Neste trabalho foi investigada a adsorção de cafeína pela argila Verde-lodo calcinada. Esse estudo poderá servir de base para outros que envolvam a adsorção de compostos farmacêuticos por adsorventes alternativos e também auxiliar no entendimento de mecanismos de adsorção em sistemas multicomponentes contendo cafeína em sistemas sintéticos ou reais. Este capítulo resume as conclusões mais relevantes e algumas sugestões para estudos futuros.
5.1 Conclusões
Durante o estudo do processo de adsorção, na etapa de planejamentos experimentais foi mostrado que, dentre os fatores analisados, o pH e a velocidade de agitação não foram significativos (p>0,05) nos intervalos estudados (3,6 a 10,4 e 116 a 284 rpm, respectivamente) para a adsorção de cafeína por argila Verde-lodo calcinada. Os estudos seguintes, portanto, foram realizados em shaker a 200 rpm e sem controle de pH.
O estudo cinético de remoção em banho finito foi realizado para concentrações iniciais de 0,184, 0,460 e 0,736 mmol.L-1 de cafeína. Foi obtido um tempo de equilíbrio de 40 horas. Os modelos matemáticos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, resistência à transferência de massa em filme externo, Boyd e difusão intrapartícula foram ajustados aos dados experimentais, sendo que o modelo de pseudossegunda ordem foi o que melhor representou os dados experimentais (com maiores valores de 𝑅² e menores valores de 𝐴𝐼𝐶𝑐). A cinética de adsorção de cafeína por argila Verde-lodo calcinada tem a transferência de massa em filme externo como etapa controladora do processo e a difusão intrapartícula como etapa presente, porém menos significativa.
Pelo estudo das isotermas de equilíbrio, observou-se que o processo de adsorção de cafeína pela argila Verde-lodo calcinada foi favorecido pelo aumento da temperatura dentro da faixa analisada. A capacidade máxima de adsorção de Langmuir foi obtida para a temperatura de 60 ºC e foi de 0,7328 mmol.g-1. Para as temperaturas de 15 e 25 ºC, o modelo de Dubinin-
Radushkevich apresentou o melhor ajuste e para as temperaturas de 40 e 60 ºC, o ajuste do modelo de Freundlich pôde ser considerado o que melhor descreveu os dados experimentais. Os dados obtidos na etapa de estudo de equilíbrio indicaram que o fenômeno estudado é uma mistura de quimissorção e fisissorção.
No estudo de adsorção em sistema de leito fixo, os melhores resultados (maiores tempos de ruptura e porcentagens de remoção) foram obtidos para vazão de 1 mL.min-1 e concentração de alimentação de cafeína de 0,2 mmol.L-1. De maneira geral, os sistemas
removeram até o tempo de ruptura aproximadamente 100% da cafeína alimentada, o que indica que a argila Verde-lodo calcinada é um adsorvente promissor para ser utilizado em sistemas de leito fixo para remoção de cafeína. Para tempos de operação mais longos, os modelos de Thomas e Yoon e Nelson apresentam ajustes mais satisfatórios e, para tempos menores, o modelo de Yan e colaboradores foi o melhor.
Os testes de caracterização mostraram a Verde-lodo calcinada teve sua área superficial e seu volume de poros reduzidos e densidade real aumentada após o contato com a cafeína, fatos que evidenciaram a ocorrência do fenômeno de adsorção. Além disso, a análise de FT-IR identificou picos referentes aos grupos funcionais da cafeína na argila Verde-lodo calcinada após a adsorção e a análise de MEV apontou uma mudança na superfície do material argiloso após contato com o contaminante.
Conclui-se, após a realização deste estudo, que a argila Verde-lodo calcinada é um excelente material para ser investigado como adsorvente de cafeína em efluentes reais.
5.2 Sugestões para trabalhos futuros
A metodologia utilizada neste trabalho foi desenvolvida para que os experimentos fossem concluídos no prazo de um ano. Posteriormente, estudos similares poderão adaptar a metodologia utilizada para a realização de experimentos em maiores períodos ou em diferentes condições experimentais.
Em relação aos planejamentos experimentais, em trabalhos futuros, sugere-se a investigação de faixas mais amplas de valores para os fatores analisados (massa de argila por 100 mL de solução, pH, velocidade de agitação e concentração inicial de cafeína), ressaltando que é importante desenvolver métodos para estudar adsorção de cafeína a concentrações iniciais cada vez menores (na ordem de nanogramas por litro), para que as condições simuladas se assemelhem ainda mais com as encontradas no meio hídrico. Também seria interessante a realização de um planejamento que variasse o tamanho médio da partícula da argila e a temperatura de calcinação desta.
Para os estudos de adsorção em banho finito, o estudo cinético, futuramente, pode incluir a avaliação de outras concentrações iniciais de cafeína em solução. Neste trabalho, foi sugerido que a adsorção estudada é uma combinação de processos de natureza física e química e que a temperatura é um fator que influencia de maneira diferente esses processos. Dessa forma, futuros estudos de equilíbrio podem investigar faixas de temperaturas mais amplas do que as já investigadas e novas temperaturas dentro da faixa estudada, com o objetivo de definir a influência da temperatura de operação na adsorção física e na adsorção química. Em relação
à adsorção em sistema de leito fixo, sugere-se o estudo da regeneração do adsorvente, para que seja possível a utilização da argila em sistemas de leitos alternados. Como a decomposição da cafeína ocorreu a uma temperatura de 400 ºC sem que houvesse dano à estrutura da argila, é possível que uma das técnicas de regeneração estudadas seja a regeneração térmica.
De maneira geral, estudos futuros sobre a adsorção de cafeína devem utilizar metodologias que aproximem cada vez mais os sistemas sintéticos estudados dos sistemas naturalmente encontrados de águas contaminadas com cafeína. Para isso, sugere-se a investigação do fenômeno de adsorção para soluções em concentrações próximas às reais e em sistemas multicompontentes, com a presença de outros contaminantes emergentes.