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ADSORÇÃO DE CAFEÍNA UTILIZANDO COMO BIOSSOERVENTE O REJEITO DA EXTRAÇÃO DE ÓLEO ESSENCIAL DA FOLHA DA GOIABEIRA

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Academic year: 2021

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ADSORÇÃO DE CAFEÍNA UTILIZANDO COMO BIOSSOERVENTE O

REJEITO DA EXTRAÇÃO DE ÓLEO ESSENCIAL DA FOLHA DA

GOIABEIRA

J. V. M. Hübner¹, M. Rosset1, A. Costa1 L. A. Féris¹, O. W. Perez-Lopez1

1-Departamento de Engenharia Química– Universidade Federal do Rio Grande do Sul Rua Eng. Luiz Englert, s/n – CEP: 90040-040– Porto Alegre- RS – Brasil

Telefone: (51) 3308-3444 – Fax: 3277– Email: juliavmh@gmail.com

RESUMO:A presença de poluentes emergentes nos corpos hídricos tem incentivado a busca por técnicas alternativas ou de polimento nos processos normalmente aplicados ao tratamento de água. Entre estas técnicas, a adsorção se destaca por ser uma operação efetiva e versátil para a remoção desta classe de poluentes. Ainda, a possibilidade de uso de adsrorventes alternativos torna a técnica ainda mais atrativa. O presente trabalho investigou o emprego do resíduo proveniente da extração de óleo essencial da folha da goiabeira na remoção da cafeína de soluções aquosas. A influência dos parâmetros pH, tempo de residência e concentração de adsorvente foram avaliados. Os resultados mostraram que os maiores índices de remoção de cafeína foram observados em pH 6, tempo de residência de 240 min e concentração de adsorvente 7 g.L-1. Os dados obtidos indicaram que a aplicação da folha da goiabeira como sólido sorvente é tecnicamente viável para remoção da cafeína.

PALAVRAS-CHAVE: Adsorção, cafeína, biossorvente, goiabeira.

ABSTRACT:The presence of emerging pollutants in water resources has encouraged the search for alternative or additional techniques in conventional water treatment processes. Adsorption is one of the most effective and versatile operations for the removal of this class of pollutants. This technique allows the use of alternative solid sorbents, making the process more attractive. This work investigated the use of the residue derived from the extraction of essential oil from guava leaf by supercritical fluid, in the removal of caffeine from the aqueous solution. The parameters pH, residence time and adsorbent concentration were evalueted. The results showed that the highest removal of caffeine were observed at pH 6, residence time of 240 min and adsorbent concentration 7 g.L-1. The results indicated that the application of the guava leaf as a sorbent solid is technically feasible for the removal of caffeine.

KEYWORDS: Adsorption, caffeine, biosorbent, guava tree.

1. INTRODUÇÃO

Poluentes orgânicos de diferentes origens são responsáveis pela contaminação de águas residuais urbanas, industriais e agrícolas. Entre os poluentes encontrados, os fármacos podem ser classificados como contaminantes emergentes, isto é, poluentes que foram reconhecidos recentemente como um problema ambiental não havendo regulação e

conhecimento sobre seu o impacto à saúde humana e ao meio ambiente.

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situação, acarretando no aparecimento destes compostos até mesmo na água potável.

Entre os fármacos detectados nos efluentes, a cafeína chama atenção por estar em concentrações mais significativas, sendo inclusive usada como marcador antropogênico, ou seja, um indicador de atividade humana. A presença marcante da cafeína nos meios hídricos reside no fato dela ser muito consumida mundialmente através de bebidas, alimentos e composições farmacêuticas (Buerge et al., 2003).

A cafeína é um estimulante do sistema nervoso central que pode ser classificado como um fármaco por sua grande utilização em combinações analgésicas de medicamentos. O consumo de cafeína em quantidades moderadas não causam efeitos adversos significativos sobre a saúde humana; Entretanto, sempre deve ser levado em consideração o efeito que o componente pode ter em outras formas de vida presentes em meios aquáticos e possíveis efeitos tóxicos sinérgicos com outros poluentes (Benowitz, 1990).

Grande parte dos fármacos são considerados compostos persistentes por serem projetados para ter uma boa resistência à biodegradação. Assim, os tratamentos biológicos convencionais são insuficientes para a remoção completa destes poluentes, tornando necessário um tratamento avançado.Alguns métodos de tratamento avançado são estudados para o tratamento de efluente contaminados por cafeína, entre estes métodos, Margot et al. (2013) indicam a ozonização e a adsorção em carvão ativado como métodos eficientes e com potencial para aplicação em grande escala. Entre eles, a adsorção se destaca por ser uma operação efetiva e versátil para remoção de uma vasta gama de poluentes sem formação de subprodutos tóxicos, levando a diminuição da toxicidade e uma desinfecção total do efluente.

