Sorção de fósforo por biocarvão de bagaço de cana-de-açúcar sem ativação química e ativado com óxido de magnésio
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Universidade Federal de Lavras
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Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Tecnologias e Inovações Ambientais
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O fósforo (P) é um elemento essencial para os seres vivos. Contudo, ele também pode ser
considerado um poluente, se presente em excesso nos cursos d’água, pois causa eutrofização. O
aporte nos recursos hídricos pode ter origem de diversas fontes, como o intemperismo de rochas fosfatadas (origem natural) e o despejo de efluentes (origem antropogênica). Neste contexto, tornase
importante a realização de estudos que visam a remoção desse nutriente nos efluentes. Um método eficiente de tratamento é a sorção por carvão ativado mineral. No entanto, a utilização
desses adsorventes pode ser restrita em virtude do seu alto custo. Em função disso, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de sorção de fósforo por adsorventes produzidos a partir de resíduo agrícola. O experimento consistiu na produção de dois tipos de carvões a partir do bagaço da cana-de-açúcar, um sem ativação química (CN) e outro ativado com óxido de magnésio (CA). Ambos os carvões foram ativados fisicamente em forno mufla durante 3 horas a 500ºC. Os carvões foram caracterizados quanto ao rendimento, densidade de partícula, pH, ponto de carga zero, adsorção de azul de metileno, número de iodo e estimativa da área superficial. Para obtenção das isotermas de sorção, os ensaios foram realizados em batelada e em triplicata, nos quais 40 mL de solução de água enriquecida com diferentes concentrações de fósforo foram
colocados em tubos falcon com 0,5 g de adsorvente. Para o CN as concentrações das soluções variaram entre 10 e 400 mg L-1 e para o CA entre 10 e 10.000 mg L-1. A concentração remanescente de fósforo foi obtida após 24 horas de agitação em agitador de Wagner a 50 rpm e os resultados foram ajustados com os modelos das isotermas de adsorção Langmuir e de Freundlich. Os ensaios de cinética foram realizados em triplicata com 0,5 g de adsorvente mantidos em contato com 40 mL de solução de P de 300 e 9000 mg L-1 para o CN e CA, respectivamente. As amostras foram mantidas em agitação por 60, 120, 180, 300, 420, 540, 720, 900 e 1400 minutos, sendo que para o CN também foi utilizado o tempo de 1200 min, e as concentrações de P foram determinadas. Os
resultados foram ajustados com os modelos de Elovich, Pseudo primeira ordem, Pseudo segunda ordem e Weber e Morris. O CA apresentou melhores resultados de sorção de fósforo do que o CN.
O adsorvente atingiu eficiência de remoção de 99,8%, obtida na concentração inicial de 400 mg L-
1 de P e máxima capacidade de adsorção de 428,6 mg g-1. O desempenho do CN foi inferior, com
26,5% de remoção de fósforo e máxima adsorção de 5,962 mg g-1. Nos ensaios de cinética foi observado que o CA atingiu o equilíbrio de adsorção antes do CN, aos 540 e 900 minutos respectivamente. A caracterização dos carvões corroborou com os ensaios de adsorção apresentando melhores resultados para o CA em relação ao CN tais como, maiores resultados de rendimento, densidade de partículas, adsorção de azul de metileno e área superficial. Portanto, conclui-se que o bagaço de cana-de-açúcar ativado com óxido de magnésio é um excelente adsorvente de fósforo, podendo ser utilizado como uma alternativa de baixo custo para remoção desse nutriente.
Abstract
Phosphorus (P) is an essential element for living beings. However, it is a pollutant when overrun in watercourses as it causes eutrophication. The input into water resources arises from several
sources, such as the phosphate rock weathering (natural origin) and the discharge of the wastewater (anthropogenic origin). Hence, it is essential to carry out studies aimed at removing this nutrient from effluents. Phosphorus sorption by activated carbon, prepared from mineral coal, is an efficient treatment method; nevertheless, the adsorbent's high cost may limit its use. Thus, the present work evaluated the sorption capacity of phosphorus by adsorbents produced from agricultural waste. The experiment produced two types of biochars from sugar cane bagasse, one without chemical
activation (CN) and the other activated with magnesium oxide (CA). Both biochars were physically activated in a muffle furnace for 3 hours at 500ºC. The biochar characterization includes yield,
particle density, pH, point of zero charge, adsorption of methylene blue, iodine number, and surface area estimation. In order to obtain the sorption isotherms, batch tests were performed in triplicate, in which 40 mL of water solution enriched with different concentrations of phosphorus were placed
in falcon tubes containing 0.5 g of adsorbent each. For the CN, the concentrations of the solutions
ranged between 10 and 400 mg.L-1; and for the CA, between 10 and 10,000 mg.L-1. The same mixtures were assembled in closed bottles, shaken for 24 h in a Wagner shaker at 50 rpm to obtain
the remaining phosphorus concentration, and the results were fitted using Langmuir and Freundlich
adsorption isotherm models. The kinetics assays were performed in triplicate by keeping 0.5 g of adsorbent in contact with 40 mL of phosphorus solution of 300 and 9000 mg L-1 for CN and CA,
respectively. The sample mixing process occurred for 60, 120, 180, 300, 420, 540, 720, 900, and 1400 min for both, but for CN, there was still the test at 1200 min; then the P concentrations were determined. The results were fitted using the Elovich, Pseudo-first order and Pseudo-second order rates, and Weber and Morris models. The CA showed better phosphorus sorption capacity than CN, achieving 99.8% removal efficiency at the initial concentration of 400 mg.L-1 of P and maximum sorption capacity of 428.6 mg.g-1. In comparison, the CN reached 26.5% phosphorus removal and a maximum sorption capacity of 5.962 mg.g-1. The CA reached adsorption equilibrium before the CN in the kinetic tests, at 540 and 900 minutes, respectively. The biochar characterization validates adsorption tests, showing better CA results than CN, including higher
yield results, particle density, adsorption of methylene blue, and surface area estimation. Therefore,
the sugarcane bagasse activated with magnesium oxide is an excellent phosphorus adsorbent and can be used as a low-cost alternative to removing this nutrient.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
CASTRO, A. C. S. de. Sorção de fósforo por biocarvão de bagaço de cana-de-açúcar sem ativação química e ativado com óxido de magnésio. 2021. 52 p. Dissertação (Mestrado em Tecnologia e Inovações Ambientais) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.
