Obtenção de carvão ativado a partir do bagaço de malte e sua aplicação na remoção de azul de metileno

Abstract

Resumo: O azul de metileno é um importante corante básico e amplamente utilizado em diferentes indústrias, devido à suas características pode causar danos ao meio ambiente e homem, necessitando de um tratamento adequado. Dentre os diversos métodos de tratamento, a adsorção é uma das opções com melhores perspectivas, porém apresenta uma desvantagem devido ao elevado custo do carvão ativado. Neste sentido, cresce a busca por soluções alternativas que sejam ambientalmente e economicamente sustentáveis, como no caso da utilização de resíduos vegetais para a produção de material adsorvente. No presente estudo, o bagaço de malte, resíduo de origem vegetal da indústria cervejeira, foi utilizado como precursor na obtenção de um carvão ativado de baixo-custo, por ativação com H3PO4, para a aplicação na remoção de azul de metileno em solução aquosa. O material precursor foi caracterizado por meio de análises de determinação de composição química, de termogravimetria e de imagens de MEV, apresentando características como elevada quantidade de carbono e materiais voláteis. A metodologia experimental aqui proposta utilizou dois parâmetros do processo de produção de carvão ativado para a sua otimização: a razão de impregnação e a temperatura de ativação. A maximização do rendimento do processo e do número de azul de metileno foi considerada para a determinação do ponto ótimo com a função desejabilidade, que foi determinada em 500 °C e 1:3 (gBM:gH3PO4). Os carvões foram avaliados com relação à sua superfície química com a análise de grupos ácidos e básicos e por FTIR. O carvão ativado produzido na condição ótima foi comparado com um carvão de uso comercial na adsorção de azul de metileno. Os parâmetros avaliados foram a dosagem de adsorvente, a concentração inicial de azul de metileno, o tempo de contato e a temperatura. A eficiência de remoção do carvão ativado produzido na maioria das condições ficou próximo do comportamento apresentado pelo carvão de uso comercial, apresentando índices de remoção acima de 99%. A cinética de pseudo-segunda ordem e o modelo de isoterma de Langmuir e de Tempkim foram os que melhor representaram os dados obtidos experimentalmente, caracterizando a adsorção como quimissorção. A adsorção máxima de azul de metileno foi de 336,2 mg/g à 40 °C para o carvão ativado de bagaço de malte. Dessa forma, este estudo revelou que o bagaço de malte é um promissor material precursor de baixo custo e grande disponibilidade para a produção de um carvão ativado com alta eficiência de remoção do corante azul de metileno.

Abstract: The methylene blue is an important basic dye and widely used in many industries, due to its characteristics can cause damage to the environment and human, requiring proper treatment. Among the various treatment methods, adsorption is one of the better choices, but it has a disadvantage due to the high cost of activated carbon. In this sense, the research for alternative solutions, that are environmentally and economically sustainable, is growing. An example is the use of vegetal residues for the production of adsorbent materials. In the present study, brewers' spent grain, a residue of vegetal origin of the brewing industry, was used as a precursor in obtaining a low cost activated carbon by activation with H3PO4, for the application in the removal of methylene blue in aqueous solution. The precursor material was characterized by chemical composition, thermogravimetry and SEM analysis, showing characteristics such as high amounts of carbon and volatile materials. The experimental methodology proposed here used two parameters of the process of production of activated carbon for its optimization: the impregnation ratio and the activation temperature. Maximization of the process yield and methylene blue number was considered for the determination of the optimum point with the desirability function, which was determined at 500 °C and 1:3 (gBM:gH3PO4). The chemical surface of the carbons was evaluated with the analysis of acidic and basic groups and by FTIR. The activated carbon produced in the optimum condition was compared with a commercial activated carbon in the adsorption of methylene blue. The parameters evaluated were the adsorbent dosage, the initial methylene blue concentration, the contact time and the temperature. The efficiency of removal of the activated carbon produced in most conditions was close to the behavior of charcoal for commercial use, with removal rates above 99%. The model kinetics of pseudosecond order and the Langmuir and Tempkin isotherm models were the ones that best represented the data obtained experimentally, characterizing the adsorption as chemisorption. The maximum adsorption of the methylene blue was 336,2 mg/g at the temperature of 40 °C for activated charcoal from spent grain. Thus, this study revealed that the brewers' spent grains is a promising precursor material of low cost and high availability for the production of an activated carbon with high efficiency in the removal of the methylene blue dye.