Na adsorção, o custo do carvão ativado comercial é uma das maiores limitações do processo. Duas alternativas são atraentes para viabilizar esse processo: a regeneração do carvão ativado e/ou o desenvolvimento de novos materiais sorventes com menor custo. Assim, é amplamente estudada a utilização de adsorventes disponíveis de forma abundante e de rejeitos sem valor econômico, como os biossorventes.

Os biossorventes são materiais orgânicos, normalmente rejeitos da agricultura e da indústria,

que podem ser utilizados como sólidos sorventes após serem transformados em carvão ativado (Yahya et al., 2015; Torrellas et al., 2015) ou crus, sem nenhum tratamento adicional ou com algum tratamento para melhorar sua capacidade adsorvente. Estes sólidos podem ser aplicados na remoção de diferentes poluentes. Demarchi et al. (2013) estudaram a adsorção de corante têxtil Vermelho Reativo 120 pelo quitosano-Fe(III). Oliveira et al. (2016) investigaram a utilização do bagaço de uva como biossorvente na remoção do corante castanho KROM KGT e Souza e Oliveira (2015) avaliaram o potencial da casca da laranja como biossorvente alternativo para remoção de metais pesados em águas residuais, já Abdelhadi et al., (2017) estudaram produção de carvão ativado a partir do resíduo sólido de molho de azeitona para remoção de metais pesados. Bezerra et al. (2014) estudaram a aplicação da celulose natural para remoção de ranitidina a partir de soluções aquosas e Żółtowska-Aksamitowska et al. (2018) analisaram a remoção de anti-inflamatórias não-esteroides a partir de soluções aquosas por biossorvente à base de quitina e lignina. Portinho et al. (2017) estudaram o uso do engaço da uva como biossorvente na remoção de cafeína de soluções aquosas.

Diante deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo principal avaliar as condições ideais para remoção de cafeína de soluções aquosas por adsorção em batelada. Para isso, foi utilizado como sólido sorvente um biossorvente sem tratamento, o resíduo proveniente da extração de óleo essencial da folha da goiabeira realizado por fluido supercrítico. Os efeitos do pH da solução inicial, da concentração de sólido sorvente e do tempo de contato foram avaliados.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

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Para os experimentos de sorção, 100 mL de solução de cafeína 20 ppm foi colocada em frascos Shott de 250 ml e a massa de resíduo da goiabeira determinada para cada ensaio foi adicionada. As amostras foram colocadas em agitação em Agitador de Wagner (modelo MA160BP, marca Marconi) em 30 rpm durante um tempo preestabelecido para cada ensaio.

Ao final da agitação, as soluções foram filtradas e a absorbância do filtrado foi medida em espectrofotômetro (Thermo Scientific, modelo Genesis 10S UV-VS) no comprimento de onda de 273 nm. A concentração final de cafeína na solução foi obtida através de uma curva de calibração desenvolvida a partir da linearização de dados experimentais, apresentada na Equação 1.

𝐴 = 0,0494 𝐶𝑐𝑎𝑓𝑒í𝑛𝑎 (01) A reta apresentada na Equação 1, relaciona os valores de absorbância (A) medidos em espectrofotômetro com a concentração de cafeína (mg.L-1) na solução (Ccafeína). Após o ensaio de adsorção, a eficiência de adsorção (EA) é obtida através da Equação 2.

𝐸𝐴 [%] = (𝐶0−𝐶𝑓

𝐶0 ) x 100 (02)

Onde C0 e Cf representam a concentração de cafeína na solução inicial e após o ensaio de adsorção respectivamente. Para obter as condições ideais do processo, avaliou-se a eficiência de remoção da cafeína variando o pH da solução inicial, o tempo de contato do biossorvente com o poluente e a concentração de sólido sorvente no efluente sintético.

O estudo do efeito do pH foi realizado variando-se o pH inicial da solução em pH 2, 4, 6, 8 e 10, mantendo em 30 minutos o tempo de residência do sólido adsorvente em solução e utilizando 3 g.L-1 de adsorvente.

Após determinação do melhor pH de sorção foi analisado o tempo de contato do sólido com o poluente, assim, foram realizados ensaios de sorção nos tempos de 5, 10, 20, 30, 60, 90, 120, 180, 240, 360, 480 e 1080 minutos, mantendo constante a concentração de sólido sorvente em 3 g.L-1.

