dissertação

Biocarvões de resíduos de café modificados com cloreto de magnésio para remoção do herbicida ácido 4-diclorofenoxiacético de meios aquosos

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Resumo

A contaminação de corpos hídricos por herbicidas persistentes, como o ácido 4-clorofenoxiacético (4-CPA), demanda o desenvolvimento de tecnologias de remediação eficazes e sustentáveis. Neste estudo, biocarvões modificados foram produzidos a partir de dois resíduos da agroindústria cafeeira, a casca melosa e a palha de café, visando à remoção de 4-CPA de meio aquoso. Os precursores lignocelulósicos, avaliados in natura e modificados com 0,3% de cloreto de magnésio (MgCl₂), foram submetidos à pirólise em 900°C e aplicados na remoção de 4-CPA em estudos de batelada e de coluna de leito fixo. A estabilidade térmica e a estrutura cristalina dos materiais foram avaliadas, respectivamente, por termogravimetria e difração de raios X, indicando a fixação de carbono com fases minerais amorfas ou dispersas, intensificadas pelo efeito de concentração de cinzas. As análises morfológicas utilizando microscopia eletrônica de varredura revelaram que enquanto o biocarvão oriundo da casca (BC900) desenvolveu uma estrutura alveolar irregular e colapsada, o biocarvão oriundo da palha (BP900) preservou a organização tubular e fibrosa da biomassa original, com presença de canais que podem favorecer a difusão do adsorvato. As análises de EDS corroboraram a modificação química, evidenciando a inclusão de magnésio nos biocarvões modificados. Os ensaios de adsorção indicaram que a modificação química melhorou a capacidade de remoção de 4-CPA, com destaque para o biocarvão de palha modificado (BP900-0,3%), que atingiu remoções superiores a 89% em meio aquoso. O estudo revelou melhor desempenho de adsorção em pH 2,0, condição em que o 4-CPA encontra-se em sua forma molecular, favorecendo interações dispersivas (π-π) e ligações de hidrogênio. Estudos cinéticos demonstraram que o processo seguiu o modelo de pseudossegunda ordem, enquanto os dados de equilíbrio apresentaram ajuste mais robusto ao modelo de Freundlich (R² > 0,96), sugerindo adsorção em superfície heterogênea. Testes de reuso comprovaram a funcionalidade do material por até quatro ciclos de regeneração com etanol. Por fim, os ensaios em coluna de leito fixo indicaram a viabilidade operacional em fluxo contínuo, com tempo de ruptura de 40 min. Conclui-se que o biocarvão de palha modificado a 900 constitui-se como um adsorvente de bom desempenho, transformando um passivo ambiental em uma solução tecnológica para o tratamento de águas contaminadas com herbicidas.

Abstract

Contamination of water bodies by persistent herbicides such as 4-chlorophenoxyacetic acid (4-CPA) demands the development of effective and sustainable remediation technologies. In this study, modified biochars were produced from two residues of the coffee agroindustry—coffee pulp and coffee husk—aiming at the removal of 4-CPA from aqueous media. The lignocellulosic precursors were subjected to pyrolysis at different temperatures and evaluated in their in natura form and after modification with 0.3% magnesium chloride (MgCl₂). The thermal stability and crystalline structure of the materials were confirmed, respectively, by thermogravimetry and X-ray diffraction, indicating carbon fixation with amorphous or dispersed mineral phases, intensified by the ash concentration effect. Morphological analyses (SEM) revealed a decisive structural distinction: while the biochar derived from the pulp (BC900) developed an irregular and collapsed alveolar structure, the biochar derived from the husk (BP900) preserved the tubular and fibrous organization of the original biomass, with the presence of channels that may favor adsorbate diffusion. Additionally, EDS analyses corroborated the chemical modification, evidencing the incorporation of magnesium (Mg) into the modified biochars. Adsorption tests indicated that chemical modification improved the removal capacity of 4-CPA, with emphasis on the modified husk biochar (BP900-0.3%), which achieved removals greater than 89% in aqueous media. The study revealed better adsorption performance at pH 2.0, a condition in which 4-CPA is in its molecular form, favoring dispersive interactions (π–π) and hydrogen bonding. Kinetic studies showed that the process followed the pseudo-second-order model, while equilibrium data exhibited a strong fit to the Freundlich model (R² > 0.96), suggesting adsorption on a heterogeneous surface. Reuse tests confirmed the material’s functionality for up to four regeneration cycles using ethanol. Finally, fixed-bed column experiments indicated operational feasibility under continuous flow, with a breakthrough time of 40 minutes. It is concluded that husk biochar modified at 900 °C constitutes a high-performance adsorbent, transforming an environmental liability into a technological solution for the treatment of herbicide-contaminated water.

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Saneamento ambiental

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BARBOSA, Mylene Lourdes. Biocarvões de resíduos de café modificados com cloreto de magnésio para remoção do herbicida ácido 4-diclorofenoxiacético de meios aquosos. 2026. 110 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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