Preparação de carvão ativado a partir de borra de café: uso como adsorvente e como suporte catalítico para a remoção de poluentes orgânicos em meio aquoso

Abstract

No presente trabalho estuda-se o preparo de carvões ativados (CAs) a partir do rejeito agroindustrial borra de café, utilizando-se como agente ativante vapor d’água (CA H 2 O), CO 2 (CA CO 2 ) e K 2 CO 3 (CAK). Os carvões produzidos apresentam natureza predominantemente microporosa com elevada área superficial, com exceção do CA CO 2 . Esses materiais, bem como o carvão comercial (CAC), foram testados como adsorventes dos contaminantes orgânicos azul de metileno (AM) e fenol, apresentando elevada capacidade de adsorção. Os diferentes agentes ativantes avaliados levaram à produção de carvões com propriedades superficiais bastante distintas que influenciaram fortemente o processo de adsorção dos contaminantes. A avaliação da adsorção variando-se o pH inicial das soluções dos adsorvatos mostrou que a adsorção desses nos CAs depende tanto da porosidade e da área superficial dos carvões quanto de seus grupos superficiais. O carvão com maior área superficial (CAK), bem como o carvão comercial (CAC), foi utilizado como suporte para a impregnação de ferro e a produção dos compósitos CAK/Fe e CAC/Fe, respectivamente, a fim de testá-los na decomposição de H 2 O 2 e oxidação de AM, utilizando H 2 O 2 como agente oxidante. Esses compósitos foram submetidos a um tratamento térmico de redução com H 2 , a fim de reduzir parcialmente os óxidos de ferro, produzindo os materiais CAK/Fe reduzido e CAC/Fe reduzido. Os testes catalíticos mostraram elevada capacidade de decomposição de H 2 O 2 e de oxidação de AM. Ressalta-se que os materiais reduzidos apresentaram maior capacidade de decomposição de H 2 O 2 , porém, com uma ligeira redução na capacidade de oxidação de AM. Além disso, os compósitos preparados a partir do carvão da borra (CAK) foram mais ativos, tanto na decomposição de H 2 O 2 como na oxidação do corante, exibindo maior remoção do corante, além de levar à formação de maior quantidade de produtos intermediários de oxidação.In this work, the preparation of activated carbons (AC) using spent coffee grounds and three activating agents CO 2 (AC CO 2 ), water vapor (AC H 2 O) and K 2 CO 3 (ACK) were evaluated. These AC showed microporous nature with high surface area, except for AC CO 2 . These materials, as well the commercial AC (ACC) were tested as adorvents for the organic contaminant models methylene blue (MB) and phenol showing high adsorption capacity. The activating agents led to AC with distinct surface properties that strongly affected the molecules adsorption process. Tests varying solutions pH of MB and phenol showed that adsorption process depends on both porosity and surface groups present on carbons. The AC with the highest surface area (ACK) as well the ACC were used as supports for iron impregnation for the production of the composites ACK/Fe and ACC/Fe, respectively with high iron oxide dispersion and stability. These materials were tested in the H 2 O 2 decomposition and MB oxidation using H 2 O 2 as oxidizing agent. They were also submitted to a reduction treatment with H 2 aiming the iron oxide partially reduction (ACK/Fe reduced and ACC/Fe reduced). The catalytic tests showed high activity H 2 O 2 decomposition and MB oxidation. Although the reduced materials presented higher H 2 O 2 decomposition capacity a slightly reduction in the MB oxidation activity was verified. Moreover, the composites based on AC from coffee waste were more active in both H 2 O 2 decomposition and on the dye oxidation, presenting higher MB removal and more oxidation intermediates formation.