ÁREA
Química Inorgânica
Autores
Santos, R.I.L. (UFAM) ; Mendes, A.C.S. (IFRO) ; Moraes, N.A. (IFRO) ; Paiva, T.B.F. (IFRO) ; Souto, L.F.L. (IFRO) ; Araújo, N.F.O. (IFRO) ; Freitas, F.A. (UFAM)
RESUMO
O açaí (Euterpe precatória Mart.) possui cadeia produtiva de alta representatividade na economia da Amazônia brasileira. Contudo, grande quantidade de resíduos são gerados no processamento do fruto. Visando reduzir o impacto desses resíduos no ambiente e gerar produtos com alto valor agregado, este trabalho busca estudar o ponto de carga zero (PCZ) de hidrocarvão preparado a partir de resíduos de sementes do açaí. A coleta foi realizada em feiras livres de Porto Velho-RO. O material foi seco a 65ºC por 24h e moído nas granulometrias de 40 a 100 mesh. O hidrocarvão foi sintetizado em reator hidrotérmico em aço inoxidável com tubo teflon a 121ºC por 5h. O PCZ foi determinado pelo método do equilíbrio em sistema de bateladas. Os valores de PCZ para os hidrocarvões ficaram entre 5,1-6,7.
Palavras Chaves
carbonização hidrotermal; adsorvente; meio ambiente
Introdução
O açaí (Euterpe precatória Mart.) possui uma cadeia produtiva de alta representatividade na economia da Amazônia brasileira. Entretanto, uma grande quantidade de resíduos gerados no processamento da fruta têm sido descartados deliberadamente no meio ambiente, causando riscos à saúde da população devido à contaminação ambiental ou à proliferação de agentes de doenças (SATO, et al., 2019). Visando reduzir o impacto desses resíduos, estudos sugerem o uso dessa biomassa na obtenção de produtos com alto valor agregado (DE SOUZA et al., 2020; SILVA et al., 2023; QUEIROZ et al., 2020). Nesse sentido, a carbonização hidrotérmica (CHT) tem sido uma alternativa para produção de materiais carbonáceos. Durante a carbonização hidrotérmica, a biomassa sofre um rearranjo estrutural, degradando-se em sólidos, líquidos e produtos gasosos, no qual o produto sólido obtido é chamado de hidrocarvão, este possui composição química e aparência física diferentes da matéria-prima, o que pode ser explicado pelos mecanismos de reação. A diferença na composição química pode ser explicada pelos mecanismos de hidrólise, desidratação, descarboxilação, aromatização e condensação que ocorrem no processo de carbonização hidrotérmica ( FANG et al., 2018).O hidrocavão é um material que possui capacidade de adsorção de contaminantes orgânicos polares e não polares devido às suas diversas funcionalidades de superfície (KAMBO & DUTTA, 2015). Contudo, a viabilidade do seu uso como adsorvente, depende do tipo de matéria prima e do modo de produção. Nesse contexto, o estudo do pH do ponto de carga zero (PCZ) é importante para compreender e melhorar a eficiência nos processos de adsorção. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o PCZ de hidrocarvão preparado a partir de resíduos de açaí.
Material e métodos
Os reagentes utilizados neste trabalho foram: ácido clorídrico - HCl (Synth 37%), hidróxido de sódio - NaOH (Synth PA), ácido orto-fosfórico – H3PO4 (Synth 85%). Coleta e preparo dos resíduos de açaí: Os resíduos de sementes do açaí foram coletados em feiras livres da cidade de Porto Velho/RO. Após as coletas, os resíduos foram lavados, secos a 65ºC em estufa por 24h. Posteriormente, as amostras foram moídas em moinho de facas e peneiras para se obter a granulometria de 40 a 100 mesh. Síntese do hidrocarvão: Para a síntese do hidrocarvão utilizou-se o reator hidrotérmico em aço inoxidável com tubo teflon. As amostras foram preparadas com água, H3PO4 1mol L-1 , NaOH 1mol L-1 , na proporção de 1:10 (m/v), as quais foram identificadas como AW, AA e AB, respectivamente. Todas as sínteses foram realizadas a uma temperatura de 121ºC por 5h. Após o tempo de síntese, o material foi lavado com água destilada até a água de lavagem atingir o pH 6. Em seguida, o hidrocarvão foi levado para a estufa para secagem, a uma temperatura de 65ºC por 24h. Determinação do ponto de carga zero (PCZ): Para a determinação PCZ foi utilizado o método do equilíbrio em sistema de bateladas, em duplicata, de acordo com Van Raij (1973). No teste utilizou-se 50 mL de uma solução de KCl 0,01 mol L-1, colocados em Erlenmeyers de 250 mL e o pH ajustado para 2, 4, 6, 8, 10 e 12 com soluções de NaOH 0,1 mol L-1 e HCl 0,1mol L-1, com o auxílio do pHmetro digital (Ávila científica). Em seguida, foram adicionados 150 mg do hidrocarvão e levadas à agitação por 24h. Após esse período, as amostras foram filtradas e mediu-se o pH dos sobrenadantes.
