ÁREA
Química Ambiental
Autores
Oliveira, M.S. (IFBA) ; Virgens, C.F. (UNEB) ; Martins, A.R. (IFBA)
RESUMO
A conscientização sobre o impacto ambiental da emissão de efluentes resulta na busca por processos e materiais alternativos para tratar esses resíduos. Devido ao seu caráter invasivo e à sua abundância, a biomassa da espécie foi identificada promissora para a produção desses materiais. Neste trabalho, foram desenvolvidos adsorventes a partir da vagem da leucena e de sua mistura com o licor preto do processo Kraft a partir da carbonização e ativação química em atmosfera de nitrogênio. Os sólidos foram caracterizados por análise termogravimétrica, espectroscopia na região do infravermelho e ponto de carga zero. A amostra obtida a partir da vagem e licor removeu 99,14% do azul de metileno com capacidade de adsorção de 9,91 mg.g, apresentando os melhores resultados.
Palavras Chaves
leucena; adsorção; licor preto
Introdução
O crescimento populacional e o desenvolvimento econômico, têm gerado cada vez mais impactos negativos sobre os recursos hídricos. De acordo com a UNESCO (2021), aproximadamente 80% de todas as águas residuais municipais e industriais, em escala global, são lançadas no meio ambiente sem qualquer tratamento prévio, pondo em risco a saúde humana e o ecossistema (KONCAGÜL; TRAN; CONNOR, 2021). Entre os diversos compostos lançados em águas superficiais destacam-se os corantes, largamente usados, sobretudo, na indústria têxtil. Os impactos causados pelo lançamento desses efluentes tem gerado discussões e pesquisas a respeito da produção de novos materiais e tratamentos adequados a esses resíduos. Um tratamento econômico e amplamente utilizado é a adsorção, com aplicação de carvão ativado (CA), material carbonáceo poroso de elevada área superficial (HUSSAIN; PRAJITH; DWIVEDI, 2017). Em decorrência da grande disponibilidade e baixa importância econômica, o desenvolvimento de adsorventes a partir de biomassas residuais e recursos lignocelulósicos alternativos tornou-se uma via promissora e ambientalmente amigável para a produção de CA (RAZAK et al., 2022; GAUTAM et. al, 2023; OLIVEIRA et al., 2020; KIM et al., 2020). Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver adsorventes a partir da vagem da leucena (), utilizando o licor preto, oriundo da indústria de papel e celulose, como agente ativante, e avaliar a capacidade adsortiva dos materiais a partir remoção do azul de metileno.
Material e métodos
As vagens da (VL) foram coletadas no Instituto Federal da Bahia campus Porto Seguro, em seu estado máximo de maturação. O licor preto (LP) foi obtido através de doação de uma indústria de papel e celulose. As vagens coletadas foram lavadas, secas em estufa (100 °C/1h), trituradas em liquidificador doméstico e peneiradas entre 60-80 mesh. Parte da amostra VL foi impregnada com licor preto (LP) em proporção de 1:1, sob placa de aquecimento (60 °C/4h). A amostra impregnada, VL-LP, foi seca em estufa (105 °C/24h) e carbonizada a 600 °C/30 min em forno mufla, sob atmosfera de gás N, o mesmo processo de carbonização ocorreu para a amostra VL, os materiais foram lavados com água destilada até pH 7, para remoção do agente ativante e desobstrução dos poros, e secos em estufa (105 °C/24h). Os sólidos obtidos a partir da vagem da pura e da mistura com o licor preto foram denominadas CVL e CVL-LP, respectivamente. As amostras foram caracterizadas por análise termogravimétrica (TG/DTG), por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), ponto de carga zero (PCZ) adaptado de Oliveira et.al (2020) e avaliadas a partir da sua capacidade adsortiva (q) e do percentual de remoção (%R). Para avaliação dos sólidos como adsorventes, colocou-se 0,1 g das amostras em béqueres de 100 mL contendo 50 mL de solução de AM (5 mgL), sob agitação. Retirou-se uma alíquota de 2,0 mL a cada tempo (5, 15, 30, 60, 90, 120 e 150 min.), em seguida, a mistura foi centrifugada (3 min/1500 rpm). Por fim, a concentração da solução sobrenadante foi monitorada por espectrofotometria UV- Vis no comprimento de onda de 664 nm.
