Doutoranda: Paula R. C. Barbosa Orientador: Prof. Dr. Ricardo Perobelli Borba Co - Orientador: Prof. Dr. Wanilson Luiz Silva
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
02/10/2013
USO DO BIOCARVÃO DE BAGAÇO DE CANA
NA REMOÇÃO DE METAIS PESADOS EM ÁGUA
q Por ser um sistema passivo os custos de manutenção a longo
prazo são bem reduzidos,
q Usada na remediação de águas subterrâneas, contaminadas por
uma variedade de substâncias como, metais pesados, orgânicos e radionuclídeos.
Fig 1: Esquema de uma BRP
Barreiras Reativas Permeáveis - BRPs
INTRODUÇÃO
q Mistura do carvão pelos índios a terra (terra preta) muito fértil e
produtiva
q Degradação da biomassa através de pirólise, retendo de 20 a 50%
do carbono
q fonte de energia e ferramenta para o sequestro do carbono.
q Aumento da capacidade de troca catiônica, resultando em melhoria da fertilidade do solo
q Retenção de água
q Moderador da acidez do solo
q Aumento do número de micróbios benéficos do solo
Ø Solo com biochar derivados de palha de arroz ou derivados de trigo promoveram a sorção de antrazina, um herbicida, que tem sido amplamente utilizado para
controlar ervas daninhas na agricultura (SHENG 2003).
http://www.biochar-international.org/biochar/soils
Figura 2: diferença entre a plantação de milho em solo natural e solo misturado com biocarvão. Fonte: Internacional Biochar Initiative
Eficiência no Solo
q O uso do biochar no solo é uma prática irreversível e apesar de se mostrar bastante eficiente deve ser usada com cautela evitando complicações no solo
q Biochar, proveniente de uma pirólise lenta de biomassa mista, em
um sistema de tratamento de água contaminada por metais: cádmio, cobre e chumbo, demosntraram eficiência em sua remoção, principalmente com chumbo (100%). (REGMI et al 2010) q Biochar produzidos a partir de esterco tem um potencial para
adsorção tanto dos metais pesados como para os compostos orgânicos (CAO et al 2009).
q Kumar et al. 2011, através de experimentos em colunas
comprovaram alto poder de adsorção do Urânio, sugerindo seu uso em barreiras reativas permeáveis, para remediação de águas subterrâneas contaminadas
Eficiência Comprovada em remediações de
águas contaminadas
q Avaliar a eficiência do biocarvão, de bagaço de cana de
açúcar, na remoção de Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn de soluções aquosas com concentrações de 0.1 a 0.5mmolL-1, por meio de
experimento de adsorção, sob diferentes condições de pH.
Materiais e Métodos
q Preparo do Biocarvão
Ø Esquema do reator de leito fluidizado – Empresa BIOWARE - Campinas
Bio-óleo
Figura 3: Planta piloto de pirólise rápida. Fonte: Morales 2010
Materiais e Métodos
Tabela 1: Métodos de Análises realizados nas amostras sólidas
Método de análise Objetivo Local
ANALISE IMEDIATA Identificação do teor de cinzas, voláteis e Carbono FEM
ANALISES ELEMENTAR Quantificação do Nitrogênio, hidrogênio, Carbono e Oxigênio ABCP
TOC - ANALYSER Identificação do carbono Total FEC
FTIR Identificar grupos funcionais IG
MEV Identificação da fase sólida cristalina e formato de poro IG
ASAP 2010- BET Determinação das áreas superficiais das partículas FEQ
Materiais e Métodos
q Caracterização da Solução
Ø Estes procedimentos foram realizados com o intuito de se identificarem os produtos geoquímicos envolvidos durante a remediação por meio da BRP, que envolvem a adsorção de metais pelo Biochar
Tabela 2: Métodos de Análises realizados nas amostras líquidas.
Método de análise Objetivo Local
Resultados e Discussões
Descrição Resultados Análise Imediata (% em massa) Carbono Fixo 40 Voláteis 36 Cinzas 24 Análise Elementar (% em massa) Carbono 52 Hidrogênio 3.53 Nitrogênio 1.22 Oxigênio 30.81 TOC – Analyser (% em massa) Carbono Total 50 q Propriedades QuímicasResultados e Discussões
q Propriedades Químicas
Figura 3: Espectros Infravermelho com Transformada de Fourier entre as ondas 600 a 4000cm-1
Resultados e Discussões
Descrição Resultados Propriedades texturais ASAP - 2010 Área superficial 1.514m2g-1 Diâmetro de Poro ( BJH) 30.7nm q Propriedade FísicaResultados e Discussões
q Propriedade Física
(A) Poro Aberto, (G) Poro Gaiola (F) Poro Fechado
(T) Poro de Transporte
Figura 1: Imagens do BC, com aumento de, 1000 vezes em 2 e 3 e 1200 vezes em 4. Imagem C representa os tipos de poros classificados pela IUPAC
Resultados e Discussões
Resultados e Discussões
Resultados e Discussões
Resultados e Discussões
q Experimento de Adsorção
ü eficiência na adsorção do Pb, seguido do Cu tanto em meio ácido como em meio alcalino corroborando com Merkel & Friedrich que apresentaram a seguinte ordem de afinidade dos elementos em relação a força de
ligação relativa com a matéria orgânica Pb>Cu>Ni>Cd>Zn.
ü No entanto em meio competitivo, o BC apresentou a seguinte sequencia de afinidades Pb>Cu>Cr> Cd >Zn>Ni, onde o Níquel passa ser o elemento de menor adsorção
≡ :+ 2+ → ≡ : 2+ ( çã ô ) (1)
= C− COOH + Pb2+ + H2O → C− COOPb− + H3O+ (2)
= C− OH + Pb2+ + H2O → = C− OPb+ + H3O+ (3)
q O Biocarvão do bagaço de cana de açúcar, tem grande potencial
como material reativo em uma barreira reativa permeável, que mesmo com baixa área superficial foi favorecido pela composição química de sua superfície, retendo principalmente o chumbo, cobre e cromo em ambiente competitivo.
Cao X. , Ama L., Gao B., and Harris W.: Dairy-Manure Derived Biochar Effectively Sorbs Lead and Atrazine. Environmental Science & Technology, vol. 43, n° 9, 2009 / 3285–3291
Chen ,C. S.; Lai, T. Y.; Lee, J. F.; Kao, H. M.; (2013) Formation of Cu Nanoparticles in SBA-15 Functionalized with Carboxylic Acid Groups and Their Application in the Water−Gas Shift Reaction. ACS Catalysis 3, 667−677
Harvey, O. R.; Herbert B. E.; Rhue, R. D.; Kuo, L.; Inyang, M.; Gao, B.; Ding, W.; (2011) Metal Interactions at the Biochar-Water Interface: Energetics and Structure-Sorption Relationships Elucidated by Flow. Environ. Sci. Technol., 45, 5550–5556
INyang, M.; Gao, B.; Ding, W.; Pullammanappallil, P.; Zimmerman, A,R. & Cao, X.; (2011). Enhanced Lead Sorption by Biochar Derived from Anaerobically Digested Sugarcane Bagasse, Separation Science and Technology, 46:12, 1950-1956
CETESB Relação de áreas contaminadas - consultado em Abril de 2010
http://www.cetesb.sp.gov.br/areas-contaminadas/rela%E7%F5es-de-%E1reas-contaminadas
