ÁREA
Iniciação Científica
Autores
Moura, F.T.S. (INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ) ; Pereira, L.H. (INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ) ; Salgado, B.C.B. (INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ)
RESUMO
A borra de café é um subproduto do café solúvel, com pouco valor de mercado e limitado interesse econômico. Embora já seja reutilizada na agricultura, destaca-se sua eficácia como adsorvente na eliminação de contaminantes emergentes, como corantes têxteis. Este estudo concentrou-se na capacidade do Biocarvão derivado da borra do café em remover o corante Rodamina B (RdB) de efluentes simulados. Preparado a 600°C por 1 hora, o Biocarvão foi avaliado variando concentração do adsorvente, adsorbato, pH e força iônica. A eficiência de remoção do corante aumentou com a concentração do adsorvente, com ótimo desempenho a 3 g/L, embora 1 g/L tenha alcançado 97% de remoção a 5 mg/L de RdB. Em conclusão, o Biocarvão da borra de café apresenta promissor na eliminação do corante RdB em soluções aquosas
Palavras Chaves
Biocarvão; Efluente têxtil; Contaminantes emergentes
Introdução
A agroindústria tem participação de aproximadamente 5,9% no Produto Interno Bruto (PIB) brasileiro, no beneficiamento, na transformação dos produtos e no processamento de matérias-primas provenientes da agropecuária, promovendo dessa forma maior integração do meio rural com a economia de mercado. Com isso pesquisas com foco no reaproveitamento dos resíduos agroindústrias tem ganhado espaço cada vez mais nos meios de pesquisa, buscando melhores fins e utilidades para esses resíduos (RICARDINO; SILVA NETO; SOUZA, 2021). A indústria têxtil apresenta grande contribuição na geração de efluentes no Brasil. Pode-se afirmar que a carga poluidora do efluente têxtil seja basicamente de natureza orgânica. Indústrias que utilizam pigmentos em processos de tingimento estamparia podem apresentar também carga inorgânica. De modo que, a presença de corantes ou pigmentos nos efluentes têxteis são de fato uma problemática, isso podendo causar problemas para o meio ambiente e para a população, pois após o tratamento parte dos efluentes são destinados aos corpos hídricos (GUARATINI; ZANONI, 2000). Os efluentes da indústria têxtil, por apresentar como principal constituinte os corantes, também são conhecidos como efluentes coloridos, uma das principais problemáticas em relação a sua presença em corpos hídricos além de aumentar significativamente a demanda química e bioquímica de oxigênio, ainda altera consideravelmente a capacidade de penetração da luz solar em ecossistemas aquáticos, afetando drasticamente a capacidade de fotossíntese da vida aquática, podendo também apresentar um alto potencial toxicológico, já que a estrutura química dos corantes apresenta compostos aromáticos de difícil degradação (MACHADO; ROSA; CARISSIMI, 2019). A adsorção é uma operação de transferência de massa, a qual estuda a habilidade de certos sólidos em concentrar na sua superfície determinadas substâncias existentes em fluidos líquidos ou gasosos, possibilitando a separação dos componentes desses fluidos (NASCIMENTO et al., 2020, p. 14). O carvão ativado é um material muito utilizado como adsorvente no tratamento de efluentes da indústria têxtil, pois o mesmo é extremamente versátil, possuindo elevada área superficial e grande volume de poros. Porém, apesar do alto potencial adsortivo do carvão ativado possui alto custo de produção e apresenta difícil recuperação, tornando-o insustentável. Em virtude disso, um grande desafio da atualidade é o desenvolvimento de novos biocarvões, que apresentem baixo custo, boa acessibilidade e abundância, a fim de substituir o uso do carvão ativado convencional por matérias adsorventes mais sustentáveis, como os resíduos agrícolas: palha da cana de açúcar, casca do coco e lasca de madeira para o desenvolvimento de novos materiais adsorventes (PESSÔA, 2019). O resíduo do café geralmente é coletado como lixo orgânico e descartado em aterros sanitários, onde se decompõe, gerando metano, contribuindo assim para as mudanças climáticas. Tal resíduo é formado por alto teor orgânico, como carboidratos, proteínas, fibras, cafeína, polifenóis, taninos e pectinas, compostos que podem ser tratados ou valorizados de diversas formas para reduzir o impacto ambiental. O principal componente do resíduo de café é o carbono, que pode ser utilizado em processos de adsorção como o carvão ativado (RIBEIRO; BOTARI, 2022). Então, o cerne dessa pesquisa é avaliar a eficiência remoção do Biocarvão produzido a partir da borra do café na adsorção para remoção do corante xantêmico Rodamina B (RdB) em um sistema simulado, como potencial adsorvente economicamente viável e ambientalmente sustentável.
