12° ENTEQUI - Obtenção de adsorvente preparado a partir da casca de amendoim para adsorção de íons chumbo

Obtenção de adsorvente preparado a partir da casca de amendoim para adsorção de íons chumbo

AUTORES: Silva, C.O.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Teixeira, V.E.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Freitas, R.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Ribeiro, B.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Duarte, M.M.M.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)

RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo obter adsorvente a partir da casca de amendoim para remoção de íons chumbo de soluções aquosas. Foram preparados cinco adsorventes in natura (IN), tratamento básico (TB), carbonizado (CN), pirolisado (PI) e ativado com ácido fosfórico (CA_H3PO4)). Em teste preliminar o adsorvente que apresentou maior capacidade adsortiva (q em mmol·g^-1) foi selecionado e caracterizado pelas técnicas de adsorção/dessorção de N₂, por espectrometria por transformada de Fourier e pelo método de pH do ponto de carga zero (pH_PCZ). O adsorvente selecionado foi o CA_H3PO4 que apresentou estrutura mesoporosa, presença de grupos oxigenados na superfície e pH_PCZ de 6,0, favorável para adsorção de íons.

PALAVRAS CHAVES: Adsorção; Biomassa; Íons metálicos

INTRODUÇÃO: O Brasil é o segundo maior produtor e exportador de amendoim (Arachis hypigaea Linn) da América Latina com uma produção de 466 mil toneladas anual (SANTOS, 2021). A casca de amendoim, material lignocélulosico, é responsável por 30% em peso do amendoim e apesar de possuir aplicabilidade, em processos fermentativos e alimentação animal, grande parte dessas cascas acabam sendo descartadas. Buscando um melhor aproveitamento da matéria prima, tem-se investigado formas de agregar valor ao material (DEPIERE, 2019). Considerando a alta demanda de resíduos agroindustriais (biomassa), sua aplicação em estudos na área de adsorção tem sido frequente, no que se refere a obtenção de adsorventes eficientes e de fonte renovável (SILVA et al. 2018). O uso de biomassas como cascas de amendoim, palha de arroz, bagaço de cana-de- açúcar e casca de abacaxi tem sido investigada como adsorventes, apresentando uma boa eficiência na adsorção de íons metálicos (SANTOS, 2021; OLIVEIRA, 2019; ZHAO et al. 2020). Dentre os íons metálicos o chumbo (Pb²⁺) se destaca devido à sua toxidade, bioacumulação, não biodegrabilidade e efeito cancerígeno (DIACONU et al. 2020). Diante o exposto, a adsorção apresenta-se como um dos processos mais simples, eficazes e de fácil operação, possibilitando a recuperação de metais durante o processo de remoção dos íons em soluções aquosas (SINGH et al. 2018; LIMA et al. 2020). O objetivo deste trabalho foi preparar adsorventes, a partir da casca de amendoim, resíduo agroindustrial, para avaliar sua aplicação na remoção dos íons chumbo (Pb²⁺) de meio aquoso por processo absortivo.

MATERIAL E MÉTODOS: Os teores do íon foram quantificados em Espectrofotômetro de AAC (Varian), em curva analítica (261,4nm), LQ de 0,029mmol·L^-1, CV de 4,9% e r de 0,99. As cascas de amendoim após lavagem por imersão, corte e secagem em estufa à 105°C foram trituradas em moinho de facas, lavadas com água, secas a 60°C por 24h (IN). Para o carbonizado (CN) 20g do IN foram levadas a mufla (10°C·min^-1, a 100°C/30min, 200°C/1h e 350°C/1h). Na ativação química (CA_H3PO4), 20g do IN foram tratadas com H₃PO₄ 5:3 (p/V), na mesma rampa do CN e lavado com NaHCO₃ 1%. Para a pirólise (PI), 10g do IN foram transferidos para reator de quartzo (D=2cmxH=60cm) e levado ao forno a 10°C·min^-1 até de 350°C (1h:30min e fluxo 100mL·min^-1 de N₂). No tratamento básico 50g de IN foram misturadas a 1L de NaOH (0,1mol·L^-1) por 2h, sendo filtradas e lavadas com 400mL de água por 30min, secas em estufa a 60°C/24h. Os adsorventes foram classificados em granulometria de 0,09mm. Foram realizados ensaios em triplicata para seleção do adsorvente de maior q, com 0,1g de cada material em 50mL da solução 0,5mmol·L^-1 (pH = 5), a 300rpm por 3h e 25±2°C. A caracterização do adsorvente selecionado/precursor foi realizada pelas técnicas de adsorção/dessorção de N₂ (Quantachrome) numa pressão relativa, entre 0 e 0,3. Por espectrofotometria na região do infravermelho por transformada de Fourier em espectrômetro (Perkin-Elmer), entre 4000 e 500cm^-1 e resolução de 4cm^-1. O pH do ponto de carga zero (pH_PCZ) foi obtido com 0,1g dos adsorventes em 25mL de água em pH 2 a 11, 300 rpm por 24h a 25 ±2°C, e plotado o gráfico pHf-pHi x pH

