Resumo: O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo agroindustrial de elevada importância, devido à sua abundância e disponibilidade. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de remoção do corante reativo Azul 5G pelo bagaço de cana utilizando como material adsorvente. Inicialmente, o bagaço proveniente do setor sucroalcooleiro foi submetido à secagem, avaliando-se a cinética e o equilíbrio de sorção de umidade, na qual investigou-se as melhores condições de temperatura de secagem para utilização como material adsorvente. Posteriormente, foi caracterizado em termos de granulometria, microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise de área específica por fisissorção do N2, análise centesimal, caracterização elementar (análise SR-TXRF), ponto de carga zero e espectroscopia no infravermelho (FT-IR). Os testes preliminares de adsorção foram realizados em sistema fechado e batelada, avaliando-se o efeito de parâmetros operacionais: granulometria do adsorvente, temperatura de secagem do adsorvente, pH inicial e velocidade de agitação. Nas melhores condições foram obtidos os dados de cinética e equilíbrio de adsorção, descritos por modelos matemáticos disponíveis na literatura. Finalmente, aplicou-se a adsorção em leito fixo, obtendo-se as curvas de ruptura em diferentes concentrações de alimentação. Além disso, estudou-se a dessorção do corante em sistema batelada e em leito fixo. Com relação à secagem do bagaço, observou-se que altas temperatura de secagem conduziram à tempos de secagem curtos e menores umidades de equilíbrio. O bagaço de cana apresentou período de taxa decrescente de secagem, no qual a difusão no interior do sólido limita o processo. As isotermas de sorção de umidade e o calor isostérico de sorção indicaram que o bagaço possui alta afinidade com a água, sendo altamente higroscópico, verificando-se, desta forma, a necessidade da secagem para a aplicação como adsorvente. Na caracterização do adsorvente verificou-se pela análise centesimal a predominância de fibras, características da estrutura lignocelulósica do bagaço. Verificou-se pela MEV e análise de área específica que o bagaço é um material pouco poroso, apresentando baixos valores de área específica (7,1 m2 g-1) e volume de poros (9,8.10-3 cm3 g-1), em sua maioria mesoporos. Na espectrofotometria no infravermelho do bagaço antes e após a adsorção visualizou-se uma modificação das bandas características de hidroxilas e carboxilas, indicando que a adsorção ocorre por meio destes grupamentos. Nos testes preliminares as melhores condições obtidas foram: a mistura granulométrica, pH inicial 2, velocidade de agitação de 150 rpm e temperatura de secagem de 30-80 °C. Nenhum tratamento químico aumentou a capacidade de adsorção do bagaço, portanto, utilizou-se o bagaço sem tratamentos, com exceção da secagem do material. O estudo cinético de adsorção mostrou que o tempo de equilíbrio é atingido em 48 h, sendo que o modelo de Elovich melhor se ajustou aos dados experimentais. A interpretação do modelo de difusão intrapartícula indicou etapas de difusão externa e intrapartícula, e ainda, que a adsorção ocorre em múltiplas camadas, em altas concentrações. No estudo do equilíbrio de adsorção verificou-se que as isotermas são do tipo II, características de adsorção em multicamada. Observou-se que a temperatura exerce influência sobre a capacidade de adsorção, favorecendo, principalmente, a formação das multicamadas. As isotermas de BET e Langmuir-BET melhor se ajustaram aos dados de equilíbrio em todas temperaturas avaliadas. O equilíbrio de adsorção, no entanto, não sofreu influência da temperatura de secagem do bagaço, na faixa entre 30 a 80 °C. No estudo dos parâmetros termodinâmicos do processo verificou-se a existência de etapas distintas na adsorção do corante. Primeiramente, a formação da monocamada, a qual é exotérmica e de natureza química. Na sequência, formam-se as multicamadas, sendo esta endotérmica e de natureza física. Ambos processos mostraram-se espontâneos e favoráveis. O eluente mais adequado na dessorção do corante foi o NaOH (0,1 mol L-1), no entanto, não foi possível dessorvê-lo totalmente, devido à parte do corante adsorvida quimicamente. Em sistema leito fixo, as curvas de ruptura apresentaram inclinações elevadas e zonas de transferência de massa favoráveis. E ainda, maiores capacidades adsortivas que no sistema batelada (qeq = 11,963 mg g-1). Além disso, em leito fixo, teores elevados de dessorção (Pd = 75,57 %) foram obtidos e verificou-se a possibilidade de reutilização do bagaço em processos cíclicos de adsorção-dessorção. Estes resultados indicam a viabilidade do aumento de escala e a possibilidade de operação em sistema contínuo desse adsorvente. De uma maneira geral, baseado nos resultados obtidos em sistema batelada e leito fixo, o bagaço de cana apresentou teores de remoção do corante Azul 5G elevados em relação à outros adsorventes observados na literatura. Desta forma, considerando-se que o bagaço de cana é um resíduo de origem renovável subaproveitado que possui alta disponibilidade e abundância. Caracterizando-se como um material alternativo com potencial de aplicação como adsorvente na remoção de efluentes têxteis contendo o corante reativo Azul 5G.
