do bagaço da cana-de-açúcar, e aplicá-lo na adsorção do corante azul de metileno.

Material e métodos

Para este trabalho foi utilizado como resíduo de biomassa o bagaço de cana- de-açúcar (BCA). O BCA foi seco por 24 horas a 100 ºC em estufa com circulação de ar e moído em um micromoinho do tipo Willye. Foram separadas cinco porções de 30,00g do BCA e levadas para carbonização em forno mufla a 200 ºC por 1, 2, 3, 4 e 5 horas, obtendo-se assim carvões ativados denominados de: CA 1, CA 2, CA 3, CA 4 e CA 5, respectivamente. Os CA’s foram pesados para avaliação da perda de massa e peneirados para obter granulometria de 100 mesh. Caracterização: Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR): Esta técnica foi utilizada para análise e caracterização de grupos funcionais presentes no CA e as modificações causadas durante o processo de ativação. Análise Termogravimétrica (TGA/dTG): A análise foi realizada em um equipamento Perkin Elmer Pyris 1, com o bagaço de cana seco de massa igual a 3,167 mg, aquecido de 25 a 900ºC com aumento de 10ºC por minuto, em atmosfera de N2 com um fluxo de 20 mL/min. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): As morfologias do bagaço seco, CA1 e CA5 foram analisadas a partir de micrografias com ampliação de 100x, aderidas em fitas de carbono. Testes de Adsorção: Para realizar os testes de adsorção, usou-se o corante Azul de Metileno (AM) como adsorbato nas seguintes concentrações: 25, 27,5, 30, 32,5, 35, 37,5 40 e 42,5 mg L^(-1). Amostras de 100 mg de cada CA foram adicionadas a 100 mL da solução de AM. As misturas foram colocadas em uma mesa agitadora a 150 rpm (procedimento repetido para todas as concentrações de AM). Após 24 horas as amostras foram retiradas da mesa agitadora e deixadas em repouso por 10 minutos, para separação de fase, o sobrenadante foi analisado em um espectrofotômetro UV/VIS no comprimento de onda 665 nm.

Resultado e discussão

Análise Termogravimétrica: A temperatura variou de 25 à 900°C com aumento de 10ºC/min em atmosfera de nitrogênio a um fluxo de 20 mL/min. O processo de decomposição térmica do material se mostrou constante na curva TG, com início em aproximadamente 220°C e término em 380°C. Na curva dTG é possível observar dois picos sobrepostos em 299 e 350°C, mostrando a perda de massa em duas etapas, já analisados por Garcìa-Pèrez (2001), o primeiro correspondendo a hemicelulose e o segundo a celulose, sendo que o pico da lignina está sobreposto pelos outros. A curva mostra que o bagaço de cana possui uma alta quantidade em sua composição de celulose e hemicelulose de quase 80%. Isoterma de adsorção: Neste, é aplicado a equação do modelo de Langmuir, baseado na hipótese de que a adsorção seja um processo ou combinação química com a formação de uma camada molecular (AMIN, 2008). Na figura 8 são apresentados as 5 isotermas do modelo de Langmuir obtidas para os CA’s 1, 2, 3, 4 e 5. Comparando as isotermas de adsorção é possível ver a alteração de não favorável (a) até favorável (d) e (e), isso depende da quantidade de sítios ativos disponíveis para adsorver as moléculas do corante (GILES et. al., 1960). Pode ser feito uma associação das isotermas obtidas com o MEV, quanto mais tempo de carbonização menor são as partículas e consequentemente a adsorção se torna favorável. Espera-se que a taxa e extensão de adsorção aumente com a diminuição das partículas, sendo que estes são proporcionais a área superficial específica (BANERJEE, el. al., 1997). Os resultados de Wu (1997) também mostraram que a adsorção máxima decai pela diminuição da área superficial específica.

Conclusões

Com os resultados obtidos, afirma-se que, o tempo de ativação do material precursor utilizado deve ser igual ou acima de 4 horas, pois, as partículas se tornam menores, aumentando a área superficial e densidade de poros. Sendo CA 5 o melhor adsorvente encontrado, que teve alto desempenho na adsorção do azul de metileno. Todas as caracterizações realizadas do material foram de suma importância para correlação e justificativa dos resultados encontrados nas isotermas.

Agradecimentos

Ao CNPq e IF Goiano Campus Rio Verde (Centro Multiusuário de Análises).

Referências

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