10° ENTEQUI - Remoção de bisfenol-A em meio aquoso utilizando carvão ativado produzido a partir da borra de café

10º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0

TÍTULO: Remoção de bisfenol-A em meio aquoso utilizando carvão ativado produzido a partir da borra de café

AUTORES: Fonseca Alves, A.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Scalize, P.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Botelho de Oliveira, S. (INSTITUTO FEDERAL DE GOIÁS)

RESUMO: O Bisfenol-A (BPA) é um poluente emergente que pode estar presente em águas de mananciais, sendo o carvão ativado uma alternativa empregada para sua remoção. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é avaliar a adsorção de BPA em água a partir de carvão ativado produzido da borra de café (CABC), impregnada com ZnCl₂ e ativada a 500°C por 2 h. As estruturas orgânicas do CABC foram analisadas por infravermelho com transformada de Fourier e o grupo estrutural evidenciado foi C=C. O ensaio de adsorção apresentou uma remoção de 90% do BPA. Dos modelos de isotermas de adsorção aplicados o Freundlich foi o que proporcionou um melhor ajuste. A cinética de adsorção seguiu um modelo de pseudo-ordem fracionária entre ordem 1 e 2, porém mais próxima do modelo de ordem 2.

PALAVRAS CHAVES: Carvão ativado; Borra de café; BPA

INTRODUÇÃO: O bisfenol-A (BPA) é um produto químico empregado em processos industriais para produção de polímeros e resinas, estabilizantes de plástico e revestimento interno de latas de alumínio, sendo portanto encontrado nos efluentes industriais e domésticos. O BPA é um poluente orgânico persistente (POP) classificado como interferente endócrino, (GHISELLI e JARDIM, 2007), pelas organizações de saúde como UKEA (Agência Ambiental do Reino Unido), USEPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos), JEA (Agência Ambiental do Japão) e WWF (Organização não Governamental). Assim como outros POP, o BPA não é removido nos sistemas convencionais de tratamento de águas, sendo necessária a aplicação de um tratamento específico. O carvão ativado é uma das tecnologias de remoção estudadas por diversos autores, apresentando resultados satisfatórios na sua remoção (KODURU et al., 2016; YAN et al., 2016). Apesar de ser um método eficiente no controle de poluentes na água, o carvão ativado comercial apresenta custo elevado. Nesse contexto, matérias- primas alternativas para sua produção vêm sendo estudadas e propostas, tais como resíduos agroindustriais (TAN, AHMAD e HAMEED, 2008; SUDHAKAR, MALL e SRIVASTAVA, 2015), destacando-se a borra de café (CASTRO et al., 2011; BOUCHEBAFA-SAIB et al., 2014), gerada após o preparo da bebida e com grande disponibilidade, sendo que o Brasil é o segundo maior consumidor de café no mundo (ABIC, 2017). Diante da problemática do tratamento dos POP, o objetivo deste trabalho foi avaliar o processo de adsorção de BPA em meio aquoso, utilizando como adsorvente o carvão ativado produzido a partir da borra de café, como matéria-prima alternativa para tecnologias de tratamento por adsorção.

