Síntese e caracterização de carvão ativado produzido a partir do resíduo da amêndoa da Bertholletia excelsa (castanha do Pará)

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Físico-Química

Autores

Lopes, D.O. (UNIFESSPA) ; Carneiro, B.T.P. (UNIFESSPA) ; Gonçalves, A.C. (UNIFESSPA) ; Santos, L.O. (UNIFESSPA) ; Almeida, R.S. (UNIFESSPA) ; Carvalho, F.A.O. (UNIFESSPA)

Resumo

A busca por soluções para descontaminação de ambientes aquáticos, tem despertado o interesse de instituições de proteção ambiental. Diante disso, o escopo deste trabalho visa a produção do carvão ativado obtido a partir da casca da castanha do Pará afim de remover poluentes de corpos d´água e efluentes. Esse trabalho envolveu amostras in natura, carbonizado e modificado quimicamente com ZnCl2. As amostras foram caracterizadas por diferentes técnicas, como MEV-EDS, DRX e FTIR. Os testes de adsorção que mostraram uma melhor eficiência de remoção do carvão ativado com índice de 28,06%, no pH 7,0. Os resultados indicam que este material pode ser usado como adsorvente para remoção de poluentes, porém requer modificações nas condições experimentais da síntese para melhorar a adsorção.

Palavras chaves

Resíduo de castanha do PA; carvão ativado ; caracterização

Introdução

A poluição de corpos d´água e efluentes tem sido apresentado como um dos grandes problemas da sociedade. Tal fato, está relacionado ao crescimento das atividades industriais, uma vez que, os cursos d`água normalmente servem de local para o descarte de rejeitos tóxicos. Consequentemente, as populações adjacentes sofrem com a contaminação dos mananciais. Conforme Braga (2002) o tratamento envolve técnicas diversas, as quais dependem de políticas públicas voltadas para o desenvolvimento econômico e cultural da sociedade. Na busca por soluções para a despoluição dos espaços hídricos, o desenvolvimento de métodos que utilizem material alternativo tem se intensificado. Diante disto, a produção de carvão ativado (CA) a partir de produtos encontrados na região Amazônica, a exemplo o endocarpo da castanha do Pará, constitui-se numa alternativa viável afim de remover poluentes, tais corantes, íons de metais pesados dentre outros. Segundo Santiago (2006) carvão ativado é obtida através da carbonização de materiais como madeira, ouriços, ossos de animais, etc. O mesmo consiste num material poroso, e devido a essa característica pode atuar como adsorvente no processo de adsorção. Nesse contexto, a adsorção apresenta vantagens em relação a outras técnicas de separação, sobretudo quanto a possibilidade de regeneração do adsorvente e aplicação de materiais de baixo custo com o intuito de remover poluentes de efluentes. Dessa forma o objetivo deste trabalho é avaliar o potencial do resíduo da castanha do Pará como fonte precursora para produção de carvão ativado com a finalidade de remover micropoluentes de solução aquosa.

Material e métodos

Os resíduos do extrativismo vegetal da região Amazônia, o endocarpo da castanha do Pará, foi coletado numa feira de Marabá-Pá. Inicialmente o material foi selecionado e lavado com água corrente, e exporto ao sol para a secagem, seguido de secagem em estuda a 65°C por 48 horas. Após a etapa de pré-tratamento, triturou-se o material em moinho de facas modelo NL-226/02 (NewLab, Brasil), e selecionou as diferentes granulometrias num agitador de peneiras de mesh do tipo Tyler (Bertel, Brasl). Inicialmente, pesou-se em um Becker 200 g da amostra e transferiu-se para um cadinho. Após essa etapa, levou-se o material a um forno mufla da marca MAGNUS com temperatura de 300ºC por 1h e 30min para a calcinação da matéria orgânica. Para a síntese do carvão ativado quimicamente (CAQ) com cloreto de zinco (ZnCl2), utilizou-se as proporções de 1:2 e 1:3 (biomassa/ZnCl2). Inicialmente, pesou-se 100 g da amostra in natura, a massa correspondente de ZnCl2 e dissolveu-se em água ultrapura para obter a concentração de 2% de ZnCl2 em solução. A mistura ficou em agitação por 3h, e posteriormente levada à estufa da marca Quimir a 110ºC por 18h. A carbonização seguiu o mesmo procedimento da amostra não ativada. Ao término da carbonização, o CAQ foi submetido ao um processo de lixiviação com água ultrapura para remover o ZnCl2, e levado à estufa a 110ºC por 18h para secagem. As imagens das amostras in natura, carbonizada e CAQ foram obtidas no equipamento MEV Zeiss modelo SIGMA-VP com catodoluminescência Gatan modelo ChromaCL2 acoplada, no modo elétrons retroespalhados. A análise de FTIR foi obtida por Reflectância Total Atenuada (ATR), utilizando-se um espectrômetro da marca Thermo, modelo Nicolet iS50 FT-IR, na região espectral de 4000-400 cm-1, a 100 scans e resolução

