BIOSSORÇÃO DE CORANTE CATIÔNICO UTILIZANDO O BAGAÇO DE MALTE

Transcrição

1 BIOSSORÇÃO DE CORANTE CATIÔNICO UTILIZANDO O BAGAÇO DE MALTE C. GONÇALVES 1, E. R. ECHEVARRIA 2, G. S. ROSA 2 e E. G. OLIVEIRA 1 1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Instituto de Ciência e Tecnologia de Alimentos 2 Universidade Federal do Pampa, Programa de Pós-graduação em Engenharia para contato: elizangela.oliveira@ufrgs.br RESUMO O objetivo do trabalho foi avaliar a capacidade de utilização do malte como adsorvente na remoção do corante azul de metileno, bem como verificar a influência da secagem do malte na adsorção. Para isso realizou-se a secagem em secador de túnel nas temperaturas de 40 e 90 ºC e velocidade de ar de 2 m/s; verificouse a influência da secagem na adsorção e obteve-se as isotermas de equilíbrio realizando ensaios de adsorção. Os resultados demonstraram que o bagaço de malte apresenta umidade inicial de 74,25 ± 0,61 (% b.u.). A etapa de secagem mostrou-se importante pois a 90 C removeu 96 % de umidade da amostra e proporcionou a remoção de 90,27 % do corante presente na solução de azul de metileno. Através das isotermas de adsorção foi possível definir que a amostra seca a 40 C apresentou capacidade máxima de adsorção (qm) de 103,01 mg.g -1, já a amostra seca a 90 C apresentou qm de 19,92 mg.g -1. Concluiu-se que o bagaço de malte se mostrou um bom adsorvente na remoção de corantes e quando associado a secagem aumentou a eficiência da remoção se comparado com o material in natura. 1. INTRODUÇÃO Atualmente, os problemas ambientais e as demandas energéticas têm exigido a busca por energias renováveis e limpas. O Brasil vêm se destacando no que diz respeito a produção de etanol de cana-deaçúcar e no aproveitamento de resíduos e efluentes de processos (Barbosa, 2010). A utilização de biomassas se enquadra perfeitamente no conceito de desenvolvimento sustentável, além de reduzir custos e não agredir o meio ambiente (Cordeiro, 2011). O Brasil é o terceiro maior mercado de cerveja no mundo. O malte cervejeiro, segundo Brasil (1977), é definido como o produto resultante da germinação forçada e controlada, sob condições especiais de umidade e temperatura, da cevada Hordeum sp. No processo cervejeiro são gerados muitos resíduos sólidos, entre eles, o bagaço do malte. Proveniente da filtração do mosto após a caldeira de mistura e antes da fervura, é constituído basicamente de resto de cascas e polpa do malte além, dos grãos do adjunto (arroz, milho ou trigo) (Ferrari, 2008).

2 Alguns autores vêm utilizando o bagaço de malte na sorção de corantes: Piffer et al. (2015) estudaram a dessorção de corante têxtil adsorvido em bagaço de malte a fim de avaliar a eficiência do processo; Zanette et al. (2015 a) relataram a adsorção do corante azul 5G utilizando o bagaço de malte, verificando a influência da velocidade de agitação no processo. O processo de secagem é benéfico ao resíduo cervejeiro pois proporciona o transporte diminuindo o volume e peso do material, assim como aumenta os nutrientes por unidade de massa seca (Ascheri et al., 2007). Conforme Módenes et al. (2009), que estudaram a remoção do íon zinco utilizando a biomassa seca da macrófita E. densa por meio dos testes cinéticos e de equilíbrio, a secagem da biomassa favoreceu o processo de adsorção removendo 70 % do metal zinco. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a capacidade de utilização do malte como adsorvente na remoção do corante azul de metileno, bem como verificar a influência da secagem do malte na adsorção. 2. MATERIAL E MÉTODOS Para a realização deste trabalho foi utilizado bagaço de malte cedido por uma microcervejaria da cidade de Porto Alegre - RS. O material foi armazenado em embalagens plásticas e mantido sob congelamento à -18 ºC até a realização dos experimentos. O descongelamento foi realizado sob refrigeração (4 ºC) por 24 h antes do início das análises. A umidade inicial das amostras foi determinada segundo método descrito pela AOAC (1995) em estufa a 105 ºC por 24 h. Os experimentos foram conduzidos no Laboratório de Engenharia Química da Universidade Federal do Pampa. Para realização da etapa de secagem do malte utilizou-se um secador de túnel com escoamento paralelo de ar (Figura 1). Foram realizados ensaios nas temperaturas de 40 e 90 C, com velocidade do ar de secagem de 2 m/s e altura da badeja de 5 mm até que a massa alcançasse o equilíbrio. A cada minuto monitorou-se a perda de massa e as temperaturas do ar de entrada, saída, bulbo seco e bulbo úmido, para a elaboração das curvas de cinética de secagem. Após os experimentos as amostras foram submetidas a determinação de umidade. Figura 1 Secador de leito fixo. O corante utilizado no processo de adsorção foi uma solução de azul de metileno na concentração de 70 mg.l -1. Utilizou-se uma curva de calibração do corante para tratamento dos dados experimentais. Primeiramente foi realizado um teste para verificar a influência da secagem na eficiência da

