Análises físico-químicas

Neste item são apresentados os resultados obtidos quanto à classificação granulométrica, determinação dos valores de pH e pHPCZ, teor de cinzas, teor de

umidade, teor de material volátil, massa específica aparente e granulometria para os materiais adsorventes estudados.

Os valores do pH e pHPCZ dos adsorventes foram determinados em triplicata,

e os valores encontrados são apresentados na Tabela 5 e na Figura 16.

Tabela 5 – Valores de pH e pHPCZ dos adsorventes

Adsorvente Número de amostras pH natural pHPCZ

CAB 3 8,3 6,4

CAA 3 6,3 4,5

O pHPCZ permite identificar em quais valores de pH o adsorvato terá maior

atração ou repulsão, além de determinar o pH neutro para a superfície do material adsorvente, desta forma existe maior atração quando pH < pHPCZ e repulsão quando

pH > pHPCZ (AL-DEGS et al., 2010). Diante disso a importância de se conhecer os

valores, tanto de pH, quanto de pHPCZ, pois estes influenciam diretamente as

interações nos processos de adsorção e dessorção.

Na Tabela 5 e na Figura 16 é possível verificar que o pH natural dos adsorventes antes e após a funcionalização química apresentaram maior tendência

à basicidade, porém os valores de pHPCZ se mostraram ácidos, em especial, do

CAB. Isso ocorreu devido à decomposição dos elementos (grupos funcionais) presentes na superfície do carvão (COUTO JUNIOR et al., 2015).

Figura 16 – Comportamento do pHPCZ para carvão ativado de babaçu natural (■) e

funcionalizado (●)

O pHPCZ do carvão ativado de babaçu foi relatado por alguns autores

anteriormente, como Ferreira et al. (2015) e Lima et al. (2014) que verificaram pHPCZ

de 3,9 e 8,39 respectivamente, estes valores diferem tanto entre si, quanto do verificado no presente estudo. Por outro lado, Couto Junior et al. (2015), Wandembruck et al. (2015), Vieira et al. (2009) e Vieira et al. (2010) verificaram valores de pHPCZ de 7,4; 7,58 e 6,7, que se aproximaram de 6,4, valor verificado no

presente estudo.

Para o carvão ativado de babaçu funcionalizado com ácido nítrico, o valor do pHPCZ resultou em 4,5. Ferreira (2015) e Couto Junior (2015) verificaram valores de

pHPCZ de 3,6 e 2,8 para o mesmo material funcionalizado quimicamente com HNO3,

respectivamente. Estes autores corroboraram a afirmação feita por Mourão et al. (2011) de que o carvão ativado modificado quimicamente com ácido nítrico tende a apresentar aumento dos gupos funcionais oxigenados, diminuindo o pHPCZ, quando

comparado ao material sem modificação química, confirmando os resultados obtidos neste trabalho.

Vieira et al. (2010) também analisaram o pHPCZ do carvão ativado de babaçu

funcionalizado, e obtiveram valores de pHPCZ de 5,7, 5,6 e 5,4 ao proporem

modificações com os anidridos maleato, succinato e ftalato, respectivamente.

Ferreira et al. (2015) e Couto Junior et al. (2015) notaram a interferência da dureza na adsorção de paracetamol e cafeína, respetivamente, pois o processo adsortivo ocorreu de maneira mais favorável em pH ácido, inferior ao pHPCZ que se

mostrou importante marcador na determinação do pH ideal para adsorção.

A divergência de valores é notória, porém pode-se perceber que existe coerência nos resultados, uma vez que os valores de pHPCZ diminuem após a

modificação química dos materiais adsorventes.

Desta forma, conhecer o ponto de carga zero do material adsorvente é necessário quando pretende-se avaliar um valor ótimo de pH para adsorção. Além disto, estes valores podem ser contrastados com outros resultados, fornecendo maiores informações quanto à capacidade adsortiva do material estudado.

Na Tabela 6 são apresentados os resultados médios e os valores de desvio padrão da caracterização física e química das amostras do CAB e CAA em termos de teor de umidade, teor de material volátil e massa específica aparente.

Tabela 6 – Características físico-químicas dos materiais adsorventes Características Número de

amostras CAB CAA

Teor de Cinzas (%) 3 10,0 (0,30)* 7,4 (0,30)

Teor de Umidade (%) 3 13,5 (0,30) 7,6 (0,08)

Teor de Material Volátil (%) 3 56,8 (0,30) 11,6 (2,70) Massa Específica Aparente (g cm-3) 3 0,6 (0,01) 0,6 (0,01) *Legenda: valores entre parênteses correspondem aos valores de desvio padrão.

O teor de cinzas é considerado um parâmetro que indica a qualidade do carvão ativado comercial, sendo que valores superiores a 15% indicam presença de material inorgânico, o que pode prejudicar as interações entre adsorvente e adsorvato (JAGUARIBE et al., 2005; BAUTISTA-TOLEDO et al., 2005). Os teores de cinzas dos adsorventes estudados neste trabalho foram inferiores a 15% o que

sugere a viabilidade adsortiva dos mesmos de acordo com a afirmação dos referidos autores.

