ENSAIOS DE ADSORÇÃO COM CARVÃO ATIVADO DE CAROÇO DE AÇAÍ (Euterpe oleracea Mart) COM CORANTE ROXO N 18 C. S. Nobre¹; C. E. C. Ferreira²; R. M. L. Mendes3; L. C. G. M. Teixeira4 1- Faculdade de Engenharia Química - Universidade Federal do Pará Email: camilanobre@outlook.com 2- Faculdade de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal do Pará Email: 3eduardocosta@gmail.com 3- Faculdade de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal do Pará Email: rosa.luzmendes@gmail.com 4- Faculdade de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal do Pará Email:: luiza.girard@gmail.com RESUMO: Na região norte do Brasil, apenas uma pequena parte da população têm acesso à água encanada e esgoto. A utilização de carvão ativado em processos de tratamento de água é devido ao seu baixo custo e praticidade. O presente estudo visa obter a melhor eficiência do carvão ativado biológico, feito de caroços de açaí, fruto bastante consumido na região e fonte de renda de muitas famílias do interior. Para isso, diversas concentrações foram empregadas para a faixa de tempo escolhida. Os caroços de açaí que em primeiro momento seriam descartados foram tratados para obtenção do carvão ativado, através da pirólise e ativação química usando hidróxido de sódio. Para verificação da eficiência de cada concentração usou-se o aparelho de espectrofotometria. Por meio dos resultados analisados obteve a concentração de 0,64 g como a mais eficiente no período de tempo determinado. PALAVRAS-CHAVE: carvão ativado; caroço de açaí; tratamento de água; eficiência. ABSTRACT: In the Northern region of Brazil, only a small part of the population has access to clean water and sanitation services. The use of activated carbon in the process of water treatment is due to it s low cost and ease of use. The objective of this study is to evaluate the best efficiency of the biological activated carbon made out of açaí stones, a fruit that is widely consumed in this region and is also an important source of income for many families that live in outlying areas. Therefore, different values of concentration were applied for the chosen time range. The açaí stones which would have been discarded were instead treated in order to obtain activated carbon using pyrolysis and chemical activation using sodium hydroxide. To verify the efficiency of each concentration the spectrophotometer was used. After analyzing the results, the most efficient concentration obtained for the chosen time range was 0,64 g. KEYWORDS: activated carbon; açaí stones; water treatment; efficiency.
1.INTRODUÇÃO 2.MATERIAIS E MÉTODOS Em 2017, o Instituto Trata Brasil classificou o município de Ananindeua, região metropolitana de Belém, no Pará, como a cidade com o pior índice de qualidade de saneamento básico dentre as 100 maiores cidades do país, onde apenas 28,81% da população tem acesso à água tratada e 2,09% tem acesso ao sistema de esgoto, a capital não ficou muito distante, estando na 90º posição. Condições impróprias como essas influenciam diretamente na saúde da população, a pesquisa aponta também que a cada grupo de 100 mil habitantes cerca de 830 são internados por diarreia por ano na cidade de Ananindeua. Carvão ativado (CA) que é usado como um tipo absorção, tem um importante papel no aprimoramento do processo de tratamento de água convencional. CA tem uma grande área específica e alto desenvolvimento de estrutura porosa, por isso é caracterizada por seu grande efeito em absorver oxigênio dissolvido e material orgânico em águas não tratadas. A tecnologia do carvão ativado biológico consiste na interação das partículas de carvão, microrganismos, contaminantes e oxigênio dissolvido, com água ou uma solução (JIN et al., 2013). Segundo Marsh (2006), carvão ativado pode ser feito