3 adsorção. Para isso adicionou-se em erlenmeyer 2 g do bagaço de malte in natura e seco em diferentes condições. Logo foi adicionado 50 ml da solução e então levou-se para agitação em mesa agitadora com rotação de 160 rpm por 1 h. Ao final do processo as amostras foram centrifugadas a 300 rps por 10 min e então foram realizadas as leituras de absorbância em espectrofotômetro com comprimento de onda λ= 664 nm. Para avaliar as isotermas de adsorção foram realizados ensaios com a biomassa seca inteira e moída variando-se a massa de amostra em 0,25, 0,5, 0,75, 1 e 2 g. A moagem foi realizada em moinho analítico por 15 s a fim de reduzir o tamanho de partícula. O restante do processo foi realizado da mesma forma como no teste para verificar a influência da secagem na adsorção, como apresentado na Figura 2. Figura 2 Processo de adsorção do corante azul de metileno. As amostras foram quantificadas quanto as concentrações de corante ainda presentes na fase líquida utilizando a Equação 1. q eq = V (C 0 C f ) m (1) em que C 0 é a concentração inicial da solução, C f é a concentração final da solução, V é o volume da solução e m é a massa seca do adsorvente. O estudo das isotermas de adsorção comumente utiliza como modelo as isotermas de Langmuir, conforme Equação 2. q eq = q m k Ceq 1+ k C eq (2) em que qm é a capacidade máxima de adsorção do corante por unidade de massa, k é constante de adsorção e C eq é a concentração de corante na fase líquida.

4 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A umidade do bagaço de malte in natura e após as secagens pode ser observada na Tabela 1. Tabela 1 Umidade das amostras in natura e secas (b.u.). Amostra in natura Seca 40 C 90 C Umidade (%) 74,25 ± 0,61 6,89 ± 2,16 2,80 ± 0,311 Média ± desvio médio, n=3 Conforme esperado, observou-se que o bagaço de malte deixa a indústria cervejeira com uma quantidade bem elevada de umidade. A umidade encontrada por Cordeiro (2011) foi de 75,45 %; já Ascheri et al. (2007) mencionaram que o bagaço de malte apresenta umidade de 86 % e que esse fator limita seu tempo útil em até 30 dias para o consumo in natura. A secagem estudada por Gonçalves et al. (2014), na temperatura de 105 C por 24 h, proporcionou a obtenção de um valor de umidade de 3,72 % para a amostra seca. Os valores de umidade encontrados foram próximos aos reportados pela literatura. Através da Figura 3 pode-se observar a curva de cinética de secagem do bagaço de malte para as temperaturas de 40 e 90 C. 1,0 0,8 40 C 90 C Adimensional 0,6 0,4 0,2 0, Tempo (min) Figura 3 Curva de cinética de secagem do bagaço de malte. É possível verificar que a secagem apresentou períodos de secagem distintos. O primeiro período é de taxa constante, na qual foi removida a água presente na superfície do material e o segundo é o de taxa decrescente na qual foi removida a água presente dentro dos poros do material. Também foi possível comprovar que a umidade final do material tem relação direta com o tempo e a temperatura de secagem conforme mencionado por Lopes et al. (2015). A 40 C foi necessário um tempo de 140 min