Material e métodos
•Produção do Biocarvão a partir da borra do café O material utilizado para a produção do Biocarvão foi a borra do café, coletado da cafeteira presente na copa dos Laboratórios: Laboratório de Química Analítica e Microbiologia Ambiental (LAQAMB) e Laboratório de Tecnologias em Processos Ambientais (LTPA), do Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologias do Ceará - IFCE, Campus Maracanaú. Para a produção do Biocarvão, a borra do café foi seca em estufa por 24 horas a 105ºC. Após esse período, a borra foi macerada no almofariz e pesado 4 gramas em um cadinho e aquecido em uma mufla a 600º C por 1 hora, com taxa de aquecimento de 10º C/min. Posterior ao tratamento térmico o material foi novamente macerado e armazenado. •Ensaio da variação da concentração do adsorvente Com o Biocarvão já produzido, a variação da concentração do adsorvente foi realizada utilizando: 0,5; 1,0; 2,0 e 3,0 g L-1 do adsorvente, pesados em Erlenmeyer de 125 ml. Foram adicionados 25 ml da solução de Rodamina B 5 mg L-1, em seguida os Erlenmeyer foram colocados sob agitação a 130 rpm em uma mesa agitadora (SHAKER SL- 222), com temperatura de 30º C por uma hora. Após esse período, as amostras foram centrifugadas (NT 810 Novatecnica) a 3000 rpm por 10 minutos e a absorbância medida em espectrofotômetro UV-VIS (Shimadzu 1900i) a 554 nm. Os testes foram realizados em triplicata e a eficiência de remoção do contaminante foi calculada usando a seguinte equação: Eficiência de Remoção: (((Co - Cf) / Co) * 100) Onde: Co é a concentração inicial de Rodamina B e Cf é a concentração final de Rodamina B após os testes de adsorção, ambos em mg L-1. •Ensaio da variação da concentração do adsorbato A variação da concentração do adsorbato foi realizada utilizando: 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 e 15,0 mg L-1 do corante Rodamina B. Nesse ensaio, foi fixado a concentração do adsorvente em 1 g L-1 e o experimento oi realizado em triplicata sob agitação constante a 130 rpm, com temperatura de 30º C por uma hora. •Ensaio da variação do pH A variação do pH foi realizada variando o pH da solução para os seguintes valores: 4,0; 7,0 e 10,0, a fim de identificar a variação da eficiência de remoção do corante em meio ácido, neutro ou básico, respectivamente. Nesse ensaio, foi fixado a concentração do adsorvente em 1 g L-1 e o experimento foi realizado em triplicata sob agitação constante a 130 rpm, com temperatura de 30º C por uma hora. •Ensaio da força iônica A variação da força iônica foi realizada variando a concentração de NaCl em 0,01, 0,025 e 0,05 mol L-1 na solução de Rodamina B 5 mg L-1. Nesse ensaio, foi fixado a concentração do adsorvente em 1 g L-1 e o experimento foi realizado em triplicata sob agitação constante a 130 rpm, com temperatura de 30º C por uma hora.
Resultado e discussão
•Variação da concentração de Adsorvente
Com o Biocarvão já produzido, foi realizado o estudo da variação da
concentração do adsorvente, no intervalo de 0,5 a 3 g L-1, nesse caso
foi utilizada a concentração fixa de 5 mg L-1 do corante Rodamina
B(RdB), a fim de obter a concentração otimizada do Biocarvão para adsorção do
corante em estudo. O teste foi realizado variando a concentração do Biocarvão,
com isso, foi perceptível que menores concentrações do adsorvente obteve menores
eficiências de remoção, da mesma forma, que quanto maior a quantidade de
adsorvente no meio, maior a eficiência de remoção da RdB, demonstrando que, com
uma maior quantidade do material estudado, ocorre consequentemente uma maior
captura do corante. Desse modo, a concentração otimizada foi de 1 g
L-1, tendo como resultado a eficiência de remoção de 97% do corante
Rodamina B.
Segundo Nascimento et al. (2020), uma vez que os componentes adsorvidos se
concentram sobre a superfície externa, quanto maior essa superfície externa por
unidade de massa sólida, tanto mais favorável será a adsorção. Nos estudos
realizados com a borra do café sem tratamento térmico, apenas com ativação
química e outro lavado com água da torneia, o emprego da borra de café como
agente adsorvente na eliminação da Rodamina FRBT revelou um desempenho
insatisfatório. A limitada eficácia na remoção do corante pode estar relacionada
à complexidade da adsorção do corante pelo material adsorvente, devido à
ausência de um pré-tratamento durante a obtenção do adsorvente (COSTA; TOMÉ,
2022).
Figura 1- Variação da concentração de Adsorvente
•Efeito da Variação da concentração de Rodamina B
Através do experimento realizado, variando a concentração do corante Rodamina
B, foi perceptível, como demonstra a figura 2, que ao aumentar a concentração do
corante Rodamina B na solução, ocorre consequentemente uma redução na eficiência
de remoção e isso pode ser explicado, provavelmente, pela saturação dos poros
presentes no Biocarvão, já que uma maior concentração do adsorbato exigiria uma
maior concentração do adsorvente para uma melhor eficiência de remoção.
