ESTUDO DE ADSORÇÃO DO CORANTE REATIVO LARANJA 16 (RL16) USANDO CARVÃO ATIVADO PRODUZIDO A PARTIR DO ENDOCARPO DA CASTANHA-DO-PARÁ

Lucas Oliveira Santos, Programa de Pós-graduação em Química, Mestrando, UNIFESSPA, lucasuepa2016@outlook 

Francisco Adriano de Oliveira Carvalho, Programa de Pós-graduação em química, Doutor, UNIFESSPA, adriano.carvalho@unifesspa.edu.br

RESUMO

O carvão ativado produzido a partir de resíduos de atividades agroindustriais constitui-se numa alternativa viável para remoção de poluentes industriais por meio do processo de adsorção. Nesse contexto, o resíduo proveniente da extração das amêndoas da castanha-do-pará vem sendo reportado em diversos estudos de adsorção como um bioadissorvente que apresenta elevada capacidade de remoção de diversos poluentes, dentre eles os corantes têxteis. Dessa forma, o presente estudo vislumbra a síntese e aplicação de carvão ativado produzido a partir do endocarpo da castanha-do-pará na adsorção do corante reativo laranja 16(RL16). Os adsorventes foram ativados quimicamente com NaOH na proporção 1:1 (m/m) e fisicamente em diferentes temperaturas. Os ensaios de adsorção foram realizados numa incubadora de agitação orbital da marca SL – 223, na concentração de 25 mg L-1 de corante, 0,2 g de adsorvente, 20 ºC, 200 rpm e tempo de contato de 180 min. Os adsorventes mostraram excelentes capacidades de remoção, com índice superior a 99 % em pH 6,5, remoção superior à de outros estudos reportados na literatura. Os ensaios mostraram que o endocarpo da castanha-do-pará pode ser usado como uma alternativa na produção de carvão ativado, visto que é abundante e não agressivo ao meio ambiente. 

1. INTRODUÇÃO 

Vários setores indústrias como fabricação de corantes, curtumes, cosméticos, produtos farmacêuticos e processamento de alimentos são conhecidos por liberarem efluentes tóxicos que apresentam elevada quantidade de corantes, surfactantes e outras substancias tornando-os sujos e impróprio para uso posterior. Entre essas indústrias, as indústrias têxteis ocupam lugar de destaque, pois consomem elevados volumes de água, corantes e outros produtos químicos durante o processamento das fibras. Os corantes do tipo reativo são amplamente empregados nesse setor, sendo caracterizados pela presença dos grupos (-N=N-) chamadas ligações azo (RAMACHANDRAN et al., 2011). Os corantes reativos são, em geral, os mais nocivos entre devido ao seu baixo índice de biodegradação. Vários métodos físicos, químicos e biológicos têm sido empregados para o tratamento de água residual contendo corante. Contudo, esses métodos são pouco eficazes, devido à grande estabilidade química dos corantes. Por outro lado, a técnica de adsorção vem sendo empregada para diversos fins, sobretudo para remoção de poluentes aquosos como os corantes reativos, pois é confiável e eficiente (KUMAR et al.; 2020). O carvão ativado produzido a partir de resíduos agroindustriais constitui-se num adsorvente promissor a fim de remover poluentes aquosos como os corantes. Diversos resíduos lignocelulósicos são usados para síntese de carvão ativado, incluindo casca de frutos, pó de madeira, cana-de-açúcar e caroço de açaí. Dentre estes resíduos, o oriundo da extração das amêndoas da castanha-do-pará (endocarpo da castanha-do-pará) é bastante abundante, principalmente no estado do Pará. O endocarpo da castanha-do-pará constitui-se num material denso e lenhoso que é obtido após a retirada das amêndoas e geralmente é descartado sem uma destinação adequada. Dessa forma, o presente estudo destina-se a síntese e aplicação de carvão ativado obtido a partir do endocarpo da castanha-do-pará na remoção do corante reativo laranja 16 de solução sintética.

2 METODOLOGIA

2.1 Obtenção da biomassa e síntese dos adsorventes 

O endocarpo da castanha-do-pará foi obtido numa feira localizada no município de Marabá-PA. Incialmente o resíduo foi lavado em água corrente, seco e posteriormente triturado. Foram sintetizados cinco adsorvente designados de CA-70028 (Carvão ativado em mesh 28 a 700 ºC); CA-700325 (Carvão ativado em mesh 325 a 700 ºC); CAQ-500(Carvão ativado quimicamente a 500 ºC); CAQ-600( Carvão ativao quimicamente a 600 ºC) e CAQI-600 (Carvão ativado quimicamente a 600 ºC in natura). Para o preparo dos adsorventes CA-70028 e CA-700325 foram pesadas 30 g da biomassa para cada amostra, em duas granulometrias 28 e 325 mesh respectivamente. Em seguida as amostras foram carbonizadas em um forno mufla da marca MAGNUS a 700 ºC/2h, ao término da carbonização ambas foram classificadas em mesh 325. 