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Dentre os 5 adsorventes (Tabela 1), produzidos a partir da casca de amendoim, pode ser constatado que todos os tratamentos, com exceção a pirólise, resultaram num aumento de q quando comparado com o material in natura. O adsorvente que obteve o maior aumento do q, foi o CA_H3PO4), sendo assim este o selecionado. A isoterma de IN (Figura 1A) se assemelha a curva do tipo III, indicando maior afinidade entre as moléculas de gás do que entre adsorvente-adsorvato. Já a forma apresentada para o CA_H3PO4)(Figura 1B) se assemelha a isoterma do tipo Ib indicando um material entre micro e mesoporoso, com alta afinidade adsorvato-adsorvente conforme Thommes et al. (2015). Após o tratamento químico foi possível observar um aumento no volume dos poros de 0,004 para 0,265cm³·g^-1, na área superficial de 3,9 para 446m².g^-1 e diminuição do diâmetro médio dos poros de 4,2 para 2,4 nm. A análise da superfície dos adsorventes (IN e CA_H3PO4) por FT-IR (Figura 1C), indicou que após ativação e carbonização houve a produção de grupos oxigenados (bandas de 1200 a 1600cm^-1 e 1000 a 1040cm^-1). Segundo Oliveira (2019), a carbonização resulta em alterações na cristalinidade da celulose, intensificando a presença de vários grupos funcionais de oxigênio, tais como hidroxilas, grupos carboxílicos, fenólicos e carbonílicos. O valor do pH_PCZ (Figura 1D) passou de 5,2 para 6,0 após a ativação. A submissão ao processo de lavagem com bicarbonato de sódio pode ter influenciado para este aumento. Além disso, pode-se salientar que o tratamento com H₃PO₄, com posterior carbonização, promoveu características que favorecem a adsorção de íons metálicos.

Tabela 1

Tabela 1 - Capacidade adsortiva dos adsorventes preparados a partir da casca de amendoim para adsorção de íon chumbo.

Figura 1

Figura 1 - Isoterma de adsorção/dessorção de N2: A - IN e B - CAH3PO4; C - Espectros de FT-IR e D - pH do ponto de carga zero.

CONCLUSÕES: O carvão ativado com ácido fosfórico (CA_H3PO4) preparado a partir da casca de amendoim demonstrou ser viável para remoção de íons chumbo de soluções aquosas. O CA_H3PO4 apresentou estrutura mesoporosa e a presença de grupos oxigenados na superfície do adsorvente que influenciaram numa maior capacidade adsortiva. Etapas de definição de condições operacionais, estudo cinético e de equilíbrio serão realizados com este adsorvente.

AGRADECIMENTOS: Ao CNPq, PIBIC/UFPE, FADE/UFPE e Núcleo de Química Analítica Avançada de Pernambuco - NUQAAPE (FACEPE, processo APQ-0346-1.06/14).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: DEPIERI, H.M.; Gestão da Inovações tecnológicas na agroindústria do amendoim do estado de São Paulo. Dissertação de Mestrado. São Carlos, SP: UFSCar, 2019.
DIACONU, M.; PAVEL, L.V.; HLIHOR, R.M.; ROSCA, M.; FERTU, D.I.; LENZ, M.; CORVINI, P.X.; GAVRILESCU, M. Characterization of heavy metal toxicity in some plants and microorganisms – a preliminary approach for environmental bioremediation. New Biotechnology, v. 56, p. 130-139, 2020.
OLIVEIRA, L.P.S. Adsorção de cádmio(II) e cobalto(II) em sistemas de banho finito e de leito fixo para soluções monocomponentes e binária. 2019.
SANTOS, V.H. Resíduos agroindustriais como precursores para preparação de materiais adsorventes visando à remoção de íons Cd(II) e Pb(II) em sistema de mistura binária. Dissertação de mestrado. Recife, PE: Universidade Federal de Pernambuco, 2021.
SILVA, T.; BARBOSA, C.; GAMA, B; NASCIMENTO, G.; DUARTE, M. Agregação de valor ao resíduo agroindustrial: Remoção de fenol utilizando adsorvente preparado a partir da casca de amendoim. Revista Matéria, v. 23, n. 1, 2018.
SINGH, N.B.; NAGPAL, G.; AGRAWAL, S.; RACHNA. Water purification by using Adsorbents: A Review. Environmental Technology & Innnovation, v.11, p.187-240, 2018.
THOMMES, M.; KANEKO, K.; NEIMARK, A. V.; OLIVIER, J. P.; RODRIGUEZ-REINOSO, F.; ROUQUEROL, J.; SING, K. S. W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, v. 87, n. 9–10, p. 1051–1069, 2015.
ZHAO, M.; DAI, Y.; ZHANG, M.; FENG, C.; QIN, B.; ZHANG, W.; ZHAO, N.; LI, Y.; NI, Z.; XU, Z.; TSANG, D.C.W.; QIU, R. Mechanisms of Pb and/or Zn adsorption by diferente biochars: Biochar characteristics, stability and binding energies. Science of the Total Environment, v.717, p. 136894, 2020.