Avaliação de catalisadores à base de zircônia e ferro na decomposição de defeito PVA de café em condições hidrotérmicas

Abstract

O café é uma das principais commodities agrícolas do mundo junto com a cana-de-açúcar, trigo, carne bovina e algodão. Vários resíduos e subprodutos do café são gerados durante todo seu processo de produção e beneficiamento. No processo de colheita, a presença de grãos pretos, verdes e ardidos ou defeito PVA, além de significar uma perda no quesito produtividade, ainda pode ser uma agravante na qualidade do produto. Esses fatores o transformam em um resíduo de grande importância. Uma maneira de aproveitar esse resíduo em sua totalidade, seria estudando sua transformação por meio de decomposição ou conversão. Nesse contexto, o processo de conversão hidrotérmico apresenta grandes vantagens, como: secagem ou tratamento de separação são desnecessários; a água que não apresenta nenhuma toxidade é muito disponível, é utilizada como solvente e apresenta propriedades químicas singulares e funciona como catalisador com propriedades redox numa condição subcrítica. As características termoquímicas da água que a caracterizam como hidrotérmica (subcrítica) podem ser entendidas como qualquer temperatura acima de 100 o C onde se tenha pressão suficiente para que ela permaneça no estado líquido. Em um processo hidrotérmico os catalisadores podem diminuir a necessidade energética do processo e direcionar meios reacionais para obter produtos de interesse. A partir da necessidade do aproveitamento do defeito PVA e do entendimento do potencial reacional da água em condições subcríticas com a presença catalisadores, este trabalho teve a finalidade de avaliar materiais catalíticos em condições subcríticas da água na decomposição do defeito PVA. Quatro catalisadores à base de ferro e zircônia foram preparados e colocados separadamente dentro de um reator de alta pressão com 10 g de defeito PVA sob temperaturas de 150 o C, 200 o C e 250 o C e pressões iniciais de 1 bar, 30 bar e 60 bar. A partir dos resultados da concentração de trigonelina e cafeína obtidos por cromatografia líquida de alta eficiência HPLC e da variação de temperatura e pressão ao longo da reação, ao final de cada tratamento foi constatado que nenhum catalisador aumentou a pressão do sistema. Os materiais testados mostraram comportamentos diferentes em cada reação, de acordo com os resultados obtidos por HPLC. Os catalisadores de goethita e goethita/boro se mostraram mais influentes na concentração de trigonelina e cafeína em meios hidrotérmicos.

Coffee is one of the main agricultural commodities in the world, along with sugarcane, wheat, beef and cotton. Many coffee residues and byproducts are generated during production and processing. During harvest, the presence of black, green and sour grain, or PVA defect, in addition to implying productivity loss, can aggravate product quality. These factors can contribute to the importance of the residue. One way to completely use this residue would be to study its transformation by decomposition or conversion. In this context, the process of hydrothermal conversion presents great advantages, such as drying or separation treatment being unnecessary; the availability of water with no toxicity, used as solvent and presents singular chemical properties, used as a catalyst with redox properties in a subcritical condition. The thermo-chemical characteristics of the water, with characterize it as hydrothermal (subcritical), are understood as any temperature above 100 o C, with which we have enough pressure to maintain it in a liquid state. In a hydrothermal process, the catalysts can decrease the energetic need of the process and direct reactional means to obtain the interest products. With the need of taking advantage of the PVA defect, and of understanding the reactional potential of the water under subcritical conditions with the presence of catalysts, this work aimed at evaluating catalyst materials under subcritical water conditions in the decomposition of the PVA defect. We prepared four iron and zircon based catalysts, placed separately in a high-pressure reactor with 10 g of PVA defect, under the temperatures of 150 o C, 200 o C and 250 o C, and initial pressures of 1 bar, 30 bar and 60 bar. With the results of the concentration of trigonelina and caffeine, obtained by high performance liquid chromatography – HPLC, and temperature and pressure variation along the reaction at the end of each treatment, we verified that none of the catalysts increased the pressure of the system. The tested materials showed distinct behaviors for each reaction, according to the results obtain with the HPLC. The goethite and goethite/boron catalysts were more influential over the concentration of trigonelina and caffeine in hydrothermal mediums.