5 para remover aproximadamente 91 % de água do material, já a 90 C em 40 min foi possível remover aproximadamente 96 % de água. Isso se deve ao fato da secagem necessitar de gradientes que sirvam de força motriz para que ocorra o fluxo de massa de água para o ar de secagem como mencionado por Vilela e Silva (1991). A Tabela 2 apresenta os valores referentes a eficiência de remoção do corante azul de metileno pelo bagaço de malte antes e após a secagem. Tabela 2 Eficiência de remoção Amostra in natura Seca 40 C 90 C Adsorção (%) 63,87 88,65 90,27 É possível observar que a secagem do material adsorvente, sendo um processo simultâneo de transferência de calor e massa, favoreceu o processo de adsorção pois a secagem permitiu a redução do teor de água do material adsorvente, e, por consequência o aumento da porosidade intrapartícula e dos sítios de adsorção conforme mencionado por Geankoplis (1998) e Arim et al. (2014). O processo de secagem associado a outro processo como, por exemplo, a moagem aumenta ainda mais a eficiência de adsorção, pois segundo Besinella et al. (2009) devido a moagem ser um processo puramente físico, ocorre a diminuição do tamanho da partícula do material adsorvente e, consequentemente, o aumento da área superficial específica do leito no processo de adsorção. De posse dos resultados apresentados acima, que comprovaram que a secagem da biomassa auxilia o processo de adsorção verificou-se a influência da secagem em diferentes temperaturas com e sem moagem na capacidade máxima de adsorção. Os parâmetros obtidos através do modelo de Langmuir para as isotermas de adsorção podem ser observados na Tabela 3. Tabela 3 Parâmetros experimentais obtidos pelas isotermas de adsorção qm (mg.g -1 ) k R² Inteira 40 C 30,74 0,0091 0, C 7,87 0,0679 0,8226 Moídaa 40 C 103,01 0,0045 0,9949

6 90 C 19,92 0,0283 0,9872 Comparando as amostras secas, na secagem a 40 C os valores de capacidade máxima de adsorção (qm) foram maiores em relação a 90 C. Já entre as amostras inteiras e moídas, as moídas apresentaram valores maiores. Zanette et al. (2009 b) citam que para a amostra seca na temperatura de 40 C a adsorção do corante azul 5G com bagaço de malte apresentou qm igual a 40,20 mg.g -1 valor esse inferior ao encontrado neste trabalho. A diferença pode ser justificada devido a concentração dos corantes utilizados, uma vez que o autor trabalhou com concentração de 175 mg.l CONCLUSÕES Com a realização deste trabalho foi possível concluir que o bagaço de malte deixa as cervejarias com uma umidade elevada, de 74,25 ± 0,61 (%, b.u.). A etapa de secagem mostrou-se importante para remover a umidade do bagaço e aumentar a eficiência de remoção do corante azul de metileno em solução. Através das isotermas de adsorção foi possível identificar que a condição em que a amostra foi seca a 40 C e moída apresentou uma maior capacidade máxima de adsorção (qm) obtendo-se um valor de 103,01 mg.g -1, além de um R² de 0,9949 que mostra que o modelo de Langmuir se adequa a esse processo. 5. NOMENCLATURA 6. REFERÊNCIAS Ceq Concentração de corante na fase líquida [mg.l -1 ] Cf Concentração final de corante na solução [mg.l -1 ] Co Concentração inicial de corante na solução [mg.l -1 ] k Constante de adsorção [-] m Massa de biomassa seca [g] qeq Capacidade de adsorção de equilíbrio [mg.g -1 ] qm Capacidade máxima de adsorção [mg.g -1 ] R Coeficiente de correlação [kg] V Volume de solução [ml] λ Comprimento de onda [nm] ARIM, A. L.; MESQUITA, V. R.; ECHEVARRIA, E. R.; LIMA, D. R.; MORAIS, M. M.; ROSSETO, V.; ALMEIDA, A. R. F.; RODRIGUES, L. M. Investigação do bagaço de Butiá Quaraimana como material adsorvente alternativo para o tratamento de efluentes. In: Anais do 10 Encontro Brasileiro sobre Adsorção. São Paulo, 2014.