Resultado e discussão

As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostradas na Figura 1, indicam que o processo de carbonização e ativação da biomassa da castanha do Pará promovem mudanças significativas na morfologia das amostras. A partir dessas imagens é possível observar que a amostra in natura apresenta uma estrutura plana, maciça e apresentando poucos poros (Figura 1A). Quando o material foi submetido à carbonização a 300 °C ocorreu a formação de poros em sua estrutura (Figura 1B). De acordo com Papirer et al (1987), a pirólise do material provoca a remoção de átomos possibilitando a formação de microporos e ampliando os existentes, bem como há a formação de mesoporos. A formação dos poros tornou-se mais evidente com a impregnação usando ZnCl2. Nas amostras ativadas, Figuras 1C e 1D, é possível visualizar a formação de cavidades e poros bem definidos em relação as demais amostras. De acordo com Abreu (2013) a impregnação com ZnCl2 proporciona aumento da área de superfície específica devido redução do volume total dos poros, bem como a redução do número de mesoporos. Os espectros de FTIR, Figura 2, da biomassa in natura, carbonizada e CAQ foi possível observar a presença de bandas, sendo as principais centradas em, 3350, 2870, 1458 e 1747 cm-1, que correspondem, respectivamente, as vibrações de grupos (OH), grupos C-H, estiramento C=C e os estiramentos C=O (JUNIOR, 2009). O pico mais acentuado, amostra in natura, é típico do estiramento de grupos C-O-C em 1015 cm-1. Outrossim, a partir da Figura 2 é possível observar que houve diferenças expressivas devido a supressão e perda intensidade nos grupos funcionais presentes na biomassa in natura quando comparado as demais amostras.

Micrografia das amostras carbonizada. (A) in natura, não ativada (B); (C) CAQ 1:2; e (D) CAQ 1:3.


Espectro da biomassa in natura, carbonizada e CAQ nas proporções 1:2 e 1:3.

Conclusões

O presente trabalho teve como objetivo caracterizar e comparar a biomassa in natura, carbonizada e ativada quimicamente com ZnCl2, visando a aplicação como material adsorvente a fim de remover micropoluentes em solução aquosa. Os resultados sugerem o carvão ativado obtido do resíduo da amêndoa da Bertholletia excelsa (castanha do Pará) é viável e eficiente para o uso em adsorção de micropolunetes. A melhor eficiência para remoção do corante Amarelo ácido-17 foi obtida para CAQ2.

Agradecimentos

Referências

ABREU, M.B. Preparação de carvão ativado de bagaço de cana de açúcar e sua aplicação na adsorção de Cd(II) e Cu(II). Trabalho de conclusão de curso-Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Apucarana, 2013.
BRAGA, B.; HESPANHOL, I.; CONEJO, J. G. et al. Introdução à engenharia ambiental: o desafio do desenvolvimento sustentável. 2 ed. São Paulo: Prentice Hall, 2002.
JUNIOR, O.F.C. Produção de carvão ativado a partir de produtos residuais de espécies nativas da região amazônica. Dissertação de mestrado - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2010.
PAPIRER, E; LI, S; DONNER, J.B. “Contribution to the study of basic surface groups on carbon. Carbon, vol. 25, p. 243-247, 1987.
SANTIAGO, B.H.S; SELVAM, P.V.P. Estudo de viabilidade técnico-econômica preliminar para produção de carvão ativado no brasil a partir dos resíduos do Coco: estudo comparativo dos cenários de produção. Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Lagoa Nova, 2005.