Resultado e discussão
As curvas TG/DTG da vagem da leucena (VL) são apresentadas na Figura 1(a). O
processo de degradação ocorre em três etapas principais. Na região I a VL sofreu
uma rápida degradação devido à eliminação de água. A região II é o principal
estágio de degradação do material, para esta etapa são atribuídas a liberação de
compostos voláteis e à degradação da hemicelulose (220-315 °C), decomposição da
celulose e lignina (315-400 °C) e à degradação da lignina (>450 °C), o perfil
lento na região III pode, então, ser atribuído à presença de lignina. Até 650 °C
a massa residual da VL é de 28,39%, resultados semelhantes foram citados por
Razak et al. (2022) e Sukyai et al. (2018).
Observa-se na Figura 1(b) que o tratamento térmico causou deslocamento e redução
nos picos característicos dos grupos funcionais existentes na superfície da VL.
O pico 3292 cm está associado a grupos -OH de ácidos carboxílicos e
umidade presentes no material, os observados entre 2919-2850 cm foram
atribuídos à -CH de grupos metil e metileno, assim como, do hidrogênio aldeído
(-CHO). Bandas próximas a 1615 cm foram atribuídas por Yussuf (2019)
a grupos C=O e o pico agudo em 1030 cm a C-OH presentes na celulose,
hemicelulose e lignina (Razak et. al, 2022).
A Figura 1(c) mostra os PCZs das amostras CVL e CVL-LP, com valores de pH 8,74-
9,21 respectivamente, indicando que o tratamento alcalino da VL aumentou a
basicidade da superfície. Os resultados do ensaio de adsorção, em pH 5,6<PCZ,
são apresentados na Figura 2(a)-(b), o melhor desempenho da amostra CVL-LP pode
indicar que o tratamento com o LP favoreceu a interação adsorvato-adsorvente.
(a) análise termogravimétrica, TG e DTG da vagem in \r\nnatura (b) espectros de FTIR (c) PCZ dos adsorventes
(a) porcentagem de remoção e (b) capacidade de \r\nadsorção \r\n
Conclusões
Os resultados apresentados neste trabalho indicam a viabilidade e potencial da vagem da leucena como material precursor para obtenção de adsorventes. Dentre os adsorventes preparados, a amostra tratada com licor preto apresentou melhores resultados, com remoção de 99,4% do corante azul de metileno. Os resultados demonstram que o tratamento químico com o LP proporcionou melhores propriedades ao carvão ativado, aumentando sua capacidade adsortiva.
Agradecimentos
Os autores agradecem à Veracel Celulose pela doação do licor preto e à Sra. Antônia Oliveira pelas análises de TG. Oliveira; M. S. agradece à Fapesb e ao PPGEM-IFBA pela bolsa de mestrado.
Referências
GAUTAM et al. An environmentally friendly synthesis method of activated carbons based on subabul ( Leucaena leucocephala) sawdust waste for CO2 adsorption. Journal of Cleaner Production, 412, p. 1-16, 2023.
HUSSAIN, S.; PRAJITH, A.; DWIVEDI, P. B. Preparation, characterization and evaluation of adsorptive potencial o waste tea based activated carbon. In: 7th National Symposium on Engineering Final Year Projects. Trabalhos publicados, 2017.
KIM, Y. J. et al. Preparation and characterization of black liquor‑derived activated carbon by self‑chemical activation. Carbon Letters. v. 30, p. 115-121, 2020.
KONCAGÜL, E.; TRAN, M.; CONNOR, R. Relatório mundial das Nações Unidas sobre desenvolvimento dos recursos hídricos 2021: o valor da água; fatos e dados. UNESCO.Paris, 2021.
OLIVEIRA, M. et al. Adsorbents obtained from black liquor residues: synthesis, characterization, and evaluation in the removal of textile dyes. Scientia Plena, v. 16, n.12, p. 1-11, 2020.
RAZAK, N. H. A. et al. Characterized raw Leucaena leucocephala pod (LLP) as biosorbent produced high adsorption of Pb(II) ions in a synthetic aqueous solution. Research Square, preprint (versions 1), 2022.
SUKYAI, P. et al. Effect of cellulose nanocrystals from sugarcane bagasse on whey protein isolate-based films.Food Research International, v 107, p. 528–535, 2018.
YUSUFF, A. S. Adsorption of hexavalent chromium from aqueous solution by Leucaena leucocephala seed pod activated carbon: equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Arab Journal of Basic and Applied Sciences, 26:1, 89-102, 2019.
