Carvões ativados de Butiá catariensis preparado por pirólise em forno convencional com ativação química e aplicação na remoção de contaminantes emergentes de solução aquosa

Abstract

A presente tese investigou as metodologias para síntese, caracterização e aplicação dos carvões ativados oriundos de caroço de Butiá, produzidos por ativação química e pirólise em forno elétrico convencional que foram aplicados na remoção de contaminantes emergentes (captopril e maleato de enalapril) de águas residuárias sintética da indústria. Esta tese é apresentada na forma de 2 artigos científicos, que foram publicados nas revistas Journal of Environmental Chemical Engineering e Journal of Molecular Liquids com classificação Capes A2 e A1 respectivamente. No primeiro artigo foi feita a síntese, caracterização e aplicação do carvão ativado de butiá catarinense ativado com ZnCl2 nas proporções de 1:1 e pirolise em forno convencional a 600ºC sob fluxo de gás N2 e aplicado para remoção do captopril. No segundo artigo foram feitos dois carvões ativados de Butia catarinensis com agente ativante ZnCl2 nas proporções de 1:1 e 1:1,5, e que foram pirolisados em forno convencional a 600ºC sob fluxo de gás N2 e denominados de ABc-1.0; ABc-1.5 e posteriormente aplicados para remoção para remoção do maleato de enalapril. Os carvões ativados de Butiá catariensis (ABc-1.0; ABc-1.5) foram caracterizados através das seguintes técnicas analíticas: Espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise elementar (CHN/O), isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio (BET/ BJH), análise termogravimétrica (TGA), Índice de Hidrofobicidade (HI), Ponto de Carga Zero (pHPCZ) e Método de Titulação de Boehm. Os dados de caracterização mostraram que os carvões ativados (ABc- 1.0 e ABc-1.5) exibiam uma superfície hidrofílica devido à presença de diferentes grupos polares. Os carvões ativados de Butia catarinensis (ABc-1.0; ABc-1.5) apresentaram um volume total de poros de 0,392 cm3g-1 e 0,492 cm3g-1 e área superficial (SBET) de 1267 m2g-1 e1520 m2g-1 respectivamente. Para descrever o mecanismo de interação adsorvente-adsorvato foram empregados os modelos não lineares de Langmuir, Freundlich, Liu. O modelo de Liu foi o modelo que melhor descreveu o equilíbrio de adsorção dos carvões ativados de butiá (ABc-1.0; ABc-1.5) para remoção dos contaminantes emergentes (captopril e do maleato de enalapril). Os modelos cinéticos de ordem fracionária de Avrami e pseudo-segunda ordem tipo fractal foram os modelos que melhor representam cinética de adsorção dos carvões ativados de butiá (ABc-1.0; ABc-1.5) para remoção captopril e do maleato de enalapril respectivamente apresentando os valores maiores de coeficiente de determinação ajustado (R2adj), os menores valores para desvio padrão (SD) e menores valores critério de informações Bayesiano (BIC). Os resultados termodinâmicos (ΔG°<0) demonstraram que o processo de adsorção dos contaminantes emergentes captopril e maleato de enalapril ocorrem de maneira favorável e espontânea. Os resultados obtidos neste estudo mostram a viabilidade da aplicação do Butiá catarinensis como biomassa precursora para produção de carvões ativados e mostram que os carvões ativados de Butiá (ABc-1.0; ABc-1.5) podem ser utilizados para eficiente remoção de captopril e maleato de enalapril em efluentes da indústria farmacêutica.

This thesis investigated the methodologies for the synthesis, characterization and application of activated activation of Butia seed produced by chemical activation and pyrolysis in a conventional electric oven that was applied in the removal of emerging contaminants (captopril and enalapril) from synthetic wastewater from the pharmaceutical industry. This thesis is presented in the format of 2 scientific articles, which were published in the Journal of Environmental Chemical Engineering and Journal of Molecular Liquids with Capes classification A2 and A1, respectively. In the first article, the synthesis, characterization, and application of activated activation of Butia catarinensis seed produced activated with ZnCl2 in proportions of 1:1 and pyrolysis in a conventional oven at 600ºC under N2 gas flow was applied in the removal captopril. In the second article, two activated carbons from Butia catarinensis seed with activating agent ZnCl2 in the proportions of 1:1 and 1:1.5, which were pyrolyzed in a conventional oven at 600ºC under N2 gas flow and denominated ABc-1.0, ABc-1.5 and then applied to remove enalapril maleate. Activated carbons from Butia catarinensis (ABc-1.0; ABc-1.5) were characterized using the following analytical techniques: Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), elemental analysis (CHN/O), adsorption and desorption isotherms of Nitrogen (BET/ BJH), Thermogravimetry Analysis (TGA), Hydrophobicity Index (HI), Zero Charge Point (pHPCZ) and Boehm Titration Method. The characterization data observed that the activated carbons (ABc-1.0 and ABc-1.5) exhibit a hydrophilic surface due to the presence of different polar groups. The activated charcoal from Butiá Catarinense (ABc-1.0; ABc-1.5) showed a total pore volume of 0.392 cm3g-1 and 0.492 cm3g-1 Surface Area (SBET) of 1267 m2g-1 and 1520 m2g-1 respectively. The non-linear models of Langmuir, Freundlich, and Liu were used to describe the adsorbent-adsorbate interaction mechanism. Liu's model was the model that best described the adsorption equilibrium of butiá-activated carbons (ABc-1.0; ABc-1.5) for the removal of emerging contaminants (captopril and enalapril maleate). Avrami's fractional order and pseudo-second order fractal kinetic models were the models that best represent the kinetics of adsorption of Butia-activated carbons (ABc-1.0; ABc- 1.5) for removal of captopril and enalapril maleate, respectively, showing the highest values of Adjusted determination Coefficient (R2adj) and the smallest values for Standard Deviation (SD) and smallest values Bayesian Information Criterion (BIC). The thermodynamic results (ΔG°<0) showed that the adsorption process of the emerging contaminants captopril and enalapril maleate occurs favorably and spontaneously. The results obtained in this study show the feasibility of applying Butia catarinensis as precursor biomass to produce activated carbons and show that activated carbons from butia (ABc-1.0; ABc-1.5) can be used for efficient removal of captopril and enalapril maleate in effluents from the pharmaceutical industry.