Abstract: Sugarcane bagasse is a significant agroindustrial residue due to its abundance and availability. In this sense, the aim of this work was to evaluate the removal of the reactive Blue 5G dye using sugarcane bagasse as sorbent material. The bagasse coming from the sugarcane sector was initially submitted to a drying process, where it was evaluated the kinetics, moisture sorption equilibrium and the temperature conditions to prepare as a adsorbent material. The bagasse was later characterized regarding to granulometry, scanning electron microscopy (SEM), surface area analysis by nitrogen adsorption, centesimal analysis, elemental characterization (SR-TXRF), charge point zero and infrared spectroscopy (FT-IR). The preliminary adsorptions tests was performed at closed and batch system to evaluate operational parameters: granulometry and drying temperature of the adsorbent, initial pH and stirring speed. Kinetic and equilibrium data were obtained at the best preliminary attained conditions, and described by mathematical models. Finally, fixed bed adsorption process was studied by the breakthrough curves at different feed concentration. Regarding to the drying process, high temperatures led to shorter drying times and equilibrium moisture contents. The sugarcane showed falling rate drying period, in which the solid diffusion limit the global process. Moisture sorption isotherms and isosteric heat of sorption indicated an elevated water affinity, characterizing the bagasse as a hygroscopic material. The results states the drying necessity for the adsorbent application. By centesimal analysis at adsorbent characterization it was noticed the preponderance of fibers, related to the lignocellulosic structure from the bagasse. It was found by SEM and surface area analysis that bagasse presents low porosity due to the values of specific surface area (7.1 m2 g-1) e volume de pores (0.0098 cm3 g-1), the average diameter of pores was typical of mesoporous. At infrared spectroscopy of the bagasse before and after the adsorption process a change at carboxyl and hydroxyl group bands was observed, inferring that the sorption process occurred at these groups. At preliminary tests the best conditions observed was: granulometric mixture, initial pH 2, stirring speed 150 rpm and drying temperature 30 °C. The bagasse was employed with no chemical treatments because of acid, alkali and Fenton treatments did not enhance the sorption capacity of the adsorbent. Kinetic adsorption experiments exhibited 48 h equilibrium times, wherein the Elovich model presented the best fit to experimental data. Intraparticle diffusion model interpretation has demonstrated that the sorption process occurs by external and intraparticle diffusion steps and monolayer adsorption, additionally, multilayer sorption at high values of dye concentration in solution. At equilibrium adsorption evaluation it was verified isotherms type II related to multilayer sorption. The temperature influenced the dye removal leading to an multilayer process more evidenced. BET and Langmuir-BET modification isotherms showed the best fit at equilibrium data at studied temperature. However, the drying temperature at the range of 30 to 80 °C did not influence adsorption equilibrium. The process thermodynamic parameters indicated distinct steps at dye adsorption. Initially, and exothermic and chemical nature monolayer formation, followed by the multilayer formation, which is endothermic and physical. Both steps were spontaneous and favorable. The more efficient desorption eluent was the NaOH (0.1 mol L-1), nevertheless the desorption was not complete due to the chemical adsorbed dye portion. At fixed bed process a similar behavior to batch system was observed with multiple layers formation. The breakthrough curves showed elevated inclination, favorable mass transfer zones and higher adsorption capacities than in batch system. Moreover, at fixed bed were attained higher desorption yields showing the possibility of the bagasse reuse at cyclic adsorption-desorption process. The results indicate the viability of this adsorbent material, the possibility of continuous operation and scale up of the process. Based on the results at batch and fixed bed system, the bagasse without treatment has shown high levels of reactive Blue 5G removal. In this way, considering that the sugarcane bagasse is an underused abundant residue originating from a renewable source. It characterizes as an alternative potential material for the treatment of textile effluents containing the reactive Blue 5G dye. |