O carvão ativado (CA) define-se como aquele produto com alto teor de carbono sendo tratado por processos físicos (pirolise ou dióxido de carbono) ou químicos a altas temperaturas (acima de 700 oC) para, assim, realizar uma oxi- dação adicional parcialmente nas superfícies do grão (Boehm, 1994). Embora, existam outras nomenclaturas para referenciar materiais ricos em carbono como carvão preto (black carbon) e biochar, sendo diferenciados pela matéria prima utilizada para gerar o produto final. Por exemplo, o biochar é produzido a partir de madeira ou resíduo fecal tratado pelo processo de pirolise com limita- da aplicação de oxigênio, enquanto que o carvão preto é produzido a partir de processos de combustão utilizando matérias primas com alto conteúdo de car- bono puro como o grafite (Schmidt e Noack, 2000). Para efeitos deste trabalho a nomenclatura utilizada foi de carvão ativado, CA, para referenciar o produto utilizado para a adição no solo.
As propriedades físicas do CA são estimuladas por diversos fatores, sen- do os principais os seguintes: a taxa de aquecimento e temperatura utilizada durante o processo de ativação; tempo de retenção; e a taxa de fluxo de insu- mos complementares (nitrogênio, dióxido de carbono, vapor, etc.). Consequen- temente estes fatores influenciaram a superfície especifica, SE, a distribuição dos poros e densidade do material (Pandolfo et al., 1994; Byrne e Nagle, 1997). Destaca-se, ainda, que as dimensões dos poros determina a capacidade de adsorção, além da estrutura química que interfere na interação electro – quími- ca entre a superfície do CA e as moléculas que entrem em contanto segundo a polaridade do fluido (Costa, 2006).
A Tabela 4 apresenta a capacidade de adsorção do CA a alguns líquidos orgânicos de baixa constante dielétrica, mediante os registros das concentra- ções do afluente e efluente no meio aquoso. Ressalta-se, que os valores da ε aqui apresentados correspondem para uma temperatura em torno de 20 oC, ex- cetuando o valor do Fenol cujo valor esta fixado a uma temperatura de 40 oC (Clippers Control Inc., 2011).
Tabela 4. Capacidade de Adsorção do Carvão Ativado aos Líquidos Orgânicos. Poluente ε (-) Afluente (μgL-1) Efluente (μgL-1)
Fenol 15,0 63.000 2.400 40.000 <100 <10 <10 Tetracloreto de Car- bono 2,2 61.000 130.000 73.000 <10 <1 <1 1,1,2-Tetracloretano Tetracloretileno 2,5 80.000 44.000 70.000 <10 12 <1 1,1,1-Tricloroetano 7,5 1.000 3.300 12.000 143.000 115 <1 <1 <5 <1 1 Benzeno 2,3 2.800 400 11.000 <10 <1 <100 Fonte: Canter, L. W. e Knox, R. C., 1985; Clipper Controls Inc., 2011.
Os baixos valores de ε identificados nas substâncias apresentadas na Tabela 4 indicam a potencialidade que o CA oferece para reter ou atrair líquidos hidrocarbonetos sobre os argilominerais. Diante disso, pode-se dizer que a utili- zação de CA como material para remover poluentes com baixa constante die- létrica resultará fatível visando a sua incorporação no meio poroso para a pro- teção da subsuperfície e a água subterrânea.
Entretanto, a depender da origem da formação do CA, estes serão mais seletivos dependo do tipo de poluente que entre em contato (Robinson, 1979). Contudo, são vários os fatores que afetam o grau de adsorção do CA, alguns dos principais fatores são os seguintes (Knox et al., 1984): a) Solubilidade do poluente (sendo os insolúveis mais favoráveis para a adsorção); b) O pH da água, influenciando o grau de ionização do poluente; c) Características do ad- sorvente; d) Propriedades dos poluentes.
A capacidade de adsorção do CA depende de interações, tais como: a força dipolar, as ligações de hidrogênio e as diferenças de pH (Bandosz e Ania, 2006). A agência de proteção ambiental dos Estados Unidos de América (US- EPA) recomenda a utilização do CA na remoção de compostos orgânicos, sen- do considerado como umas das melhores tecnologias disponíveis (Nicholas, 2002).
O CA é comumente classificado segundo o tamanho do grão (granulo- metricamente), sendo de granular (CAG) e em pó (CAP). Para distinguir cada categoria, estabelece-se que o CAP apresenta uma granulometria típica entre 15 – 25 μm, enquanto que para o CAG o tamanho do grão varia de 1 a 5 mm (Menendez-Diaz et al., 2006). Por conseguinte, as técnicas de remediação, costumam utilizar o CAG em reatores e o CAP em tratamento de água (consu- mo humano e residuais), gerando lodos, através da filtração ou assentamento dos poluentes, facilitando a sua remoção (Ehrenfeld and Bass, 1984). Também, o CA tem sido empregado para a remediação de solo contaminado através da remoção de líquidos orgânicos voláteis (hidrocarbonetos de petróleo, solventes clorados) e na adsorção de poluentes orgânicos em águas subterrâneas (Kho- dadoust et al.,1999; Pradhan e Srivastava,1997).
O CA tem sido utilizado para diversas aplicações com propósitos espe- cíficos devido a sua composição química e à capacidade de reação com outros heteroátomos (como o oxigênio e hidrogênio). Segundo Bandosz e Ania (2006), os átomos de carbono, encontrados em qualquer material, estão agrupados en- tre camadas de anéis aromáticos fusionadas com um grau de planaridade con- dicionado pelo teor de grafite neles. Além disto, grande importância dá-se à composição química das superfícies do CA, sendo estas características as grandes condicionantes para a sua aplicação. Por este motivo, o CA é conside- rado como um dos melhores adsorventes aos líquidos orgânicos pela sua ca- racterística hidrofóbica, alta SE (800 – 1200 m2g-1) e estrutura microporosa (Va- silyeva et al., 2006).
Assim, o CA se apresenta como um material de remediação ambiental de líquidos hidrocarbonetos dissolvidos em água subterrânea, produzindo uma redução nas concentrações do poluente de 96% e 99% utilizando CAG e CAP,
respectivamente, sendo que o tempo de contato influencia na adsorção dos li- quidos hidrocarbonetos (Ayotamuno et al., 2006).
As técnicas que empregam o CA apresentam uma abordagem promisso- ra, sendo possível a sua utilização durante o pré-tratamento, tratamento total ou na limpeza de efluentes. De tal forma, que quando os poluentes orgânicos entram em contato com a superfície do CA, conseguem se aderir devido às for- ças físicas e químicas (natureza oleofilica e a afinidade para o CA) que ocor- rem entre eles (Nielsen, 1983). Diante disto, a capacidade de adsorção do CA emerge como uma tecnologia com alto potencial para a remediar os problemas de contaminação em solos, assim como tem sido utilizados em corpos aquosos destinados a sítios de rejeito para resíduos perigosos (Touhill et al., 1982).
Como os poluentes orgânicos se aderem à superfície do CA, no presen- te estudo, as adições de CA em solos nativos (tropicais) se apresentam como uma opção interessante visando funcionar como uma barreira hidráulica para proteger a subsuperfície, assim como o lençol freático em áreas de armazena- mento de líquidos hidrocarbonetos através da implementação de diques de contenção. Vários estudos recentes têm focado a sua atenção na adição de CA em solos contaminados por poluentes químicos como técnica de biorremedia- ção, obtendo resultados satisfatórios na redução destes poluentes a concentra- ções permitidas segundo a legislação ambiental correspondente (Brändli et al.,2008; Meynet et al., 2012; Mossa, 2013).