Carvão ativado de graviola como adsorvente para corante preto remazol B

ÁREA

Química Inorgânica

Autores

Morandi, L. (UFRPE) ; Barros, I. (UFRPE) ; Hadassa, M. (UFRPE) ; de Almeida, R. (UFRPE) ; Ferreira, C. (UFRPE) ; de Melo, S. (UFRPE)

RESUMO

O descarte de resíduos gerados pelas indústrias têxteis pode causar grandes impactos ambientais, principalmente os corantes. Este estudo buscou minimizar esses impactos, utilizando a biomassa residual de graviola para produção e carvão ativado para fins de adsorção em meio aquoso. A biomassa foi caracterizada com um teor de umidade de 6,32%, teor de cinzas de 3,18%, e teor médio de materiais voláteis de 75,7%. O carvão ativado (CAG) foi obtido do resíduo de graviola, por meio da carbonização do resíduo e ativação com ZnCl2. O CAG foi caracterizado via DRX, FTIR e estudo do Ponto de Carga Zero (PCZ), além do ensaio de adsorção com corante preto remazol B. O valor de PCZ obtido foi de 5,04, sendo obtida uma remoção do corante de aproximadamente 55%, em pH=2.

Palavras Chaves

Carvão ativado; biomassa residual; catálise heterogênea

Introdução

Sabe-se que as indústrias têxteis descartam uma grande quantidade de resíduos poluentes nas águas. Os corantes são um dos principais agentes poluidores e podem gerar sérios problemas ambientais (FREIRE et al, p. 71- 76, 2017). Por isso, tem-se um aumento na atenção em relação a esses despejos, o que eleva a quantidade de estudos a respeito de processos de tratamento das águas. Os processos de adsorção são os principais estudados, e o carvão ativado, feito com biomassa residual, pode ser uma alternativa como adsorvente (DE COSTA et al, p. 1272-1285, 2015). Biomassa é definida como matéria orgânica de origem vegetal ou animal, e tem origem em diversas fontes, podendo ser derivada de resíduos agrícolas, alimentícios, dentre outros (TOSCANO, p. 312, 2018). Segundo a Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura, a indústria alimentícia descarta cerca de um terço das partes comestíveis dos alimentos. Pela não utilização desses materiais, eles são chamados de “resíduos”, e o seu acúmulo pode trazer grandes consequências ambientais, o que torna importante o seu uso como biomassa (ARAÚJO, p. 44, 2017). A biomassa é composta essencialmente de celulose, hemicelulose e lignina (GABRIEL, p.122, 2019) (VIEIRA, p.102-212, 2014). Um dos adsorventes mais utilizados é o carvão ativado, pois possui uma grande área superficial, e é microporoso, aumentando sua capacidade de remoção de contaminantes (NEVES, 2015) (DE COSTA et al, p. 1272-1285, 2015). A forma como o carvão ativado pode ser obtido também o torna atrativo, através da calcinação da biomassa, seguida de ativação. (NEVES, 2015). Nesse contexto, este trabalho propõe o estudo do carvão ativado a partir da biomassa residual de graviola para aplicação na adsorção do corante preto remazol B em meio aquoso.

Material e métodos

Os resíduos das sementes de graviola foram primeiramente lavados, secos e triturados. Para determinação do teor de umidade, foi utilizada a norma D1762-84 (ASTM, 2013). As amostras foram aquecidas em forno mufla, resfriadas no dessecador, e foram pesadas. Após adição de amostra, foi levada a mufla, resfriada e pesada novamente. O teor de cinzas foi obtido através da calcinação da amostra em mufla. A determinação de materiais voláteis, teve como base a norma D1762-84 (ASTM, 2013). O procedimento foi feito com aquecimento e resfriamento da mufla, com colocação da amostra em um cadinho sobre a borda externa da mesma. O preparo do carvão ativado de biomassa de graviola (CAG) foi feito a partir da carbonização do resíduo da semente de graviola em forno mufla e ativação com ZnCl2 sendo agente ativante. A caracterização do carvão ativado foi feita utilizando as técnicas de Espectroscopia no Infravermelho (FTIR) e Difração de Raios-X (DRX), e o estudo do Ponto de Carga Zero (PCZ) do CAG. Para o estudo do PCZ do carvão ativado de semente de graviola, foi utilizado o método dos 11 pontos, com 11 pontos de pH para fazer a análise. Para a realização do ensaio de adsorção do carvão ativado com o corante preto remazol B, primeiramente foi feita uma curva de varredura para solução de 100 mg.L-1 do corante preto remazol. Então foi feita a curva analítica com soluções de 15, 25, 50, 100 e 125 mg.L-1, através de uma solução estoque de 250 mg.L-1. Para o ensaio de adsorção propriamente dito, foram utilizadas 3 soluções de 50 ml de 100 mg.L-1, com pH=2, 6 e 10, contendo CAG. As soluções foram postas em agitação constante, e de 30 em 30 minutos, retirada uma alíquota para medição da concentração de corante remanescente, até ser observado o equilíbrio do adsorvente com o corante.