7 ASCHERI, D. P. R.; BURGER, M. C. M.; MALHEIROS, L. V.; OLIVEIRA, V. N. Curvas de secagem e caracterização de hidrolisados de bagaço de cevada. Universidade Estadual de Goiás, BARBOSA, R. M. Contribuição do Mercado de Carbono para a Viabilidade de Projetos de Eficiência Energética Térmica e de Troca de Combustíveis em Cervejarias. Dissertação de Mestrado. Universidade de São Paulo, BESINELLA Jr., E.; MATSUO, M. S.; WALZ, M.; SILVA, A. F.; SILVA, C. F. Efeito da temperatura e do tamanho de partículas na adsorção do corante Remazol Amarelo Ouro RNL em carvão ativado. Acta Scientiarum Technology, v. 31, n 2, p , BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Portaria n 166 de 12 de abril de Padronização, classificação e comercialização do Malte cervejeiro ou Cevada malteada para fins cervejeiros. CORDEIRO, L. G. Caracterização e Viabilidade Econômica do Bagaço de Malte Oriundo de Cervejarias para Fins Energéticos. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal da Paraíba, FERRARI, V. O Mercado de Cervejas no Brasil. Dissertação de Mestrado. Universidade Católica do Rio Grande do Sul, FOUST, A. S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B. Princípios das Operações Unitárias. Rio de Janeiro, Guanabara Dois, p. GEANKPLIS, C. J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3 Edição, México: CECSA, GONÇALVES, G. C.; NAKAMURA, P. K.; VEIT, M.T.; FIAMETTI, K. G.; SILVA, G. M. C. Produção e Caracterização de Carvão Ativado Granulado e Bio-Óleo a partir dos Resíduos da Indústria Cervejeira. In: Anais do XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química. São Paulo: Blucher, LOPES, C.R.; QUEIROZ, A. M.; SILVA, K. C.; MENDES, E. C. S.; SILVÉRIO, B.C.; FERREIRA, M. M. P.; Estudo Cinético de Desidratação e Caracterização do Bagaço de Malte Resíduo da Indústria, p In: Anais do XI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica. São Paulo: Blucher, MÓDENES, A. N.; PIETROBELLI, J. M. T. A.; QUIÑONES, F. R. E.; SUZAKI, P. Y. R.; ALFLEN, V. L.; KLEN, M. R. S. F. Potencial de biossorção do zinco pela macrófita egeria densa. Rev. Eng. Sanit. Ambient. v.14. n.4. out-dez p PIFFER, H. H.; JUCHEN, P. T.; VEIT, M. T.; FAGUNDES-KLEN, M. R.; PALÁCIO, S. M.; GONÇALVES, G. C. Estudo da Dessorção do Corante Têxtil Reativo Azul 5g Adsorvido em Bagaço de Malte. In: Anais do XI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica. São Paulo: Blucher, VILELA, F. A.; SILVA, W. R. Efeitos da Secagem Intermitente sobre a qualidade de sementes de miho. p In: Anais ESALQ. Piracicaba, ZANETTE, J. C.; PIFFER, H. H.; JUCHEN, P. T.; VEIT, M. T.; GONÇALVES, G. C.; KLEN, M. R. F. Biossorção do Corante Têxtil Azul 5G Utilizando o Bagaço de Malte. In: Anais do XI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica. São Paulo: Blucher, 2015.

8 ZANETTE, J. C.; PIFFER, H. H.; VEIT, M. T. Biossorção do Corante Têxtil Azul 5G Utilizando o Bagaço de Malte. In: Anais do I Encontro Anual de Iniciação Científica, Tecnológica e Inovação. Santa Catarina, AGRADECIMENTOS À Unipampa por todo o suporte necessário para a realização deste trabalho. À Escola da Cerveja pela doação da matéria prima. À CAPES e CNPq pelo fomento.