UTILIZAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO DO RESÍDUO DA SEMENTE DO MARACUJÁ PARA REMOÇÃO DE AZUL DE METILENO
ISBN 978-85-85905-25-5
Área
Química Inorgânica
Autores
Almeida, R.P. (UFRPE) ; Aciole, R.C.G. (UFRPE) ; Barros, I.C.L. (UFRPE) ; Nascimento, L.A. (UFPE) ; Peçanha, S.R. (UFRPE)
Resumo
O carvão ativado (CA) obtido do resíduo lignocelulósico da semente do maracujá (SM) foi submetido à carbonização a 450ºC/30min, seguido da ativação com ZnCl2 na proporção de 1:1 (m/m) e ativação térmica a 450ºC/30min, produzindo o carvão ativado (CAM). O carvão foi caracterizado por FTIR, DRX, TG, Análise Elementar, Fisiossorção de N2 e MEV. Foram realizados ensaios de adsorção do corante azul de metileno (AM) sobre CAM. A isoterma resultante do ensaio com AM, apresentou características do Tipo I indicando que o material é microporoso, igualmente ao obtido pela Fisiossorção de N2. O CAM apresentou capacidades de adsorção acima de 60% para soluções com até 500 mg/L de AM, em 12 h, obtendo adsorção máxima de 185,6 mg/g.
Palavras chaves
Adsorção; Carvão ativado; Semente do maracujá
Introdução
Os carvões ativados (CA) podem ser obtidos de subprodutos carbonáceos da agricultura, tais como o resíduo lignocelulósico da semente do maracujá. A ativação da estrutura do material lignocelulósico visa promover porosidade, aumentando sua área superficial e volume de poros, o que lhe confere excelente capacidade adsorvente (MORAIS et al., pag.23, 2019). Devido essas características, além dos grupos funcionais presentes na sua superfície, o carvão ativado é um material versátil, tendo inúmeras aplicações como na remoção poluentes em efluentes e ar, catalisadores, entre outros (DANISH & AHMAD, pag.132, 2018). Os resíduos agroindustriais vêm ganhando destaque devido ao fato de serem funcionais e contribuírem para redução dos impactos negativos destes para o meio ambiente (GONZÁLEZ-GARCÍA, pag.131, 2018). Pesquisas recentes utilizando casca de amêndoa (AHSAINE et al., pag.12, 2018), casca de arroz (RIES & SILVEIRA, pag.1366, 2019) e cascas do fruto Tingui do cerrado (ANTERO et al., pag.121, 2019) mostraram que esses resíduos podem originar carvão ativado com alta qualidade e baixo custo. O Brasil é um dos maiores produtores de maracujá, produzindo aproximadamente 800 mil toneladas por ano, onde 500 mil são advindos da região nordeste (IBGE, pag.2, 2016). No entanto, os resíduos das sementes de maracujá, não possuem finalidade comercial apesar de apresentarem potencial para tal, pois estudos comprovaram a biomassa é de boa qualidade, sendo rico em carbono (CHAU & HUNG, pag.79, 2004). Desse modo, o presente trabalho teve como objetivo investigar o emprego do resíduo da semente de maracujá na preparação de carvão ativado para uso na adsorção do corante azul de metileno em meio aquoso, como reação modelo no tratamento de resíduos industriais em água
Material e métodos
Para preparação do carvão ativado as cascas da semente de maracujá, foram carbonizados em forno mufla a 450 ºC/30 min. Para a ativação química, foi utilizado cloreto de zinco (ZnCl2) na proporção de 1:1 (m/m). A mistura foi homogeneizada e deixou-se descansar por 24 h. Após o repouso, a mistura foi lavada com água deionizada e HCl 0,1 mol/L, sendo em seguida, filtrada a vácuo e seca em estufa a 50ºC. Por fim, a amostra seca foi ativada termicamente a 450ºC/30min. A amostra resultante foi nomeada de CAM. Para a caracterização do resíduo e carvão ativado as análises de DRX foram realizadas em um aparelho SIEMENS (D5000), operando com tubo de Cu, sob 30 kV e 30 mA, com passos de 0,02º e faixa de varredura de 5º a 50º de 2θ. Os espectros de FTIR dos materiais foram obtidos em espectrômetro SHIMADZU (Iraffinity-1), analisados sob forma de pastilhas contendo 1 % da amostra em relação ao KBr. As curvas de adsorção/dessorção de N2 foram obtidas a 180ºC em um equipamento Micromeritics TriStar II. A área superficial foi determinada de acordo com o método BET e o volume de poro foi obtido pelo método BJH. Para os ensaios de adsorção do AM foram utilizados cerca de 10 mg do CAM em 10 mL de solução de AM, variando as concentrações (10, 25, 50, 100, 250 e 500 mg/L). Em cada ensaio, o CAM permaneceu em contato com a solução por 12 h em temperatura ambiente e pH = 5,3. A concentração remanescente do AM na solução foi analisada em um espectrofotômetro de UV/VIS (Agilent 8453) no comprimento de onda de 645 nm.
