Ativação física do carvão presente no resíduo, fuligem do bagaço de cana de açúcar, e adsorção do corante azul de metileno

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Magalhães, F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS) ; Pissetti, F.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS - MG) ; Giusto, L.A.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS - MG)

Resumo

A fuligem do bagaço de cana-de-açúcar (FBCA), é gerado durante a obtenção de energia em usinas sucroalcooleiras e possui alto teor de carvão. Sendo assim, este trabalho investigou a ativação do carvão presente na FBCA em diferentes temperaturas utilizando CO₂. Os carvões ativados obtidos foram caracterizados por MEV, área superficial estimada (SE), análise elementar e testados para adsorver o corante azul de metileno. Os resultados mostraram que após ativação houve a formação de poros na superfície do carvão e conseqüentemente a área superficial estimada aumentou até 10,5 vezes. Observou-se também que a capacidade para adsorver o corante azul de metileno presente em solução aquosa aumentou com a temperatura de ativação.

Palavras chaves

Carvão ativado; Fuligem do bagaço de cana; Adsorção

Introdução

Nas indústrias sucroalcooleiras a produção de açúcar e álcool gera resíduos como: vinhaça, torta de filtro, bagaço de cana-de-açúcar, fuligem, água de lavagem de cana/máquinas (APTA, 2008), etc. Alguns destes resíduos muitas vezes são reutilizados pelas indústrias, como é o caso da vinhaça, vinhoto, torta de filtro e o bagaço da cana-de-açúcar (BCA) que pode ser utilizado na geração de energia (GEORGE et al., 2010). O BCA também pode ser utilizado para alimentação animal e obtenção de materiais mais nobres como plásticos biodegradáveis e materiais adsorventes(NEGRÃO e URBAN, 2005). Porém quando BCA é utilizado como fonte renovável de energia, há a geração do resíduo, fuligem do bagaço de cana- de-açúcar (FBCA), proveniente da sua queima incompleta. A FBCA é um resíduo rico em carvão e cinzas (óxidos de silício) e tem sido estudado para a produção de briquetes de carvão, concreto asfáltico (LEAL e CASTRO, 2007), fritas para impermeabilização em peças cerâmicas e materiais para adsorção de contaminantes (SANTOS et al., 2010, MARTÍN-LARA et al., 2010). As indústrias sucroalcooleiras misturam este resíduo ao solo para melhorar a aeração ou destinam para aterros industriais, o que gera custos. Na literatura não foi encontrado nenhum trabalho que estuda a ativação física do carvão presente na FBCA para obtenção de um material com alta área superficial para aplicações ambientais. Desta forma, este trabalho teve como objetivo investigar a influência da temperatura (800, 850 e 900 °C) na ativação do carvão presente na FBCA utilizando CO₂ e estudar a eficiência dos materiais obtidos para adsorver o corante azul de metileno presente em solução aquosa.

Material e métodos

A FBCA utilizada foi gentilmente cedida por uma industria sucroalcooleira da região sudeste do estado de Minas Gerais. A FBCA foi recebida conforme ela é gerada (forma de fibras) e a mesma foi lavada, seca em estufa a 100 °C por 12h e triturada antes de se iniciar os procedimentos para ativação física. A ativação foi realizada sob fluxo de CO₂ em forno tubular elétrico provido de tubo de quartzo (1 polegada de diâmetro) onde foi adicionado cerca de 1,5 g da FBCA. A rampa de aquecimento foi de 20 °C min^-1 até atingir a temperatura desejada (800, 850 ou 900 °C). Após 60 minutos na temperatura de ativação o forno foi desligado e o resfriamento ocorreu de forma natural até temperatura ambiente para retirada da amostra. Os carvões obtidos foram nomeados conforme a temperatura de ativação (800, 850 e 900 °C): CA800; CA850 e CA900. Os materiais foram caracterizados por por microscopia eletrônica de varredura (MEV)utilizando um equipamento da LEO 1450 VP Trademark. A estimativa da capacidade de adsorção do contaminante orgânico, azul de metileno (AM), pelos carvões obtidos foi obtida através de isotermas de adsorção. Nestes experimentos foram utilizados 10 mL de soluções de diferentes concentrações (10, 20, 50, 100, 250, 500, 1000 mg L^-1) do corante AM que foram misturados 10 mg de CA a temperatura ambiente. Após 24 h de contato, o sobrenadante foi separado por centrifugação. O teor de corante adsorvido foi obtido pela diferença de absorbância do corante antes e após a adsorção pelo CA. As medidas de absorbâncias foram realizadas por espectrofotometria na região do UV-vis no comprimento de onda igual a 665 nm.

