Autores
Salarini Peixoto, B. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Brunhosa, J.P.C.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Bezerra, E.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Dias, I.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Mota, L.S.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Wegermann, C.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Romeiro, G.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Moraes, M.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE)
Resumo
Foram produzidos biocarvões magnéticos a partir de rejeitos de coco verde
(Cocos nucifera L.) pela pirólise (em 1 e 2 etapas) a 500 °C do material
impregnado com FeCl3. Os materiais foram devidamente caracterizados
por espectroscopia de infravermelho, difração de raios X e análise textural por
adsorção de N2. A síntese proporcionou um aumento da porosidade do
material (474 e 338 m2/g) além de conferir propriedades magnéticas
aos compósitos pela presença de magnetita produzida in sito no processo
de pirólise. Os materiais foram testados como adsorventes e catalisadores da
oxidação do corante azul de metileno, tendo atingido a capacidade de adsorção de
10 mg/g e um branqueamento de 96% (em 25 mg/L) na presença de peróxido de
hidrogênio.
Palavras chaves
azul de metileno; biocarvão magnético; catálise oxidativa
Introdução
O crescente aumento populacional acarreta diretamente na demanda industrial de
produtos manufaturados. Por exemplo, a indústria têxtil polui de forma
significativa os ecossistemas aquáticos. Isto ocorre porque muitas vezes os
efluentes gerados não são tratados, ou sofrem um tratamento ineficiente do ponto
de vista ambiental. Uma característica dessa água residual é a sua intensa
coloração devido aos corantes orgânicos com alta absortividade molar na região
do espectro visível, como o vermelho do congo e azul de metileno (AM). Tal
coloração na água prejudica a entrada de luz, e com isso interrompe fenômenos
como a fotossíntese e diminui o oxigênio dissolvido em água, por fim ocasionando
a morte da vida marinha (DUTTA et al, 2021). Desta forma, o
desenvolvimento de novas soluções e materiais capazes de remover a pigmentação
dos efluentes demanda constante inovação. Biocarvões obtidos a partir de
matéria-prima lignocelulósica, mostram-se como potenciais candidatos para a
adsorção de contaminantes devido a sua grande área superficial e baixo custo de
obtenção SHELKE et al, 2022). Além disso, a inserção de partículas
magnéticas de óxido de ferro ao biocarvão podem propiciar reações de catálise
oxidativa, como o processo Fenton em solução, gerando radicais que favorecem o
processo de descontaminação de forma sinérgica com o fenômeno da adsorção, além
de auxiliarem na recuperação do material por separação magnética (SILVA et
al, 2017). Logo, este trabalho propôs um estudo acerca da remoção de azul de
metileno, em solução, por adsorção e catálise oxidativa, realizados por dois
biocarvões magnéticos (MBC1) e (MBC2), sintetizados a partir da pirólise da
casca do coco verde.
Material e métodos
Os biocarvões magnéticos (MBC) foram produzidos utilizando o resíduo da biomassa
do coco verde como matéria-prima. Ambos foram obtidos pela pirólise a 500 °C, em
atmosfera de N2, do precursor orgânico impregnado com
FeCl3•6H2O numa razão mássica de 1:1. O biocarvão
magnético obtido pela pirólise da biomassa impregnada de Fe(III) foi denominado
de MBC1. Na segunda abordagem, a biomassa passou por uma pirólise prévia e o
biocarvão obtido foi então impregnado com Fe(III) e pirolisado novamente, sendo
denominado MBC2. Após a síntese, a amostras foram caracterizadas por
espectroscopia de infravermelho (FTIR), difração de raios X (XRD), análise
textural por adsorção de N2 e magnetometria SQUID. A curva analítica
para aferir a concentração de AM em solução foi construída e validada segundo os
parâmetros de linearidade, exatidão e precisão da RDC 166/2017 (ANVISA). O
intervalo linear da curva foi de 5 - 25 mg/L lidas em 664 nm em um
espectrofotômetro. Os ensaios de isoterma (298 K) de adsorção foram realizados
com 10 mg de MBC em soluções de 10 mL contendo diferentes concentrações de AM (5
- 500 mg/L) sob agitação de 180 rpm em um banho termostatizado com agitação
horizontal. Os ensaios de cinética foram realizados com soluções contendo 25
mg/L de AM variando o tempo de contato entre 5 min e 96 h. Os estudos de
branqueamento foram realizados com soluções de 25 mg/L de AM e 10 mg de MBC1 ou
MBC2. As soluções foram mantidas em agitação constante por 48 h a 25 °C. Após 48
h, as soluções foram analisadas por UV-VIS seguido da adição do oxidante nas
proporções molares de AM:H2O2 (1:500-8000) e, então,
mantidas nas condições por mais 48 h. Cada um dos experimentos do estudo foram
realizados em triplicata.