Resultado e discussão

As amostras residuais de semente de graviola (annona muricata L.) foram obtidas na Usina Experimental de Biodiesel de Caetés, unidade do CETENE no estado de Pernambuco. O teor de umidade médio da semente de graviola in natura, obtido foi de 6,32%, considerado baixo pela literatura, se comparado com outros tipos de biomassa. O teor médio obtido de cinzas foi de 3,18%, considerado relativamente baixo e pode levar ao aumento na capacidade de adsorção do CAG. O valor médio obtido para o teor de materiais voláteis foi de 75,7%, indicando que as sementes de graviola são rapidamente carbonizadas. Resultados de DRX de CAG apresentou um halo de difração em 2θ = 20º a 30º, evidenciando como material amorfo, apresentando planos grafíticos desordenados (SANTOS, 2014) (FILHO, LOPES, p. 31-45, 2013). Espectros FTIR do CAG comparados aos CA’s comerciais, apresentaram bandas largas do estiramento de grupos -OH de ácidos carboxílicos, por volta de 3297 cm-1 e absorções em 2920 cm-1, que podem ser ditas como estiramentos assimétricos e simétricos -CH, além das absorções próximas a 1025 cm-1 características de -CO de álcoois e fenóis. Outras, correspondentes a C≡C em 2103 cm-1 e C=C de aromáticos em 1575 (PEREIRA et al, p. 476-486, 2014). O valor do PCZ foi de 5,04, que é o pH onde se tem carga igual a zero (PERILLI et al, p. 264-271, 2014) (RODRIGUES et al, 2019). No ensaio de adsorção do corante preto remazol B, em solução de pH=2 ocorreu remoção de 55%, enquanto a solução de pH=6 e pH=10, 18% e 1%, respectivamente. Esses resultados estão de acordo com o resultado do PCZ, já que para valores de pH abaixo de 5,04, o esperado é que a adsorção seja mais efetiva do que para valores de pH acima de 5,04.

Figura 1. Curva de remoção do corante remazol preto B em pH=2 Figura 2. Curva de remoção do corante remazol preto B em pH=6


Figura 1. Espetro de FTIR do carvão ativado da semente de graviola Figura 2. Espectros de DRX da semente de graviola e do seu carvão ativado.

Conclusões

A análise imediata da biomassa residual de graviola apresentou um baixo teor de cinzas, consistindo em candidata para preparação de materiais com propriedades de adsorção. Resultados de DRX e FTIR do carvão ativado da semente de graviola confirmaram a produção do carvão ativado com ZnCl2. O estudo do Ponto de Carga Zero do carvão ativado de biomassa de graviola confirmou a influência do PCZ na adsorção do corante preto remazol B, onde um valor de pH inferior ao PCZ (pH=2) removeu mais corante que um valor maior (pH=6 e 10).

Agradecimentos

A UFRPE, ao LAQUIMAT e ao CNPQ pelo apoio.

Referências

ARAÚJO, I. M. C. D. Caracterização bioativa de resíduos de frutas tropicais. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal, p. 44. 2017.
ASTM Standard D1762-84. Standard Test Method for Chemical Analysis of Wood Charcoal. Philadelphia, USA: American Society for Testing and Materials, 2013
DE COSTA, Patrícia D.; FURMANSKI, Luana M.; DOMINGUINI, Lucas. Produção, caracterização e aplicação de carvão ativado de casca de nozes para adsorção de azul de metileno. Revista virtual de química, v. 7, n. 4, p. 1272-1285, 2015.
FREIRE, A.; NOVA, N. C.; FILHO, M. L. Estudo de Adsorção para Remoção do Corante Remazol Preto B em Solução Aquosa Utilizando Carvão Ativado. Processos Químicos, Recife, p. 71-76, Dezembro 2017.
FILHO, H.D.F.; Lopes, G.A.C. Avanços em caracterização de amostras sólidas cristalinas através de Difratometria de Raios-X. Estação Científica, 2013, v. 3, n. 1, p. 31-45. ISSN 2179-1902.
GABRIEL, J. Produção de biochar por pirólise de resíduos verdes de um horto e avaliação do seu potencial no crescimento de Lactuca sativa Dissertação (Mestrado em Energias Sustentáveis) - Instituto Superior de Engenharia do Porto, p. 122. 2019.
NEVES, Henrique John Pereira. Avaliação experimental e modelagem do processo de remoção de corante têxtil remazol preto B de fase aquosa por adsorção com carvão ativado. 2015.
PEREIRA, Rúbner Gonçalves et al. Preparation of activated carbons from cocoa shells and siriguela seeds using H3PO4 and ZnCL2 as activating agents for BSA and α-lactalbumin adsorption. Fuel Processing Technology, v. 126, p. 476-486, 2014.
PERILLI, Thomaz Antônio Godoy et al. Avaliação da capacidade adsortiva de carvão ativado para a remoção de manganês. HOLOS, v. 3, p. 264-271, 2014. RODRIGUES, EVF et al. Análise do ponto de carga zero (pcz) e curva cinética para teste de adsorção de carvão ativado, oriundo da semente de maracujá, em solução de azul de metileno. 2019
SANTOS, C.M. Estudo do carvão ativado da casca de cupuaçu como suporte na catálise heterogênea. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal do Amazonas, Manaus-AM, 2014.
TOSCANO, N. Investigação das condições operacionais para produção de bio-óleo e biochar a partir de bagaço de cana-de-açúcar por meio de simulação e aplicação em planta piloto. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Campinas. Campinas, p. 312. 2018.