Resultado e discussão

A Fig. 1 apresenta as imagens obtidas por MEV para a FBCA e CA800. Nas micrografias A e B observa-se a presença de poros de diferentes tamanhos e formas no CA800 e que os mesmos formaram preferencialmente nas extremidades das estruturas em forma de fibra. Por outro lado, não foi observado poros na superfície da FBCA. A Fig. 2A apresenta as isotermas de adsorção do corante AM pelos carvões obtidos. Estes resultados mostram que a capacidade adsortiva dos carvões aumentou com a temperatura de ativação, sendo que o CA900 chegou a adsorver cerca de 333 mg g^-1 enquanto que a FBCA adsorveu apenas 80 mg g^-1. A área superficial pode ser estimada a partir da isoterma de adsorção do corante AM e da sua área (BRUM et al., 2008, STAVROPOULOS e ZABANIOTOU, 2005). Sendo assim, a Fig. 2B apresenta os valores de área superficial estimada (S_E) e de burn-off (teor de carvão consumido na ativação) para os carvões ativados. Nota-se que a S_E aumenta com os valores de burn-off. O valor da S_E obtida para a FBCA foi igual a 61 m²g^-1, enquanto que dos carvões ativados CA800, CA850 e CA900 foram iguais a 305, 403 e 639 m²g^-1, respectivamente. Os resultados da SE corroboram com o aumento da capacidade adsortiva com o aumento da temperatura de ativação. Sendo assim, pode-se afirmar que a utilização da FBCA para obtenção de carvões ativados é extremamente interessante, uma vez que os materiais obtidos apresentam alta SE e excelente capacidade para adsorver o corante AM.

Imagens de MEV obtidas para a FBCA e CA800


Isoterma de adsorção do corante AM (A); valores de burn-off e área superficial estimada para os carvões CA800, Ca850, CA900 e FBCA (B).

Conclusões

Os resultados mostram que a ativação do carvão presente na fuligem do bagaço de cana-de-açúcar (FBCA) foi capaz de produzir carvões ativados com área superficial estimada até 10,5 vezes superior à do material de partida. O estudo também demonstrou que a área superficial dos carvões aumentou com a temperatura de ativação e conseqüentemente estes materiais apresentaram alta eficiência para adsorver o corante azul de metileno. Sendo assim, pode-se concluir que o resíduo, FBCA, possui alto potencial para ser reaproveitado para a obtenção de materiais com valor agregado para aplicações ambientais.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq, FAPEMIG e CAPES pelo apoio financeiro.

Referências

APTA. Aspectos ambientais da cadeia do etanol de cana-de-açúcar. Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios Pólo Centro Sul, p. 1–12, 2008.

BRUM, S. S. BIANCHI, M. L.; SILVA, V. L.; GONÇALVES, M.; GUERREIRO, M. C.; OLIVEIRA, L. C.A. Preparação e caracterização de carvão ativado produzido a partir de resíduos do beneficiamento do café. Química Nova, v. 31, n. 5, p. 1048–1052, 2008.

GEORGE, P. A. O.; ERAS, J. J. C.; GUTIERREZ, A. S.; HENS, L.; VANDECASTEELE, C. Residue from Sugarcane Juice Filtration (Filter Cake): Energy Use at the Sugar Factory. WasteandBiomassValorization, v. 1, n. 4, p. 407–413, 2010.

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NEGRÃO, L. C.; URBAN, M. L. Álcool como “Commodity” internacional. Economia e Energia, n. 47, p. 8–18, 2005.

SANTOS, V. C. G.; SOUZA, J. V. T. M.; TARLEY, C. R. T.; CAETANO, J.; DRAGUNSKI, D. C. Copper Ions Adsorption from Aqueous Medium Using the Biosorbent Sugarcane Bagasse In Natura and Chemically Modified. Water, Air, & Soil Pollution, v. 216, n. 1-4, p. 351–359, 2010.

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