Resultado e discussão
A identificação do PCZ teve o intuito de compreender a capacidade adsortiva do
hidrocarvão produzido. O PCZ é importante para a compreensão da superfície de
materiais adsorventes, e indica o ponto em que a carga superficial de um
adsorvente é igual a zero. O gráfico de pH inicial vs. pH final (Fig.1 ) mostra
o PCZ para os hidrocarvões AW, AA e AB, respectivamente. Os resultados de PCZ
indicaram que todos os hidrocarvões apresentaram pH ácido, ou seja há
predominância de grupos ácidos em suas superfícies. Adsorventes ao entrarem em
contato com adsorvatos com pH inferior ao PCZ, tendem a adsorver mais facilmente
os ânions disponíveis, enquanto que ao entrarem em contato com adsorvatos de pH
superiores ao PCZ tendem a adsorver preferencialmente cátions. Então, a
finidade de superfície para poluentes carregados positivamente como cátions
metálicos ou para compostos orgânicos carregados negativamente, dependerá da
relação entre pH e PCZ. Desse modo, para processos de adsorção com adosorvatos
aniônicos devem ser usados adsorventes catiônicos (BOEHM, 1994). Em um estudo
sobre adsorção em bagaço de cana-de-açúcar, o PCZ foi 7,2 e 7,4, demonstrando
que a concentração dos sítios básicos da superfície é ligeiramente maior do que
a concentração dos sítios ácidos (RODRÍGUEZ-DÍAZ et al., 2015). Desse modo, os
materiais têm principalmente cargas negativas na superfície que oferecem uma
certa afinidade para a adsorção de cátions. Em adsorventes produzidos com cascas
e sementes de uva e bagaço de malte os valores de PCZ foram 6,0 e 6,65 (MANZETO
et al., 2017). Neste caso, a superfície do material está carregada
positivamente. Portanto, nota-se que o PCZ é diverso resultando em
características específicas para cada adsorvente.
Gráfico PCZ
Conclusões
O estudo do ponto de carga zero dos hidrocarvões sintetizados a partir de resíduos de açaí, mesmo sendo tratados com soluções ácidas, básicas e água, mostrou que o material apresenta pH ácido, indicando a predominância de grupos ácidos em suas superfícies.
Agradecimentos
Ao IFRO, ao Departamento de Pesquisa, Inovação e Pós-graduação (DEPESP) do Campus Porto Velho Calama, à CAPES e ao Programa de Pós-graduação em Química (PPGQ-UFAM).
Referências
BOEHM, H. P. Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons. Carbon, v. 32, n. 5, p. 759-769, 1994.
FANG, J.; ZHANA, L; SIK OK, Y.; GAO, B. Minireview of potential applications of hydrochar derived from hydrothermal carbonization of biomass. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, v. 57, p.15-21, 2018.
MAZETTO, I. A. et al. Caracterização de biomassas de uva-do-japão e bagaço de malte como adsorventes através da análise do ponto de carga zero. In: XII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica. UFSCar–São Carlos–SP. 2017.
KAMBO, H. S.; DUTTA, A. A Comparative Review of Biochar and Hydrochar in Terms of Production, Physico-Chemical Properties and Applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, n. 45, p. 359-378, 2015.
QUEIROZ, L. S. et al. Activated carbon obtained from amazonian biomass tailings (acai seed): Modification, characterization, and use for removal of metal ions from water. Journal of Environmental Management, v. 270, p. 110868, 2020.
RAIJ, B. Determinação do ponto de carga zero em solos. Bragantia, v. 32, p. 337-347, 1973.
RODRÍGUEZ-DÍAZ, J. M. et al. Caracterização Integral da Cinza do Bagaço da Cana-de-Açúcar para Uso como Adsorvente. Bioenergia, n. 8, p. 1885-1895, 2015.
SATO, M. K. et al. Biochar from Acai agroindustry waste: Study of pyrolysis conditions. Waste Management, v. 96, p. 158-167, 2019.
DA SILVA, T. R. et al. A review on the performance of açaí fiber in cementitious composites: Characteristics and application challenges. Journal of Building Engineering, p. 106481, 2023.
DE SOUZA, L. K. C. et al. Utilization of acai stone biomass for the sustainable production of nanoporous carbon for CO2 capture. Sustainable Materials and Technologies, v. 25, p. e00168, 2020.
