Desenvolvimento de um adsorvente a partir do resíduo da agroindústria de palmito de pupunha para a remoção de cobre (II) de soluções aquosas

Abstract

Resumo: A agroindústria de palmito de pupunha apresenta uma alta taxa de geração de subprodutos lignocelulósicos com uso não consolidado. Tais materiais podem ser utilizados na extração de nanocelulose, biopolímero que apresenta diversas aplicações, como a remoção de metais pesados de soluções aquosas via adsorção, ou ainda o tratamento de bebidas para remoção de metais e outros contaminantes, como na cachaça. O objetivo deste trabalho foi desenvolver biossorventes a partir do resíduo majoritário decorrente do processamento da pupunha para a remoção de cobre de soluções aquosas e de cachaça comercial. Os subprodutos da pupunha foram caracterizados quanto a sua taxa de geração e sua composição química. A partir do material gerado em maior quantidade no processamento do palmito, desenvolveram-se três biossorventes com diferentes graus de purificação da nanocelulose, que foram caracterizados quanto a sua composição química e as suas propriedades físico-químicas. Os biossorventes foram avaliados quanto ao seu potencial biossortivo, e o melhor material desenvolvido foi aplicado na biossorção de íons cobre de meio aquoso, mediante estudos cinéticos e ajuste das isotermas. O material foi, também, empregado em um estudo de caso para se avaliar a cinética de biossorção de cobre em solução hidroalcoólica e seu potencial biossortivo em cachaça comercial. Os subprodutos da pupunha representam 83,57 % da biomassa admitida na agroindústria e são materiais ricos em fibras alimentares totais (59,16 - 68,06 %), especificamente, com um alto teor de celulose (39,58 - 43,61 %). A Bainha Externa da Pupunha (BEP) representa 45,40 % da haste comercial da pupunha, sendo o material de maior taxa de geração. Dentre os biossorventes desenvolvidos, o Biossorvente 3 (B3), obtido a partir do branqueamento de BEP e posterior desfibrilação mecânica em moinho coloidal, apresentou o melhor resultado quanto a purificação da celulose (69,42 %) e o melhor desempenho biossortivo. Observou-se que a temperatura (20 e 50 °C) não apresentou influência sobre a cinética de biossorção em baixas concentrações iniciais de cobre, resultando em um processo rápido, melhor representado pelo Modelo Cinético de Pseudossegunda Ordem. A capacidade máxima de biossorção, obtida a partir do ajuste das isotermas ao Modelo de Langmuir, foi de 19,56 e 12,39 mg Cu2+/g ads para as temperaturas de 20 e 50 °C, respectivamente. A cinética de biossorção de cobre em solução hidroalcoólica se mostrou mais lenta que a cinética em solução aquosa, mas apresentou uma maior taxa de remoção no equilíbrio, sugerindo que a adição de etanol favorece a biossorção do cobre por B3. Por fim, após contato com a cachaça comercial, o biossorvente desenvolvido apresentou um teor de remoção de cobre de 86,53 % e potencial de remoção de ésteres e álcoois, o que sugere potencial de remoção de compostos indesejados, como o carbamato de etila.

Abstract: The peach palm heart of palm agribusiness presents a high yield of lignocellulosic by-products with no consolidated use. These materials could be utilized on the extraction of nanocellulose, biopolymer with several applications, such as the removal of heavy metals by adsorption from aqueous solutions, i.e., cachaça. The objective of this work was to develop biosorbents from the main residue from the peach palm processing sites for the removal of copper on aqueous solutions and commercial cachaça. Peach palm by-products were characterized on their generation yield and chemical composition. Three biosorbents were developed using the main by-product under different degrees of nanocellulose purification. The materials were characterized on their chemical composition and physicochemical properties. The biosorption potential of the developed materials was evaluated, and the best material was used on the biosorption of copper ions on aqueous solutions through kinetical studies and adjustment to the isotherms. The material was used on a case study, in order to evaluate the copper biosorption kinetics on hydroalcoholic solution and its biosorption potential on a commercial cachaça. Peach palm byproducts represented 83,57 % of the biomass admitted on the agribusiness, and they are materials reach on total dietary fibers (59,16 - 68,06 %), specifically on cellulose (39,58 - 43,61 %). Peach palm External Sheath (ES) represents 45,40 % of peach palm commercial steam, and it is the material generated with the highest yield. Among the developed materials, Biosorbent 3 (B3), obtained through the bleaching of the ES and posterior mechanical defibrillation in colloidal mill, presented the best cellulose purification yield (69,42 %), and best biosorption performance. The evaluated temperatures (20 and 50 °C) presented no influence on the kinetics of biosorption of copper on low initial copper concentrations, resulting in a fast process, best represented by the Pseudo-Second-Order Kinetic Model. The highest biosorption capacity, obtained from the adjustment of the thermodynamical results to the Langmuir Model, were 19,56 and 12,39 mg Cu2+/g ads for 20 and 50 °C, respectively. The biosorption kinetics in hydroalcoholic solution was slower than the kinetics in aqueous solution, but presented a higher removal on equilibrium, which suggests that the addition of ethanol promotes the biosorption of copper with B3. After contact with commercial cachaça, the developed biosorbent presented a copper removal yield of 86,53 %, and removal potential of esters and alcohols, what suggests a possibility of removing undesirable compounds, such as the ethyl carbamate.