dissertação
Biocarvão modificado com beta-ciclodextrina para remoção de surfactantes de meio aquoso
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Química
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Agroquímica
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
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.
Descrição
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Citação
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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