dissertação
Biocarvão de borra de café pelo processo hidrotermico com níquel (ii) ou cobre (ii) como precursor de carvão ativado
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Tecnologia e produção
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ODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 13: Ação contra a mudança global do clima
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Dados abertos
Resumo
O Brasil, maior produtor mundial de café, gera grandes volumes de borra de café como resíduo, cerca de 450 kg de borra seca por tonelada de café processado. Este trabalho propõe o reaproveitamento desse subproduto como precursor carbonáceo para a produção de hidrocarvões por carbonização hidrotérmica (HTC) catalisada por íons metálicos (Ni2+ e Cu2+) e, posteriormente, de carvão ativado por ativação físico-química. O processo HTC foi conduzido na ausência e na presença de íons metálicos (Cu2+ e Ni2+), com o objetivo de avaliar sua influência catalítica. Os resultados demonstraram que a HTC promoveu a formação de estruturas carbonáceas e poliaromáticas, com rendimentos mais elevados nos hidrocarvões preparados com íons metálicos (Cu2+ e Ni2+), evidenciando o efeito catalítico desses íons nas reações de hidrólise, desidratação e repolimerização da biomassa. Após a ativação físico-química, os carvões apresentaram áreas superficiais estimadas em 801 m2·g−1 (CA-Cu) e 729 m2·g−1 (CA-Ni), enquanto o carvão de referência Alpha-W810, avaliado pelo mesmo método, exibiu área de 502 m2·g−1. Nas isotermas de azul de metileno, os carvões CA- Cu e CA-Ni exibiram capacidades máximas de adsorção de 415 mg·g−1 e 378 mg·g−1, respectivamente, valores superiores aos obtidos pelo carvão Alpha-W810 (260 mg·g−1) nas mesmas condições. As isotermas ajustaram-se melhor ao modelo de Langmuir, confirmando adsorção em monocamadas homogêneas, enquanto a cinética seguiu o modelo de pseudo- segunda ordem, sugerindo predominância de quimissorção. Em resumo, a HTC catalisada por íons metálicos mostrou-se uma estratégia eficiente e, quando combinada com a ativação físico-química, demonstrou potencial para produzir carvões ativados com alto desempenho adsortivo, aptos para aplicações como adsorventes em tratamento de efluentes aquosos e remediação ambiental.
Abstract
Brazil, the world's largest coffee producer, generates large volumes of coffee grounds as waste, approximately 450 kg of dry grounds per ton of coffee processed. This work proposes the reuse of this byproduct as a carbonaceous precursor for the production of hydrochars by hydrothermal carbonization (HTC) catalyzed by metal ions (Ni2+ and Cu2+) and, subsequently, of activated carbon by physicochemical activation. The HTC process was conducted in the absence and presence of metal ions (Cu2+ and Ni2+), with the aim of evaluating their catalytic influence. The results demonstrated that HTC promoted the formation of carbonaceous and polyaromatic structures, with higher yields in hydrochars prepared with metal ions (Cu2+ and Ni2+), highlighting the catalytic effect of these ions in the hydrolysis, dehydration, and repolymerization reactions of the biomass. After physicochemical activation, the carbons presented estimated surface areas of 801 m2·g−1 (AC-Cu) and 729 m2·g−1 (AC-Ni), while the reference carbon Alpha-W810, evaluated by the same method, exhibited an area of 502 m2·g−1. In the methylene blue isotherms, the AC-Cu and AC-Ni carbons exhibited maximum adsorption capacities of 415 mg·g−1 and 378 mg·g−1, respectively, values higher than those obtained for the Alpha-W810 carbon (260 mg·g−1) under the same conditions. The isotherms were best fitted by the Langmuir model, confirming adsorption onto homogeneous monolayers, while the kinetics followed the pseudo-second-order model, suggesting a predominance of chemisorption. In summary, metal ion-catalyzed HTC proved to be an efficient strategy and, when combined with physicochemical activation, demonstrated the potential to produce activated carbons with high adsorptive performance, suitable for applications as adsorbents in the treatment of aqueous effluents and environmental remediation.
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ALVES, Rafael Pereira. Biocarvão de borra de café pelo processo hidrotermico com níquel (ii) ou cobre (ii) como precursor de carvão ativado. 2026. 62 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras.
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