Obtenção de um biossorvente a partir do resíduo de malte de uma microcervejaria

Abstract

A cafeína é considerada micropoluente emergente e também um importante indicador de contaminação humana. As técnicas de tratamento de águas e efluentes possuem eficiência limitada para remoção dessa substância. Com isto, a adsorção surge como uma opção para ser utilizada, uma vez que, é uma técnica que possui uma boa eficiência na remoção destes. Pensando nisso, este trabalho tem como objetivo a obtenção de um biossorvente oriundo do resíduo de malte de uma microcervejaria do Rio Grande do Sul, para que este seja utilizado na remoção de cafeína de soluções aquosas. Para tanto, o resíduo foi preparado para os ensaios de adsorção a fim de evitar a degradação, facilitar o manuseio e padronizar o tamanho das partículas. Este foi lavado, seco a 105 °C por 48 horas, moído e classificado. Foram testados diferentes tempos (30 – 103 min) e temperaturas (209 – 492 °C) de carbonização, para determinação da melhor condição operacional de obtenção do biossorvente, visando a máxima remoção de cafeína. A melhor condição de queima ocorreu na temperatura de 350 °C e 60 minutos tendo uma remoção de 96,44 ± 0,72% da cafeína. Para determinação deste ponto foi utilizado um planejamento experimental do tipo composto central. As características do biossorvente obtido a partir destas condições operacionais foram avaliadas por meio de Microscopia Ótica, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA), Difratometria de raio X (DRX), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), já a área superficial específica e o volume de poros foram determinados através das isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, pelos métodos Brunauer-Emert-Teller (BET) e Brunauer-Joyner-Hallenda (BJH). Através do preparo de resíduo de malte e posterior análises, obteve-se um biossorvente com estrutura amorfa, que possui uma área superficial de 270,627 m², porosidade formada majoritariamente por microporos, grupos funcionais orgânicos como alcenos, álcoois, alcanos, alcenos, carbonilas e aromáticos que auxiliam na adsorção da cafeína. Em comparação com o malte seco, o biossorvente obteve melhoras em suas características físicas e químicas, o tratamento térmico realizado é eficiente para a finalidade proposta. A obtenção do biossorvente que resultou no maior percentual de remoção, através do modelo desenvolvido, foi na temperatura de 397 °C e 72 minutos, a remoção total foi de 97,45 ± 2,35%. Porém, para o seguimento do trabalho, foi escolhido o ponto central levando em conta a comparação dos custos de obtenção do carvão. O biossorvente obtido funcionou para a remoção de cafeína em matrizes aquosas. Sugere-se que para trabalhos futuros seja feita a viabilidade econômica deste resíduo e testes com outros micropoluentes.

Caffeine is considered an emerging micropollutant and also an important indicator of human contamination. Water and effluent treatment techniques have limited efficiency in removing this substance. Therefore, adsorption emerges as an option to be used, since it is a technique that has good efficiency in removing these substances. With this in mind, this work aims to obtain a biosorbent from the malt residue of a microbrewery in Rio Grande do Sul, so that it can be used in the removal of caffeine from aqueous solutions. For this purpose, the residue was prepared for adsorption tests in order to avoid degradation, facilitate handling and standardize particle size. It was washed, dried at 105 °C for 48 hours, ground and classified. Different carbonization times (30 - 103 min) and temperatures (209 - 492 °C) were tested to determine the best operational condition for obtaining the biosorbent, aiming at maximum caffeine removal. The best burning condition occurred at 350 °C and 60 minutes, with a removal of 96.44 ± 0.72% of caffeine. A central composite experimental design was used to determine this point. The characteristics of the biosorbent obtained from these operating conditions were evaluated by means of Optical Microscopy, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), X-ray Diffractometry (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The specific surface area and pore volume were determined through nitrogen adsorption and desorption isotherms, by the Brunauer-Emert-Teller (BET) and Brunauer-Joyner-Hallenda (BJH) methods. Through the preparation of malt residue and subsequent analysis, a biosorbent with an amorphous structure was obtained, which has a surface area of 270.627 m², porosity formed mainly by micropores, organic functional groups such as alkenes, alcohols, alkanes, alkenes, carbonyls and aromatics that aid in the adsorption of caffeine. In comparison with dry malt, the biosorbent obtained improvements in its physical and chemical characteristics, and the heat treatment performed is efficient for the proposed purpose. The biosorbent that resulted in the highest percentage of removal, through the developed model, was obtained at a temperature of 397 °C and 72 minutes, with the total removal being 97.45 ± 2.35%. However, for the continuation of the work, the central point was chosen taking into account the comparison of the costs of obtaining coal. The biosorbent obtained worked for the removal of caffeine in aqueous matrices. It is suggested that future work should assess the economic viability of this residue and tests with other micropollutants.