de madeiras, cascas de cocos, caroços de frutas, carvão mineral e sistemas macromoleculares sintéticos. O estudo de Pereira e Rodrigues (2013), apontou que o carvão ativado advindo dos resíduos de beneficiamento de caroço açaí apresentou eficiência igual e em algumas análises, superior ao carvão ativado industrial, salientando que o carvão produzido apresenta vantagens no que diz respeito ao baixo custo em sua preparação. Sem incentivo para indústrias de reaproveitamento do restante do fruto, além de biojóias, esse material é descartado ao ar livre, sendo jogado em terrenos baldios, ruas ou margens de canais. Com isso, a reutilização dos caroços de açaí como carvão ativado biológico se torna uma alternativa para esse material. O presente trabalho visa fazer o estudo das curvas de adsorção do corante roxo nº 18, considerando diferentes concentrações de material filtrante e seu tempo em contato. Inicialmente, a coleta do material foi feita no Bairro do Souza, região metropolitana de Belém. Em seguida, os resíduos foram levados ao Laboratório Multiusuário de Tratabilidade de Águas (LAMAG), de responsabilidade do Grupo de Estudos em Gerenciamento de Águas e Reuso de Efluentes (GESA), da Universidade Federal do Para (UFPA). Onde o material foi devidamente preparado e analisado. Para produção de Carvão Ativado usando caroços de açaí, separou-se cerca de 1 kg de caroços limpos, descascados e secos. Em seguida, o material foi colocado para reagir com 1 litro de Hidróxido de Sódio (NaOH) de concentração 1 N, pelo período de 24 horas, conforme a metodologia desenvolvida por Pereira (2013). Após esse período, os caroços foram levados à estufa na temperatura de 100±5 C, durante 3 horas para a secagem. Posteriormente, os resíduos foram colocados em um recipiente de barro para a carbonização, num forno tipo Mufla durante 3 horas, a uma temperatura de 350º C e isenta de oxigênio. Terminada a pirólise, o carvão ativado foi lavado com água para remoção das cinzas residuais. Preparou-se os testes de adsorção com o corante Roxo n 18. Utilizou-se o corante na concentração de 10 mg/l, sendo empregado o espectrofotômetro da empresa HACH, modelo DR 3900, no comprimento de onda 440 nm, para leitura da concentração. Nas realizações dos testes de adsorção, isto é, quando o líquido entra em contato com o material utilizado para a retenção e interação de impurezas, foi utilizado um carvão comercial e o carvão ativado de caroço de açaí na granulometria de 0,6 mm, com os pesos de 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 e 1,0g de carvão ativado (CA). Os ensaios foram realizados em béqueres preenchidos com 30 ml da solução de roxo n 18 que posteriormente foram submetidos a agitação magnética (60 rpm). As leituras das concentrações ocorreram com 20 minutos de contato entre o carvão e a solução aquosa à temperatura de 26 C. Todas as fases do experimento podem ser vistas na Figura 01, a seguir.
Figura 1. Carvão ativado de resíduos do açaí em sua granulometria natural e o ensaio de adsorção. Fonte: Autores (2016). Com os dados obtidos a partir dos ensaios foram feitos os cálculos de estatística descritiva, regressão não-linear de primeiro grau em função das concentrações de carvão ativado e do corante final das amostras, eficiências de filtrações e a relação da adsorção de corante em razão da concentração de CA de caroço de açaí. As análises estatísticas foram realizadas nos softwares Microsoft Excel 2013 e MiniTab 17. 