Os demais adsorventes foram obtidos por meio de ativação química usando soluções de NaOH na concentração de 7,5 mol/L e proporção 1:1 (m/m). Para o preparo das amostras CAQ-500 e CAQ-600, pesou-se duas amostras de 50 gramas da biomassa previamente classificada em mesh 28 e em seguida carbonizou-se a 500 ºC/2h. Massas iguais, resultantes do processo de carbonização, foram ativadas separadamente usando soluções de NaOH 7,5 mol/L nas proporções 1:1 (m/m). Em seguida as misturas foram homogeneizadas e deixadas em repouso por 48 h, seguido de secagem em estufa a 110 ºC / 16h. Depois de secas as misturas foram novamente carbonizadas a 500 e 600 ºC durante 1 h. Por conseguinte, as amostras foram lavadas com água destilada para remoção do excesso de base e posteriormente lixiviadas com solução de HCl 0,1 mol/L até pH 7,0. Ao término desse processo as amostras foram secas em estufa a 110 ºC/24 h e classificado em mesh 325. A síntese do CAQI-600 foi realizada de forma similar, porém a biomassa, em mesh 28, foi colocada em contato com a solução de NaOH ainda in natura, e carbonizada posteriormente a 600 ºC. 

2.2 Ensaios de adsorção 

Com o intuito de realizar todos dos testes de adsorção, todas as soluções usadas nos ensaios foram obtidas a partir de 1000 mg/L do corante reativo laranja 16(RL16). A partir desta solução, obteve-se soluções de 25 mg/L em um volume de 100 mL de corante e adicionadas a um erlernmeyer de 125 mL. Os ensaios foram realizados usando 0,2 gramas de adsorvente todos classificados em 325 mesh. As soluções foram colocadas em contato com os adsorventes numa incubadora de agitação orbital SL-223, em 200 rpm a 20 ºC durante 180 min. Após esta etapa, os sobrenadantes foram retirados e filtrados com o auxílio de uma bomba a vácuo e em seguida centrifugados a 3000 rpm por 8 min para assegurar a devida separação do sobre nadante. Por fim, efetuou-se as leituras no espectrofotômetro a 493nm. 

Os ensaios de adsorção foram realizados em duplicata. A porcentagem de remoção foi calculada usando a seguinte equação:

Capacidade de remoção(%)=Ci-CeCix100

Onde Ci (mg/L) é a concentração inicial do corante e Ce (mg/L) a concentração em equilíbrio na solução.

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 

3.1. Resultado do rendimento de síntese dos adsorventes CAQ-500, CAQ-600 e CAQI-600

A Tabela 1 mostra o rendimento da síntese das amostras previamente carbonizadas a 500 ºC (CAQ-500 e CAQ-600) e ativada in natura (CAQI-600). 

Tabela 1-Efeita da temperatura de carbonização no rendimento de síntese dos adsorventes produzidos a partir da biomassa da castanha-do-pará, com tempo de carbonização de 2h e massa inicial de 50 g.

*rendimento em %; Fonte: autor (2020)

Verificou-se que a elevação da temperatura de ativação promove uma diminuição no rendimento de síntese dos adsorventes. Quanto aos carvões sintetizados com a matéria previamente carbonizada, CAQ-500 e CAQ-600, o maior rendimento foi obtido para o CAQ-500 28, 78% em função da menor temperatura de ativação. Zhang et al (2018), estudaram o efeito da temperatura, na faixa de 700 a 900 ºC, na ativação química do farelo de trigo usando NaOH e obtiveram menores rendimento de síntese para temperaturas mais elevadas, comportamento similar ao deste estudo. Tao et al(2017), também sintetizaram carvão ativado quimicamente com NaOH, a partir de resíduos de chá, os quais estudaram o efeito da temperatura no processo de ativação química em duas etapas, inicialmente carbonizando a 500 ºC e ativando a 500, 600 e 700 ºC, os rendimentos de síntese também corroboram aos deste estudo. 

Por outro lado, a ativação química a partir da biomassa in natura, CAQI-600, apresentou menor rendimento de síntese 8,20 %. O rendimento inferior está associado a única etapa de ativação. O contato direto da matéria orgânica in natura com o reagente ativante (NaOH) promove uma reação mais intensa, causando alterações drásticas no material, devido ao efeito do agente ativante utilizado, uma vez que quanto mais drástica a desidratação e despolimerização, menor será o rendimento, dada a maior perda de massa do precursor (BRANDÃO et al., 2020; OGUNGBENRO et al., 2020).

5.3 Rendimento de síntese do CA-70028 e CA-700325

A fim de avaliar o efeito da granulometria no rendimento e síntese da biomassa castanha-do-pará e sobretudo na remoção do corante, foram carbonizadas duas amostras: carbonizada a 700 ºC em mesh 28 e carbonizada a 700 ºC em mesh 325. A Tabela 2 mostra os resultados obtidos.

