Caracterização e avaliação do potencial adsortivo de biocarvões produzidos a partir de bagaço de malte cervejeiro.

Abstract

A indústria têxtil possui um vasto uso de corantes e a remoção desses poluentes, especialmente de matrizes aquosas, tem sido cada vez mais estudada, uma vez que a presença desses em águas pode trazer riscos ao ambiente e à saúde humana. Nesse contexto, a adsorção utilizando biocarvões tem sido proposta como tecnologia sustentável e inovadora para a remoção desses contaminantes. Neste trabalho foram investigadas as propriedades de diferentes biocarvões (BC) produzidos a partir do resíduo de bagaço de malte, bem como seu potencial de adsorção frente ao corante azul de metileno. A geração de resíduo de bagaço do malte tem aumentado nos últimos anos, mostrando-se uma biomassa lignocelulósica interessante para produzir BC. Foram produzidos o biocarvão a partir da pirólise da biomassa in natura, bem como variações do biocarvão obtidas a partir de modificações, especificamente modificações pré-pirólise usando sais metálicos (MnCl2 ou CoCl2) ou surfactante catiônico (brometo de cetiltrimetilamônio) e modificações pós-pirólise usando ácido (H3PO4 ou ácido cítrico). Os biocarvões foram caracterizados por meio de análises de ponto de carga zero (PCZ), FTIR, MEV e número de grupos ácidos e básicos. O efeito do pH da solução sobre a capacidade de adsorção dos materiais com maior potencial de adsorção (pré-modificados com MnCl2 ou CoCl2) foi investigado. Estudos de cinética nos mesmos materiais foram realizados e os dados experimentais foram analisados usando os modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem, Elovich e difusão intrapartícula. Isotermas de adsorção foram também obtidas nesses materiais e os dados experimentais foram modelados pelas isotermas de Freundlich, Langmuir, Dubinin–Radushkevich, Temkin e Redlich-Peterson. Resultados de FTIR indicaram a presença de grupos hidroxila, fenólicos e carboxílicos na superfície da biomassa in natura, bem como uma perda desses grupos nos biocarvões após o processo de pirólise. Também foi observado a presença de grupos específicos relacionados à incorporação de metais na estrutura dos materiais obtidos a partir da pirólise da biomassa modificada com sais metálicos. O pH no ponto de carga zero (PCZ) para todos os materiais foi próximo da neutralidade. Os valores de PCZ foram correlacionados com o número de grupos ácidos e básicos na superfície dos biocarvões. O pH da solução afetou pouco a capacidade de adsorção dos biocarvões modificados com sais metálicos, sendo levemente mais alta em pH 5,0, sugerindo uma baixa contribuição de interações eletrostáticas no processo de adsorção. Os estudos de cinética revelaram uma taxa de adsorção lenta dos materiais, sendo o tempo de equilíbrio de 48 e 70 h para os materiais modificados com os sais CoCl2 e MnCl2, respectivamente. O modelo de Elovich foi o que se ajustou melhor aos dados experimentais de cinética, sugerindo que o processo envolveu quimissorção, com a formação de interações específicas entre o substrato e o adsorvato. Além disso, o modelo de isoterma que melhor descreveu a adsorção do azul de metileno sobre ambos os biocarvões modificados com sais metálicos foi o de Redlich-Peterson, apresentando parâmetros Krp, α e β iguais a 2,97 L mg–1

; 0,759 L mg–1

e 0,940 para o BC contendo cobalto e

iguais a 4,21 L mg–1 ; 0,452 L mg–1 e 0,963, para o BC contendo manganês, respectivamente, sugerindo que a adsorção ocorre em monocamada e o adsorvente possui um número definido de sítios com energias levemente distintas. Valores de qe,máx foram iguais a 5,14 e 11,43 mg g –1 para os biocarvões contendo cobalto e manganês, respectivamente. Diante do exposto, conclui-se que os biocarvões obtidos a partir de resíduos do bagaço de malte cervejeiro

apresentam baixas capacidades de adsorção para o corante azul de metileno, embora tenha sido observado uma dependência desse valor com o tipo de sal metálico utilizado na pré-modificação da biomassa utilizada para produzir o BC. Esses resultados são importantes e revelam a necessidade do aprofundamento de estudos nessa perspectiva a fim de se viabilizar estratégicas mais eficientes na produção de biocarvões produzidos a partir da biomassa avaliada nesse trabalho.