Resultado e discussão
Na análise de FTIR (Figura 1a) o CAM apresentou bandas características de grupos funcionais presentes comumente na superfície de CAs comerciais (CAC), como álcoois, carbonilas e esteres (TSAI et al., pag. 51, 2018). O FTIR também demonstrou a diminuição/extinção de bandas características do precursor lignocelulósico. No DRX o CAM apresentou fase amorfa igualmente ao CAC (Figura 1b). A isoterma obtida para adsorção do AM pelo CAM é mostrado na Figura 2a, que relaciona quantidade adsorvida de AM por massa do CAM (qeq) e as concentrações remanescentes de AM (Ceq) nas soluções aquosas. A isoterma obtida para o CAM pode ser classificada (IUPAC, pag.603, 1985), como do tipo I, também chamada do tipo Langmuir. Esse tipo de isoterma caracteriza material predominantemente microporoso, o que está de acordo com a isoterma obtida pela análise de adsorção/dessorção de N2 (Figura 2b). Na figura 2a observa-se que em 12 horas ocorreu a saturação do CAM, alcançando adsorção máxima de ~ 185,6 mg/g, que corresponde a um valor satisfatório se comparado com a área superficial obtida (465,5 m²/g). Ademais, este tipo de isoterma pode indicar que adsorbato e adsorvente têm alta afinidade (BRUM et al., pag. 1048, 2008). Avaliando a capacidade adsortiva do CAM de acordo com a variação da concentração da solução de AM, foi observada (Figura 2c) uma rápida diminuição da concentração de AM nas primeiras 4 horas. Após 12 h de contato, a remoção de AM pelo CAM é superior a 95% para concentrações menores que 50 mg/L. Enquanto para soluções com concentrações de 100 e 250 mg/L, a quantidade remanescente de AM, sendo de 21 e 25% respectivamente. A solução de AM com 500 mg/L obteve cerca de 60% do AM remanescente.
Espectros do CAM, SM e CAC: (a) FTIR; (b) DRX
(a) Isoterma de adsorção de AM em CAM; (b) Isoterma de adsorção/dessorção de Nitrogênio do CAM; (c) Efeito do tempo na adsorção do AM pelo CAM.
Conclusões
O resíduo da semente do maracujá mostrou-se um precursor promissor para obtenção do seu carvão ativado. Os resultados de adsorção de AM apresentaram isoterma que se assemelha ao resultado encontrado para adsorção/dessorção de N2, confirmando assim que o material produzido é do Tipo I. O CAM apresentou capacidades de adsorção acima de 80% para soluções com até 250 mg/L de AM, enquanto para solução de 500 mg/L obteve-se rendimentos de aproximadamente 60%. O CAM demonstrou capacidade máxima de adsorção de 185,6 mg/g.
Agradecimentos
Os autores agradecem aos laboratórios LabTecLim/UFPE, LAQIS/UFRPE, e ao CNPq pelo suporte financeiro.
Referências
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