3.RESULTADOS Os resultados dos ensaios de adsorção são apresentados na tabela 01. De acordo com os dados é possível observar que o peso de 0,2g foi o que apresentou menor eficiência em relação aos outros pesos de CA comercial e de açaí, sendo de 57 e 86 pontos percentuais, enquanto os pesos de 1g apresentaram maiores eficiências de remoção, 69 e 93%, para o carvão comercial e carvão ativado de caroço de açaí, respectivamente. Os pesos de 0,4, 0,6 e 0,8g de material adsorvente não apresentaram grandes variações, tendo eficiência média de 67 e 92 pontos percentuais de eficiência para o carvão comercial e carvão ativado de caroço de açaí. Ainda segundo a tabela 01, as eficiências do carvão ativado comercial e de caroço de açaí pararam de ser significantes a partir do valor de massa de 0,4g. Tal fato foi relatado por Schneider (2008), em seu estudo de compostos fenólicos, explicitando que após certa massa de CA é obtido o equilíbrio entre as fases líquida e sólida dos compostos, ou seja, não haverá aumento na mudança da eficiência independendo da dosagem de CA. Niedesberg (2012), na sua pesquisa de adsorção do corante AM com carvão ativado produzido a partir da casca do tungue (Aleurites fordii), também encontrou estagnação de eficiência a partir de determinada massa de CA. Os resultados demonstraram que com o gradativo aumento do peso de carvão ativado houveram pequenas mudanças na eficiência de adsorção do corante roxo n 18. Por tanto, foi realizado a regressão não-linear, que pode ser observado nas figuras 2 e 3. É possível verificar que para o carvão ativado de caroço de açaí encontrou-se uma equação exponencial que descreve a relação eficiência e peso de carvão ativado com 95,4% de certeza e para o carvão ativado comercial representa a relação com 89,8% de certeza, logo, pode-se afirmar que existe uma correlação direta entre os valores obtidos de eficiência com o peso de carvão.
Niedersberg (2012), cita que quanto maior o volume de carvão em contato com uma solução aquosa, maiores serão as chances de se obter sucesso no processo de adsorção, uma vez que, a área de contato será aumentada, fazendo com que probabilidade as moléculas de corante entrem em contato com os sítios ativos presentes tanto na superfície quanto na parte interna do material adsorvente. com eficiência de 92% para o carvão ativado de caroço de açaí. Nota-se que os valores tanto de eficiência quanto a relação de adsorção não foram iguais para o carvão comercial e para o carvão ativado a partir do caroço de açaí, sendo que o carvão produzido a partir da fruta apresentou maior eficiência em todos os valores de massa, um dos fatores pode ser explicado pela afinidade aniônica presente na superfície do carvão ativado relatada por Correa et al (2016), em sua pesquisa de ensaios de adsorção com os corantes catiônicos com carvão ativado de caroço de açaí na granulometria de 1,2 mm. Tabela 02 Teste-t de amostras pareadas para o CA comercial e para o CA de açaí. Figura 2. Gráfico de eficiência de adsorção em função do peso de CA de açaí. Fonte: Autores (2017). Figura 3. Gráfico de eficiência de adsorção em função do peso de CA comercial. Fonte: Autores (2017). A relação de corante adsorvido/massa de carvão ativado tende a diminuir de acordo com a quantidade de carvão ativado utilizado. Portanto o valor mais alto correspondeu ao peso de 0,2g sendo de 0,57 e 0,86 mgcorante/gca tanto para o comercial quanto para o carvão ativado de caroço de açaí, respectivamente. No entanto, essa quantidade não apresentou valor satisfatório em relação a eficiência, sendo, portanto, o valor mais adequado de 0,6g para ambos, devido os valores se repetirem para o carvão comercial, 0,23mgcorante/gCA, e de 0,31mgcorante/gCA Tipo de CA Comercial (mg/l) Açaí (mg/l) n 5 5 X 3,55 0,90 DP 0,52 0,29 Min. 3,61 10 Max. 0,68 10 t 17 P uni <0,00 P bi <0,00 H 0.10: hipótese nula, variáveis com valor p maiorα, afirma-se que não houve diferença entre as médias, ou seja, o CA comercial e o CA de açaí apresentaram o mesmo desempenho. H 1.10: hipótese alternativa, variáveis com valor p menorα, afirma-se que houve diferença entre as médias, ou seja, o CA comercial apresentou diferenças desempenho se comparado ao CA comercial. Observa-se na tabela que a concentração final do corante roxo n 18 após a utilização do CA comercial e CA de açaí resultaram em médias de 3,53mg/L e 0,90mg/L, respectivamente. Foi obtido o t correspondente a 17 e valor de p unilateral de <0,00 e p bilateral de <0,00, fazendo com que seja