Tabela 2- Efeito da granulometria no rendimento de síntese dos adsorventes CA-700 28 e CA-32, em 700 ºC a partir de 30 g de biomassa.

Fonte: autor (2020)

Tratando-se do mesmo material precursor e da mesma temperatura de carbonização, o rendimento de síntese foi determinado pelo tamanho das partículas durante o processo. O maior rendimento de síntese do CA-70028, 15, 73%, está relacionado a menor superfície de contato disposta para a queima do material. Por outro lado, o CA-700325 apresentou menor rendimento de síntese, 9, 26%, devido ao aumento da superfície de contato. Apesar do baixo rendimento, ambas apresentaram uma calcinação homogênea. Apesar do rendimento de carbonização ser baixo ser baixo, a qualidade dos materiais foi satisfatória para realização de ensaios preliminares na adsorção do RL16.

3.3 Ensaios de adsorção 

Avaliou-se a capacidade adsortiva dos adsorventes produzidos a partir da casca da castanha-do-pará a fim de selecionar o adsorvente mais eficiente para os estudos posteriores. A Figura 3 mostra os resultados obtidos na adsorção do corante reativo laranja 16 (RL16). 

Figura 3-Capacidade adsortiva dos diferentes adsorventes usando concentração de 25mg/L, 0,2 de adsorvente, 200 rpm, 20 ºC, pH 6,5 e tempo de contato de 180 min.

Fonte: autor (2020)

O CA-700325 mostrou melhor capacidade adsortiva, 99,75%, na remoção do RL16. Dentre os adsorventes ativados quimicamente com NaOH o CAQI-600 se mostrou mais eficiente na remoção do RL16, com remoção de 85,30 %, muito superior aos índices obtidos pelos adsorventes CAQ-500 e CAQ-600 que apresentaram remoções de 12,5 e 16,93% respectivamente. Estudos reportados na literatura mostram que o número de etapas envolvidas na ativação química influencia diretamente nas propriedades de superfície do material precursor. A ativação química do CAQI-600 foi realizada com a biomassa in natura seguido do tratamento térmico a 600 ºC, o que promove uma reação mais efetiva entre o NaOH e a biomassa. Por outro lado, a ativação dos adsorventes CA-500 e CA-600 a partir da matéria prima pré-carbonizada, apesar de atuarem reações de despolimerização, desidratação e condensação, não produz o mesmo efeito comparado a ativação da biomassa in natura (BEDIA, 2020). 

4 CONCLUSÃO

O endocarpo da castanha-do-pará mostrou-se promissor para obtenção de carvão ativado tanto ativado quimicamente quanto por ativação térmica. Os resultados dos testes de adsorção do corante reativo laranja 16 mostram uma excelente capacidade de remoção com índice superior a 99 % para o CA-700325 e 85, 30 % para o CAQI-600 para concentração de 25 mg/L. Esses resultados são bastante expressivos, visto que foram alcançados em pH próximo ao de efluentes, o que possibilita uma possível aplicação em amostras reais.

5 REFERÊNCIAS

BEDIA, J.; PEÑAS-GARZÓN, M.; GÓMEZ-AVILÉS, A.; RODRIGUEZ, J.J.; BELVER, C. Review on Activated Carbons by Chemical Activation with FeCl3, Journal of carbono research, 2020.

BRANDÃO, A.C.T.; QUEIROZ, V.; SILVA, R.G.C. Síntese e caracterização de carvão ativado quimicamente com H3PO4 e NaOH a partir da casca de pequi (Caryocar brasiliense). Brazilian Journal of Development, v. 6, n. 8, p. 60945-60962, 2020. 

KUMAR V.; CHANDRA, R.; THAKUR I.S.; SAXENA G.; SHAH M. P. Recent Advances in Physicochemical and Biological Treatment Approaches for Distillery Wastewater. In: Shah M., Banerjee A. (eds) Combined Application of Physico Chemical and Microbiological Processes for Industrial Effluent Treatment Plant. Springer, Singapore, p.79-118, 2020.

OGUNGBENRO, A.E.; QUANG, D.V.; AL-ALI, K.A.; VEJA, L.F.; ABU-ZAHRA, M.R.M. Synthesis and characterization of activated carbon from biomass date seeds for carbon dioxide adsorption. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2020.

RAMACHANDRAN, P.; VAIRAMUTHU, R.; PONNUSAMY, S. Adsorption isotherms, kinetics, thermodynamics and desorption studies of reactive orange16 on activated carbon derived from ananas comosus (l.) carbon. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, v.6, n.11, 2011.

ZHANG, Y.; SONG, X.; XU, Y.; SHEN, H.; KONG, X.; XU, H. Utilization of wheat bran for producing activated carbon with high specific surface area via NaOH activation using industrial furnace. Journal of Cleaner Production, 2018.

TAO, J.; HUO, P.; FU, Z.; ZHANG, J., YANG, Z.; ZHANG, D. Characterization and phenol adsorption performance of activated carbon prepared from tea residue by NaOH activation. Environmental Technology, 2017.