Resultado e discussão
Ambos os materiais obtidos apresentaram comportamento magnético, sendo
facilmente decantados na presença do ímã permanente de neodímio. A análise de
XRD demonstrou que em ambos os biocarvões existem picos associados às fases
cristalinas de hematita e magnetita. A capacidade de magnetização dos materiais
foi comprovada pela análise de SQUID o que demonstrou uma magnetização de 12 e 5
A∙m2/kg para o MBC1 e MBC2, respectivamente, em um campo de 3979
kA/m. Além disso, a caracterização por FTIR indicou a presença do esqueleto
aromático do biocarvão (C=C, 1596 cm-1) e da ligação Fe-O (650-540
cm-1). A análise textural mostrou que ambos MBC1 e MBC2 possuem uma
característica predominantemente microporosa em suas estruturas. A superfície
específica BET para os biocarvões foi de 474 e 338 m2/g para MBC1 e
MBC2, respectivamente. Os resultados dos ensaios de adsorção revelaram que o
equilíbrio é atingido em 17 h para MBC1 e 66 h para MBC2, e ambos apresentaram
capacidade adsortiva máxima de aproximadamente 10 mg/g. Mas após a adição de
peróxido a reação de oxidação aumenta significativamente o branqueamento das
soluções. Usando a concentração de 25 mg/L de AM como base, foram atingidas
taxas de branqueamento de 96% utilizando a proporção molar
(H2O2 : AM) de 2000 para o MBC1 e 4000 para o MBC2, contra
22% sem a presença dos catalisadores e 30% sem a presença do agente oxidante.
Também foi investigado o mecanismo da reação de oxidação ao adicionar
isopropanol (um sequestrante de radicais) ao meio da catálise na condição ótima
dos carvões e foi observado um branqueamento de apenas 20% indicando que a
oxidação do AM ocorre por meio radicalar.
Conclusões
Dois biocarvões magnéticos foram produzidos e caracterizados por diferentes
técnicas de caracterização estrutural. Os materiais têm grande área superficial e
magnetismo atrelado às suas estruturas. Experimentalmente, foram eficientes na
separação magnética nos ensaios envolvendo adsorção e catálise. Os ensaios de
adsorção demonstraram que o equilíbrio de remoção de AM nos materiais é de,
aproximadamente, 10 mg/g. Contudo, foi observado que os biocarvões quando
empregados na catálise oxidativa removeram 96% do AM em solução, por um mecanismo
radicalar, em condições otimizadas.
Agradecimentos
Os autores agradecem as agências de fomento FAPERJ CAPES e CNPq. Esse estudo foi
financiado em parte pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior – Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
Referências
DUTTA, S.; GUPTA, B.; SRIVASTAVA, S.K.; GUPTA, A.K. Recent advances on the removal of dyes from wastewater using various adsorbents: a critical review. [b]Materials Advances[/b], nº 14, 4497-4531, 2021. | SHELKE, B.N.; JOPALE, M.K.; KATEGAONKAR, A.H. Exploration of biomass waste as low cost adsorbents for removal of methylene blue dye: A review. [b]Journal of the Indian Chemical Society[/b], nº 7, 100530, 2022. | SILVA, L.A.; BORGES, S.M.S.; PAULINO, P.N.; FRAGA, M.A.; OLIVA, S.T.; MARCHETTI, S.G.; RANGEL, M.C. Methylene blue oxidation over iron oxide supported on activated carbon derived from peanut hulls. [b]Catalysis Today[/b], nº 289, 237-248, 2017.