rejeitado a hipótese nula de que os carvões ativados comercial e de açaí apresentaram a mesma eficiência de adsorção obtida nos ensaios, logo, aceita-se que houveram diferenças e que o carvão de açaí foi mais eficiente no ensaio de adsorção para esse corante em específico. 4.CONCLUSÕES Diante dos resultados obtidos pode-se afirmar que o tempo de 20 minutos de ensaio foi suficiente para a redução da concentração do corante roxo n 18 para o CA de açaí, para o carvão comercial seria necessário o aumento do tempo de contato ou alteração em outras variáveis, como: mudança de temperatura ou de velocidade de agitação. Com o aumento da quantidade de CA a eficiência de adsorção tende a ser maior, devido a maior área de contato presente, aumentando assim a possibilidade de contato das moléculas de corante com os sítios ativos do material adsorvente. No entanto, não foi relevante o aumento de peso de CA comercial e de açaí a partir da massa de 0,4 g. Foi confirmado com o teste-t de amostras pareadas, com níveis α de 0,05 e 0,01 para o teste unilateral e bilateral, respectivamente, que houveram mudanças significativas na eficiência de adsorção do corante roxo n 18 nos ensaios com a utilização de CA comercial e o de açaí, sendo que o CA de açaí se provou mais eficiente na adsorção do corante. Tal fato pode ser explicado devido à afinidade aniônica citada por Correa et al (2016) em seus estudos de adsorção com CA de açaí com o corante azul de metileno. O carvão ativado de caroço de açaí se mostrou eficiente na adsorção do corante roxo n 18 dentro dos pesos, temperatura, tempo e velocidade de agitação propostos, porém, não foi obtido eficiência máxima e nem saturação de todos os sítios ativos presentes no mesmo. Logo, caso o tempo de contato fosse prolongado poderiam ter sido obtidos resultados de máxima eficiência. A fabricação de CA a partir do resíduo de caroços de açaí se torna uma possibilidade viável e sustentável na região amazônica devido a abundância de consumo e produção desse fruto. 5.REFERÊNCIAS CORREA, M. S.; FERREIRA, C. E. C.; OLIVEIRA, D. C.; SOUZA, G. D. S. C. S.; PRATA, L. K. F. MENDONÇA, N. M. Efeito do tempo de contato e massa de carvão ativado do caroço de açaí(1,2mm) na adsorção de corante catiônico. In: V Simposio de estudos e pesquisas em ciências ambientais na amazônia. Belém, Brasil, 2016. JIN, P.; JIN, X.; WANG, X.; FENG, Y.; WANG, X. C. Biological Activated Carbon Treatment Process for Advanced Water and Wastewater Treatment. (2013) DOI: 10.5772/52021. ITB. Instituto Trata Brasil. Ranking do Saneamento 2015 (SNIS 2015). Disponível em: <http://www.tratabrasil.org.br/ranking-dosaneamento>. Acesso: 29/10/2017. MARSH, H.; REINOSO, F. Activated Carbon (2006). NIEDERSBERG, C. Ensaios de adsorção produzido a partir da casca do tungue (Aleurites fordii), resíduo do processo de produção de óleo [Dissertação]. Santa Cruz do Sul: Universidade de Santa Crus do Sul -UNISC;2012. PEREIRA, E. ; RODRIGUES, V. Carvão do caroçço de açaí (Euterpe oleracea) ativado quimicamente com hidróxido de sódio (NaOH) e sua eficiência no tratamento de água para o consumo. Relatório do Projeto de Pesquisa apresentado à Comissão Avaliadora do Prêmio Jovem Cientista, 2013. SCHNEIDER, E. L. Adsorção de compostos fenólicos sobre carvão ativado. Dissertação em Engenharia Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo. 93 p. 2008.