MATERIAL E MÉTODOS: A borra de café foi impregnada com ZnCl₂ na proporção 1:2, dissolvendo 10 g de ZnCl₂ em 60 mL de água ultrapura e colocado em contato com 20 g de borra de café. A mistura foi submetida a 85ºC por 7 h em estufa para incorporação do agente ativante e em seguida a 105ºC, por 24 horas (BOUDRAHEM, SOUALAH e AISSANI-BENISSAD, 2011). Após resfriado, 4 g do material foi ativado em forno tubular de quartzo com aquecimento de 10°C/min até 500°C, mantendo por 2 h sob fluxo de N₂ (100 mL/min). O carvão ativado da borra de café (CABC) produzido foi lavado com HCl 0,1 mol/L, para remoção do agente ativante e com água ultrapura a 85ºC e a 25ºC, para desobstrução dos poros, até pH próximo da neutralidade e submetido em estufa por 24 h a 105ºC. As estruturas orgânicas da superfície do CABC foram analisadas por infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) em um espectrômetro da marca Perkin Elmer, modelo Spectrum 400, varredura na faixa de 400 a 4000 cm^-1, resolução de 4 cm^-1 e 32 scans. Para o ensaio de adsorção, 24 mg de CABC foi colocado em contato com 100 mL de bisfenol-A (Sigma-Aldrich 97%), nas concentrações de 10, 15, 20 e 25 mg/L mantidas sob agitação por 34 h em shaker orbital modelo SI-300R da marca Lab Companion, rotação de 200 rpm e temperatura ambiente (25ºC), com amostragem da solução em 0, 1, 2, 6, 8, 12, 24, 32 e 34 h. A leitura da concentração remanescente foi realizada em espectrofotômetro modelo DR6000 UV/VIS da marca HACH, no comprimento de onda de 225 nm. Para determinar a natureza do processo de adsorção do CABC aplicou-se os modelos de isotermas de Lagmuir e Freundlich. A cinética de adsorção de BPA foi estudada a partir dos modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e difusão intrapartícula.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os espectros FTIR do CABC foram interpretados segundo Silverstein et al. (2013). Observou-se bandas em 3388 cm^-1, atribuída às vibrações de estiramento O-H devido à adsorção de água e, de 1568 cm^-1, referente à ligação de C=C de anéis grafenizados não completamente oxidados. As isotermas de adsorção indicam a distribuição do adsorvato na fase de equilíbrio, sendo os modelos de Langmuir (adsorção homogênea em uma única camada) e Freundlich (adsorção heterogênea em várias camadas) são os mais utilizados (DOGAN et al., 2008). A Tabela 1 mostra os parâmetros obtidos das isotermas estudadas. O modelo de Freundlich gerou um fator de correlação linear (R²) de 0,892, e o de Langmuir, (R²) de 0,649, evidenciando que o modelo de Freundlich proporciona um melhor ajuste para explicar a adsorção de BPA, sugerindo que o CABC possui superfície heterogênea, com adsorção em várias camadas. A cinética de adsorção de BPA avaliou a influência do tempo de contato na sua remoção por 34 h. O equilíbrio ocorreu dentro de 24 h e ao final do ensaio a remoção foi de cerca de 90%. Na Tabela 2 são apresentados os parâmetros calculados, segundo os modelos de pseudo-primeira ordem e de pseudo-segunda ordem. Os valores de q_e experimentais ficaram próximos dos calculados tanto no modelo de ordem 1 quando no de ordem 2. Os fatores de correlação médio dos modelos de pseudo-primeira ordem (R² = 0,9855) e pseudo-segunda ordem (R² = 0,9918) também indicaram ajustes próximos, indicando que a adsorção de BPA segue um modelo de pseudo-ordem fracionária, entre ordem 1 e ordem 2, porém mais próximo de ordem 2. Ao analisar o mecanismo de difusão intrapartícula, os R² foram baixos, indicando que o processo de difusão não é apenas intrapartícula.

Tabela 1

Parâmetros das isotermas de adsorção de BPA pelo CABC.

Tabela 2

Parâmetros cinética de adsorção de BPA.

CONCLUSÕES: O presente trabalho permitiu concluir que o CABC removeu cerca de 90% do BPA em meio aquoso, ao final do ensaio de 34 h, atingindo o equilíbrio dentro de 24 h. Os dados da isoterma apresentaram melhor correlação com o modelo de Freundlich e o estudo cinético indicou que o processo de adsorção obedeceu a um modelo de pseudo-ordem fracionária, entre ordem 1 e 2, mas apresentando-se mais próximo de ordem 2 devido aos melhores valores de R² gerados. Dessa forma, o CABC pode ser uma alternativa de uso promissor para se aplicar em processos de remoção de poluente emergente presente em água.

AGRADECIMENTOS: A FAPEG pela bolsa de mestrado concedida, ao IFG e UFG pela disponibilidade dos Laboratórios de Análise de Água e de Química para realizar esta pesquisa.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DO CAFÉ - ABIC. O café no Brasil. Disponível em: <http://www.abic.com.br/publique/cgi/cgilua.exe/sys/start. htm?sid=38> Acesso em: Agosto de 2017.

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