Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Preparação e Caracterização de Carvões Ativados Ácidos e Básicos
AUTORES: Winter, C. (UFG) ; Perez, C.N. (UFG) ; Arroyo, P.A. (UEM)
RESUMO: Biomassas como casca e mesocarpo externo de pequi (Caryocar brasiliense),
bagaço de malte e borra de café foram carbonizados com 98% (v/v) de ácido
sulfúrico e posteriormente lavados com água destilada até pH 4. 20 g de cada
carvão foram submetidos a um tratamento alcalino com solução de hidróxido de
sódio 2,0 mol/L durante 48 h, e após lavou-se com água destilada até pH 8. Os
carvões ácidos e básicos foram caracterizados por microscopia eletrônica de
varredura (MEV), termogravimetria (TG) e análise térmica diferencial (DTA),
análise textural por adsorção/dessorção de N2 a -196 °C, espectroscopia de
infravermelho (FT-IR), difração de raios-X (DRX), análise elementar CHNS e
determinação de sítios ácidos e básicos pelo método de Boehm.
PALAVRAS CHAVES: Carvões ativados; Biomassa; Carvões ácidos e básicos
INTRODUÇÃO: O processo de produção de carvões ativados envolve carbonização de
biomassa em grandes fornos com ativação física por vapor. No entanto, um
processo alternativo pode ser proposto, a partir de resíduos de biomassa,
para simplificar ainda mais a síntese de carvões.
A literatura relata que carvões foram produzidos por tratamento
hidrotérmico de glicerol, um resíduo da produção de biodiesel, com ácido
sulfúrico 96% (v/v), em diferentes proporções de peso sob uma temperatura de
423 K por 24 h (GONÇALVES et al 2014).
Segundo dados do IPEA (2012), a agricultura representa a maior
contribuição para o PIB brasileiro, ultrapassando 850.704.480 toneladas de
produção anual. No entanto, a geração de resíduos é um reflexo da produção
elevada, atingindo 291.138.870 toneladas de resíduos de biomassa em 2012,
representando 34% da quantidade total produzida.
De acordo com o Sindicerv (Sindicato Nacional da Indústria da Cerveja),
o Brasil só perde em volume de produção para a China (35 bilhões de litros/
ano), EUA (23,6 bilhões de litros/ano) e Alemanha (10,7 bilhões de
litros/ano), atingindo a marca de 10,34 bilhões de litros em 2007. O bagaço
de malte consiste principalmente em cascas e polpa de malte, grãos e também
alguns aditivos, como arroz, milho e trigo. O malte esmagado corresponde a
85% do produto total gerado pela indústria de cerveja (CORDEIRO et al 2013).
Segundo a pesquisa de MACHADO et al (2013 e 2015), o Pequi (Caryocar
Brasiliense Camb.) é uma fruta típica do Cerrado brasileiro rica em
compostos antioxidantes, como carotenóides e substâncias fenólicas.
O Brasil é o maior produtor de café do mundo, de acordo com a CONAB
(Companhia Nacional de Abastecimento Nacional) em 2017. A produção de café
alcançou a marca de 51,37 milhões de sacas em 2016.
MATERIAL E MÉTODOS: 2.1. Preparação de carvões
A amostra de bagaço de malte foi fornecida pela indústria de cerveja
Colombina. As amostras de pequi e borra de café foram obtidas a partir de
resíduos domésticos. Os materiais de partida foram triturados em um moinho
de bancada (A11 Basic, KA) e, em seguida, secos em estufa a 110 °C durante
24 h.
Os carvões ácidos foram obtidos por carbonização do material de partida,
utilizando ácido sulfúrico (H2SO4) como agente desidratante. O resíduo seco
e moído foi impregnado com ácido sulfúrico (98% v/v) e colocado em um
sistema de refluxo a 180 °C com uma proporção em massa de 1:10
(biomassa:H2SO4) durante um período de 6 h. Todos os carvões obtidos foram
lavados repetidamente com água destilada até pH 4 e secos em forno a 110 °C
durante 24 h. A metodologia foi baseada na literatura (GONÇALVES et al
2014). Carvões do bagaço de malte foram chamados MBC; Da borra de café, CGC;
E mesocarpo externo e casca de pequi, PEC e PSC, respectivamente.