Tendo, como concentração otimizada escolhida para o estudo é 1 g
L-1 de Biocarvão, com isso, a variação da concentração da RdB
influência na eficiência de remoção da mesma, desse modo é perceptível que a
variação da concentração do adsorbato influencia diretamente na eficiência da
remoção do absorvente, pois, em concentrações superiores a 5 mg L-1,
ocorre uma redução é significativa na eficiência de remoção, em 7,5 mg
L-1 a eficiência cai para 73%, bem como, aumentar a concentração para
10 e 15 ppm, as eficiências de remoção são de 57% e 49%, respectivamente.
Figura 2 - Variação da concentração do adsorbato
•Efeito da variação da presença de NaCl
Na figura 3 é possível notar que não ocorreu alterações significativas na
eficiência de remoção ao variar a concentração de NaCl no meio, já que na
solução com concentração de 0,01 mol L-1 de NaCl o Biocarvão
apresentou uma eficiência de 90% e ao aumentar a concentração para 0,05 mol
L-1 de NaCl a eficiência de remoção foi de 89%, essa ocorrência pode
ser justificada provavelmente pela inexistência ou pequena competição do NaCl
com a RdB pelos poros presentes no Biocarvão, de modo que o Biocarvão em estudo
apresenta características físicas e químicas mais favoráveis à adsorção do
corante Rodamina B. Com isso, pode-se afirmar que a variação da presença de NaCl
não influência significativamente na adsorção da RdB.
Figura 3 - Variação da concentração de NaCl na Solução do corante Rodamina B
•Efeito do Variação do pH da solução
A partir da variação do pH da solução, foi perceptível que o pH apresenta uma
pequena influência na eficiência de remoção da RdB, pois no pH 4,0 a eficiência
de remoção é de 99%, revelando que houve uma variação em meio ácido, em relação
ao pH neutro ou básico, ocorre uma redução na eficiência de remoção, mais
expressamente no pH 10,0, que ocorre uma pequena redução para 95%. O pH da
solução aquosa constitui uma variável importante e que tem grande influência no
processo de adsorção, pois pode alterar as cargas superficiais do adsorvente e a
protonação dos grupos funcionais de superfície, como o grau de ionização das
espécies, fato esse que pode explicar a redução da eficiência de remoção do
corante RdB em meio básico (MOREIRA, 2021).
Figura 4 – Variação do pH da solução do corante Rodamina B
Figura referente as imagens dos tópicos analisados \r\nna secção \"Resultados e Discussão\"
Conclusões
Diante do exposto e através das análises realizadas, foi possível observar a eficiência de remoção do Biocarvão produzido a partir da calcinação da borra do café revelou um bom potencial para adsorção do corante Rodamina B. Observou-se que ao aumentar a concentração do adsorbato ocorre uma redução na eficiência de remoção, onde se obteve uma adsorção de 49% na concentração de 15 mg L-1 A melhor eficiência de remoção nas foi obtida ao utilizar 1 g L-1 do Biocarvão em uma solução de 5,0 mg L-1 de Rodamina B, resultando em uma eficiência de 97%. A variação de NaCl não apresentou significativa influência na eficiência de remoção do corante, entretanto, ao variar o pH da solução foi observado que em meio ácido, ocorre uma melhora significativa na eficiência de remoção, de aproximadamente 99% em pH 4,0. Com isso, a produção de um Biocarvão proveniente da borra de café é uma alternativa sustentável e ambientalmente viável para adsorção do corante RdB, costumeiramente encontrado detectados em efluentes da indústria têxtil, por se tratar de um resíduo orgânico com alta disponibilidade e pequeno valor agregado.
Agradecimentos
Ao IFCE - Campus Maracanaú pela concessão de infraestrutura; Ao Laboratório de Tecnologia em Processos Ambientais - LTPA, por todo apoio e suporte dado durante o desenvolvimento da pesquisa.
Referências
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GUARATINI, Cláudia CI; ZANONI, Maria Valnice B. Corantes têxteis. Química nova, v. 23, p. 71-78, 2000.
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NASCIMENTO, Ronaldo Ferreira do et al. Adsorção: aspectos teóricos e aplicações ambientais. E-book. 2. ed. Fortaleza: Imprensa Universitária. 2020. (Estudos da pós-graduação). Disponível em: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/53271. Acesso em: Acesso em: 20/08/2023.
PESSÔA, Thiago Sabino. Caracterização e aplicação de biocarvão obtido a partir do endocarpo do açaí para adsorção de corantes têxteis. 2019. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco. Disponivel em: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33522. Acesso em 20/08/2023.
RIBEIRO, Marcelo Pinheiro; BOTARI, Alexandre. Evaluation of effluent post-treatment by slow filtration and adsorption with activated carbon produced from spent coffee grounds in surfactant removal in sewage treatment. Revista Ambiente & Água, v. 17, 2022.
RICARDINO, Isadora Ellen Feitoza; SILVA NETO, Irineu Ferreira da; SOUZA, Maria Nathalya Costa. Investigação do reaproveitamento de resíduos orgânicos para a produção de produtos dermatológicos. Revista Saúde e Meio Ambiente, v. 12, n. 1, p. 282-293, 2021.
SOUSA, Kalil Z. R. et al. Incorporação de rodamina B em membrana de poliamida pelo método da adsorção. Química Nova, v. 44, p. 154-160, 2021.
