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Biocarvão modificado com beta-ciclodextrina para remoção de surfactantes de meio aquoso

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Resumo

As cascas de café são o principal resíduo da produção de café no Brasil, representando cerca de 50% em massa dos grãos secos. O aproveitamento das cascas de café pode ser feito por meio da produção de biocarvões, que podem ser utilizados como adsorventes na remoção de contaminantes ambientais. Os surfactantes são uma classe de substâncias com propriedades exclusivas presentes em praticamente todos os produtos de limpeza e higiene pessoal. Devido à sua ampla aplicação, os surfactantes estão presentes em grande quantidade nos efluentes urbanos e industriais que, se não forem devidamente tratados, podem causar impactos negativos nos ecossistemas aquáticos. No presente trabalho biocarvões foram produzidos a partir de cascas de café (in natura ou pré-tratadas com ácido cítrico ou NaOH) por meio da pirólise a 400 °C por 1 hora com rampa de aquecimento de 10 °C/min. Os biocarvões foram posteriormente funcionalizados com β-ciclodextrina, utilizando glutaraldeído e epicloridrina como agentes de crosslink, e caracterizados por Espectroscopia no infravermelho (FTIR), espectroscopia Raman, análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), titulação condutimétrica e determinação do PCZ. Estudos de adsorção de cloreto de cetilpiridínio (CPC) e dodecilbenzenosulfonato de sódio (SDBS) foram realizados nos materiais produzidos. Os resultados de FTIR e Raman mostraram que os materiais apresentam baixa cristalinidade e presença de poucos grupos funcionais na superfície. As análises por MEV revelaram que os biocarvões produzidos a partir de biomassa pré-tratada com NaOH apresentam aumento de porosidade. Os estudos de adsorção demonstraram que a adsorção dos surfactantes é influenciada pelo pH do meio e atinge o equilíbrio após 24 horas de contato. Foi possível observar também um aumento da capacidade adsortiva de CPC para os biocarvões funcionalizados, com um qe máximo experimental de 113 mg g-1 em pH = 7 e 25°C. A adsorção de CPC foi favorecida com o aumento da temperatura, indicando que o processo é entropicamente dirigido. Entretanto, a adsorção de SDBS se mostrou desfavorável em todos os materiais avaliados.

Abstract

Coffee husks constitute the primary residue of coffee production in Brazil, accounting for approximately 50% of the dry fruit mass. The utilization of coffee husks can be done through the production of biochar, which serves as an adsorbent material for the removal of environmental contaminants. Surfactants are a class of substances with unique properties found in almost all cleaning and self-care products. Due to their wide application, surfactants are present in large quantities in urban and industrial wastewater. If not properly treated, these wastewaters can have a negative impact on aquatic ecosystems. In this work, biochars were produced from coffee husks (either in their natural state or pre-treated with citric acid or NaOH) through pyrolysis at 400 °C for 1 hour, with a heating rate of 10 °C/min. The biochars were then functionalized with β-cyclodextrin using glutaraldehyde and epichlorohydrin as crosslink agents. The materials were characterized through infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS), conductometric titration, and determination of the point of zero charge (PZC). Adsorption studies of cetylpyridinium chloride (CPC) and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) were performed on the produced materials. FTIR and Raman results indicated that the materials exhibit low crystallinity levels and few surface functional groups. SEM analyses revealed that biochars produced from NaOH-treated coffee husks have enhanced porosity. Adsorption assays demonstrated that surfactant adsorption is pH-influenced and reaches equilibrium after a 24-hour contact period. Additionally, an increase in the adsorptive capacity of CPC for the functionalized biochars was observed, with a maximum experimental qe of 113 mg g-1 at pH = 7 and 25 °C. CPC adsorption was favored at high temperatures, suggesting an entropy-driven process. However, SDBS adsorption was ineffective in all evaluated materials.

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BENEDICTO, D. F. C. de. Biocarvão modificado com beta-ciclodextrina para remoção de surfactantes de meio aquoso. 2023. 107 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.

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