Os carvões obtidos a partir de tratamento hidrotérmico com ácido sulfúrico
foram submetidos a um tratamento alcalino com solução de NaOH 0,1 mol/L
durante 48 h sob agitação, conforme descrito na literatura (CHIANG et al
2002). Após o tratamento, os carvões foram lavados com água destilada até pH
8. Para os carvões básicos obtidos após o tratamento alcalino com NaOH foi
acrescentada a letra B antes do nome dos carvões.
2.2 Caracterização
Os espectros de infravermelhos foram obtidos em equipamento Perkin Elmer
Spectrum 400. A análise foi concentrada na região do infravermelho entre
4000 e 400 cm-1. As amostras de carvões foram secas a 110 °C durante 24
horas e depois submetidas à espectroscopia FT-IR do tipo transmissão.
A análise de MEV foi realizada em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV-
EDS), Jeol, JSM-6610.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Nos espectros de FT-IR, todos os materiais apresentaram uma banda em 1590
cm-1 que pode ser atribuída ao estiramento das ligações C = C obtidas a
partir do processo de carbonização, segundo KIM et al (2003) e CAN et al
(2012). Uma banda característica do grupo carboxílico (-COOH) aparece em
1701 cm-1, conforme relatam CAN et al (2012, 2013) e ZHOU et al (2001).
Os espectros de infravermelho dos carvões exibiram bandas largas em 3400 cm-
1 e um pico em 1628 cm-1, referentes ao estiramento O-H, que pode ser
atribuído aos ácidos carboxílicos presentes na superfície dos materiais.
Para os carvões básicos, o pico em 3400 cm-1 é maior, devido à presença de
grupos -OH a partir do tratamento alcalino com NaOH.
A Tabela 1 apresenta os resultados da análise textural e sítios
ácidos/básicos para todos os carvões.
A partir dos resultados apresentados na Tabela 1, é possível verificar que o
carvão CGC apresentou menos sítios ácidos e menor área específica entre
todos os materiais ácidos.
Comparando-se os diferentes materiais de partida de carvões ácidos,
observou-se que o carvão de casca de pequi (PSC) apresentou maior área
específica e elevada acidez, esta com valores semelhantes aos encontrados na
literatura (GONÇALVES et al 2014). Embora o PEC tenha apresentado maior
quantidade de sítios ácidos, sua área específica é pequena.
O carvão BPEC apresentou a maior basicidade. Todos os carvões básicos
apresentaram redução em sua área específica após o tratamento alcalino,
devido à deposição de átomos de sódio na superfície, confirmada pela análise
de MEV e EDS, como mostra a figura 1. A redução da área específica para os
carvões de bagaço de malte e da casca de pequi após o tratamento com NaOH
foi muito expressiva.
Tabela 1
Tabela 1. Análise textural e sítios ácidos/básicos
para todos os carvões.
Figura 1
Figura 1. MEV de carvões ácidos (embaixo) e
básicos (em cima) com aumento de 500x.(a) CGC, (b)
MBC (c) PEC e (d) PSC.
CONCLUSÕES: Uma vez que as biomassas utilizadas estão disponíveis como resíduos
industriais e domésticos e o custo do processo é mínimo, e que a
caracterização físico-química demonstrou que os materiais apresentam potencial
para serem aplicados como catalisadores ou adsorventes, já que alguns
apresentaram área específica elevada e todos uma expressiva quantidade de
sítios ácidos ou básicos, conclui-se que o processo de preparação de carvões
ativados por tratamento hidrotérmico descrito apresenta potencial como
alternativa barata e prática ao processo industrial comum.
AGRADECIMENTOS: Ao IQ-UFG, IF-UFG (LabMic) e ao DEQ-UEM, pelo suporte técnico-científico;
CAPES e CNPq, pela assistência financeira; À indústria de cerveja Colombina.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Acompanhamento da Safra Brasileira: café - v. 4, n. 1 (2017) - Brasília: Conab, 2017. Disponível em: http://www.conab.gov.br.
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