A quantidade de cinzas nos adsorventes pode influenciar na capacidade de adsorção, porém, se analisada particularmente, não é capaz de determinar a eficiência de tal capacidade.

Lopes et al. (2013) descreveram que as cinzas de carvões ativados derivados de materiais liganocelulósicos são geralmente compostas por silicatos, e Lima et al. (2014) verificaram 18% de teor de cinzas em carvão ativado de babaçu, e relacionaram este valor à presença dos metais cobre, manganês, rubídio e cálcio impregnados no material.

Santana et al. (2017) verificaram teor de cinzas de 2,82% para carvão ativado de bambu; Oliveira (2014) de 1,24% em carvão ativado de resíduos de coco verde; Montanher (2009) de 3,17% em carvão ativado de biomassa de laranja in natura e Honório (2013) de 4,14% em casca de soja.

De acordo com a norma ABNT NBR 2133 (1991b) os carvões ativados não devem apresentar teor de umidade superior a 8%. Fatores como a origem do material, processamento, transporte e armazenamento podem influenciar neste parâmetro. É possível perceber a influência da modificação química neste parâmetro, com a redução do teor de umidade de aproximadamente 60%.

Valores variáveis de teor de umidade têm sido reportados na literatura por Gomes (2013) e Rigobbelo (2012) de 0,33% e 7% em carvão ativado de babaçu, respectivamente; Honório (2013) de 9,11% em casca da soja; Montanher (2009) de 8,6% em biomassa de bagaço de laranja in natura e Oliveira (2014) de 3,51% em carvão ativado de resíduos de coco verde.

O teor de material volátil é definido como conjunto de substâncias desprendidas da madeira na forma gasosa durante a carbonização. A eliminação deste material influência nas características físicas do carvão (OLIVEIRA et al., 1982a). De acordo com Gontijo (1996), o teor de material volátil é diretamente afetado pela área superficial específica e pela distribuição dos poros, e geralmente valores elevados de material volátil indicam baixos valores de área específica.

Oliveira (2014) verificou 25,22% de teor de materiais voláteis em carvão ativado de resíduos de coco verde. E embora, nesta pesquisa, o CAB tenha apresentado mais de 50% destes materiais voláteis, a capacidade de adsorção não foi impactada. É possível observar que este teor foi reduzido em 20% com a

funcionalização química, fator que pode estar associado à eficiência do carvão ativado funcionalizado com ácido nítrico em algumas condições avaliadas.

A massa específica aparente também é um fator que influência diretamente na capacidade de adsorção, principalmente em sistemas de leito fixo, pois é definida como a relação entre a massa do material no recipiente e o volume deste recipiente, considerando assim, os vazios entre os grãos (ABNT NBR 12077, 1991). Neste trabalho os dois materiais adsorventes apresentaram os mesmos valores para este parâmetro, sem diferença em função da funcionalização química.

É possível verificar a coerência entre o valor observado no presente trabalho com os verificados por Medeiros (2015), Gomes (2013) e Rigobbelo (2012) que obtiveram massa específica aparente do carvão ativado de babaçu de 0,66; 0,49 e 0,452 g cm-3, respectivamente. Valor similar também foi notado por Santana et al. (2017) de 0,5 g cm-3 para carvão ativado de bambu.

Na Figura 17 é apresentado o gráfico da distribuição granulométrica do carvão ativado de babaçu, conforme metodologia descrita na norma NBR NM 248 (ABNT, 2003).

Figura 17 – Curva de distribuição granulométrica do carvão ativado de babaçu

Na Figura 17 é possível observar que a maior quantidade do adsorvente correspondeu a granulometria de 100 mesh, com massa de adsorvente acumulada de aproximadamente 90%. Considerando que a contribuição do material retido nas peneiras de 50 e 200 mesh foi similar, aproximadamente 10% cada, a granulometria

adotada para uniformidade de ambos adsorventes no desenvolvimento deste trabalho foi de 0,175 mm.

Couto Junior (2015) utilizou os carvões ativados Norit® GAC 1240 plus, de casca de coco de dendê e de babaçu e classificou em 0,180 mm o diâmetro médio. Os dois últimos adsorvente também foram utilizados por Ferreira (2015) que determinou o diâmetro médio em 0,1795 mm. Vieira et al. (2009), Vieira et al. (2010) e Vieira et al. (2011) utilizaram o carvão ativado de babaçu obtiveram diâmetro médio entre 0,088 e 0,177 mm, e Lima (2016) classificou o carvão ativado de dendê com diâmetro médio de 0,181 mm.

O módulo de finura (MF), inversamente proporcional à área específica do material, verificado para o carvão ativado de babaçu foi de 1,99 e desta forma, o material foi considerado como fino de acordo com a NBR-7211 (ABNT, 1983). Silva (2017) obteve MF de 5,8 para carvão ativado Norit® 1240 W.

5.2.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão