Avaliação experimental da habilidade do carvão ativado em adsorver cafeína multiplas vezes

Abstract

A identificação de poluentes emergentes do meio ambiente nos recursos hídricos e a incerteza de seus impactos, incentivou a busca por técnicas de tratamento de efluentes capazes de remover efetivamente essa classe de poluentes da água. Entre os poluentes emergentes, inclui-se a cafeína, produto de alto consumo mundial que pode ser encontrado em bebidas, alimentos e composições farmacêuticas. Entre várias técnicas existentes, a adsorção em carvão ativado apresenta potencial para remoção dessa classe de poluentes. O processo apresenta como uma vantagem, a possibilidade de reaproveitamento do sorvente através de sua regeneração. No entanto, à medida que o sólido é submetido a sucessivos ciclos de adsorção-regeneração, há uma redução gradual da capacidade adsortiva do carvão ativado. Assim, o presente estudo tem como objetivo avaliar a habilidade do carvão ativado em absorver cafeína múltiplas vezes, a fim de verificar a capacidade de reuso do mesmo. Acetato de etila, etanol, ácido clorídrico e hidróxido de amônio foram utilizados como promotores da dessorção da cafeína do sólido saturado. Foram avaliadas as condições ideais para a remoção de cafeína na faixa de pH de 2,00 a 10,00, concentração de sólido sorvente de 0 a 25 gL-1 e tempo de contato de 10 a 120 min, a eficiência de dessorção dos solventes avaliados e a habilidade do carvão ativado em realizar ciclos de adsorção-regeneração. Avaliou-se o uso de um solvente fresco a cada ciclo de regeneração e, para tornar o processo mais econômico e ecológico, a mesma solução de solvente. Os resultados mostraram que a maior remoção de cafeína foi observada em pH natural, aproximadamente 7, tempo de residência de 50 min e concentração de adsorvente de 10 g.L-1. Os solventes que continham acetato de etila na composição apresentaram melhores resultados. Para sete adsorções seguidas, utilizando sempre um solvente fresco obteve-se uma eficiência de regeneração de 95% e 68% quando o mesmo volume de solvente é utilizado. Assim, conclui-se que o processo de adsorção com carvão ativado granular comercial é eficaz na remoção de cafeína de soluções aquosas, podendo tratar um grande volume de solução com o mesmo sólido quando regenerado por um solvente com acetato de etila na composição, trocando o montante de solvente após alguns ciclos.

The presence of pharmaceuticals compounds in water resources has encouraged the search for polishing techniques in water treatment. Adsorption with activated carbon is one of the most effective and versatile operations for micropollutants removal; However, during adsorption process, there is a gradually reduction of adsorption efficiency of the activated carbon and an effective regeneration process is required. In this work, ethyl acetate, ethanol, hydrochloric acid and ammonia solution were used to regenerate exhausted activated carbon used for caffeine removal from aqueous solution. The ideals conditions for caffeine removal, the desorption efficiency of regenerant solvents and the ability of the activated carbon to be regenerated in adsorption-regeneration cycles were evaluated. The results showed that the highest removal of caffeine were observed at natural pH, residence time of 50 min and adsorbent concentration 10 g.L-1. The activated carbon were effectively regenerated using a solvent with ethyl acetate in composition. The regenerant solvent could effectively recover the adsorption activity and repeatedly regenerate the activated carbon when a new amount of solvent is used in each regeneration step, after seven adsorption essays, using the same regenerated solid sorvent it was obtained a regeneration efficiency of 95%. This result reduces when the same amount of regenerant solvent were used in all adsorption cycles, it was obtained a regeneration efficiency of 58%, after eleven adsorption.