Para concluir, após obtenção do pH e do tempo de contato ideais para o processo de sorção,

a influência da concentração de sólido sorvente em solução foi analisada. Foram realizados testes adicionando 1.5, 3, 5, 7, 10, 15 e 20 g de sólido por litro de solução, mantendo constante o tempo de residência e o pH obtido nos experimentos anteriores.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os experimentos realizados determinaram as melhores condições de adsorção de cafeína utilizando o resíduo da extração de óleo essencial da goiabeira como biossorvente. Todos os resultados apresentados são uma média de ensaios em duplicata.

A Figura 1 apresenta o comportamento da capacidade de adsorção obtido para os ensaios de variação de pH.

Figura 1. Capacidade de adsorção de cafeína

variando o pH da solução. Condições: tempo de contato de 30 min, concentração de adsorvente

3 g.L-1, 20 mg.L-1 de cafeína em 100 mL de solução.

Sabe-se que o ajuste de pH é um fator essencial para proporcionar o melhor mecanismo de sorção devido ao seu efeito na carga do sólido. Pode-se observar, através da Figura 1, que o pH da solução influencia no processo de adsorção, sendo os valores de pH igual ou superior a 6 os mais eficientes na adsorção de cafeína apresentando remoção superior a 50%.

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A Figura 2 apresenta a desempenho das eficiências de adsorção obtidas para os ensaios de variação de tempo de contato.

Figura 2. Capacidade de adsorção de cafeína

variando o tempo de contato. Condições: pH de 6, concentração de adsorvente 3 g.L-1, 20 mg.L-1 de

cafeína em 100 mL de solução.

Observa-se que a cinética de remoção é mais rápida nas primeiras duas horas de reação, apresentando uma remoção de aproximadamente 70% de cafeína. Após este período, o sistema apresentou um crescimento mais lento chegando a aproximadamente 80% de remoção em quatro horas de contato do biossorvente com o poluente.

Para tempos longos de contato, superiores a quatro horas, a variação na eficiência de remoção foi menos significativa. Chegando a 93% de remoção em 18 horas de reação. Para evitar tempos longos de operação, foi escolhido o tempo de quatro horas como ideal para o ensaio de sorção, obtendo uma eficiência de remoção de 80%.

O efeito da concentração de sólido sorvente na remoção de cafeína é mostrado na Figura 3.

Figura 3. Capacidade de adsorção de cafeína

variando a concentração de sólido sorvente. Condições: pH de 6, tempo de contato de 240 min,

20 mg.L-1 de cafeína em 100 mL de solução. Verificou-se que com o aumento da quantidade de sólido há um aumento da eficiência de remoção de cafeína, este comportamento é explicado pelo aumento de sítios ativos disponíveis para a adsorção do poluente no sólido com o aumento da massa de biossorvente em solução. Este aumento na eficiência de adsorção é observado até um patamar em que a remoção se torna constante independentemente da quantidade de sólido na solução. Para o sistema analisado, obteve-se a concentração ótima de 7 g.L-1, atingindo 98% de remoção.

Com base nos resultados obtidos, as melhores condições de processo de adsorção de cafeína, em efluente sintético de 20 ppm, com o resíduo da goiabeira como biossorvente foi em pH 6, 240 minutos e 7 mg.L-1 de sólido.

Torrellas et al. (2015) estudaram a remoção de cafeína, diclofenaco e carbamazepina através de carvão ativado a partir do caroço do pêssego, chegando à 80,4% de remoção após tratamento físico e químico do biossorvente. Portinho et al. (2017) obtiveram uma capacidade de remoção de cafeína de 75%, utilizando engaço da uva como biossorvente sem tratamento, a pH 2, massa 25 g.L -1 e tempo de 40 min, sendo esta condição considerada otimizada para o uso de adsorventes. Ainda, Beltrame et al. (2018) investigaram a adsorção de cafeína em fibras de carvão ativado preparadas a partir de folhas de plantas de abacaxi e tratados com H3PO4, obtendo aproximadamente 87% de remoção.

Assim, apesar de utilizar um rejeito sem tratamento como sólido sorvente, o presente estudo mostrou que o rejeito da extração de óleo essencial da folha da goiabeira apresentou elevada eficiência de adsorção, chegando a 98% de remoção de cafeína.

4. CONCLUSÃO

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de efluentes aquosos. Este estudo apresenta como vantagem o uso de um sólido sorvente sem tratamento, ou seja, um sólido que apresentou alta remoção de cafeína sem ser necessário o uso de tratamento físico ou químico para a transformação em carvão ativado.

Os melhores parâmetros obtidos, utilizando uma solução sintética de cafeína de 20 ppm, foram em pH 6, tempo de contato de 240 min e concentração de sólido sorvente de 7 mg.L-1. Com isso, pode-se chegar a remoções superiores a 95%.

AGRADECIMENTOS

À CAPES pelo apoio financeiro.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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