Nome do Projeto
Uso de biomassa lignocelulósica na preparação de materiais híbridos e carbonados magnéticos empregados na remoção de contaminantes orgânicos emergentes
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
22/11/2024 - 22/11/2027
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Multidisciplinar
Resumo
Fármacos, hormônios, pesticidas, conservantes, produtos para o cuidado pessoal, retardantes de chamas e alguns outros compostos orgânicos, os quais são denominados contaminantes emergentes (CE), vem chamando muita atenção nesses últimos tempos, por estarem presentes em ambientes aquáticos e não serem facilmente removidos pelos tratamentos de água usados convencionalmente. Alguns desses compostos são eliminados em quantidades até consideráveis em efluentes industriais, hospitais, indústrias farmacêuticas, sendo liberados posteriormente para efluentes aquosos. Esses efluentes demandam tratamentos adequados antes de serem eliminados em ambientes aquáticos onde aumentam a demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO) nos mesmos, reduzindo, assim, a vida das espécies aquáticas de forma considerável, além de causar alergias, doenças gastrointestinais, dificuldade de locomoção, doenças cardiovasculares, irritação cutânea, câncer aos seres humanos entre outros. Por estes motivos, o tratamento de efluentes industriais contendo compostos orgânicos é uma preocupação importante tanto do ponto de vista toxicológico quanto ambiental.
Com a crescente produção agrícola brasileira, gera-se muitos resíduos agrícolas que, na maioria das vezes, são simplesmente descartados em ambientes aquíferos bem como terrestres (nos solos). A decomposição destes resíduos leva à geração de vários compostos químicos e microrganismos que podem contaminar o ambiente de maneira descontrolada. Desta forma, é necessário encontrar uma utilização para estes resíduos agrícolas a fim de gerar novas riquezas ao país e evitar problemas de ordem ambiental.
Aliando-se à necessidade de se obter uma utilização para os resíduos de origem agroindustrial e, ainda, de se tratar efluentes contaminados com compostos orgânicos, propõe-se neste projeto, o uso de resíduos lignocelulósicos quimicamente modificados (carbonização, produção de materiais híbridos orgânico-inorgânico e compósitos magnéticos) para a remoção de contaminantes emergentes de efluentes aquosos. No presente projeto, serão realizados estudos acerca das melhores condições de adsorção, tais como: influência da massa de adsorventes; granulometria do adsorvente; influência do pH da solução do adsorvato, temperatura, tempo de contato, entre outros, empregando-se como adsorbatos contaminantes emergentes tais como a cafeína, amoxicilina, diclofenaco de sódio, nimesulida, meloxican, paracetamol, propranolol, bisfenol A, tetraciclina, captopril, enalapril, 17β-estradiol, 17α-etinilestradiol, 4-clorofenol utilizando diferentes adsorventes em sistemas em batelada. Os adsorventes preparados serão caraterizados por importantes técnicas disponíveis tais como DRX, FTIR, EDS, MEV, TGA/DTG, isotermas de adsorção-dessorção de N2, hidrofobicidade/hidrofilicidade (HI), ponto de carga zero (pHpzc), análise elementar CHN e titulação de Boehm modificada, dentre outras técnicas. Nas condições ideais, serão realizados estudos de cinética de adsorção, isotermas e termodinâmicos. Os dados obtidos serão ajustados empregando-se modelos não lineares relativas a cada estudo para estudar o mecanismo de adsorção envolvido no processo. As isotermas de adsorção serão ajustadas aos modelos de Langmuir, Freundlich, Liu, Sips, Redlich-Peterson, entre outros. Para medir as quantidades dos adsorvatos remanescentes em solução após o processo de adsorção, serão utilizadas as técnicas de espectrofotometria de absorção molecular na região do ultravioleta-visível e/ou cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) para a determinação dos compostos orgânicos.
Objetivo Geral
Este projeto tem como objetivo a utilização de resíduos de origem vegetal, como serragem de madeira, caroço de pêssego, caroço de abacate, caroço de tucumã, entre outros resíduos lignocelulósicos, que serão quimicamente e/ou termicamente modificados para atuarem como adsorventes na remoção de compostos orgânicos presentes em efluentes industriais. Esses materiais de biomassa serão empregados na preparação de materiais híbridos (inorgânico-orgânicos), sendo misturados com metais de propriedades magnéticas, siloxanos (como TEOS, TMSPDETA, AEPT e APTES), ou líquidos iônicos (tais como 1-Etil-3-metilimidazólio, 1-Butil-3-metilimidazólio, 1-hexadecil-3-metilimidazólio), sendo, em seguida, pirolisados em atmosfera inerte, resultando em compósitos com elevada área superficial e adsorventes híbridos. Todos os adsorventes preparados serão caracterizados por técnicas analíticas apropriadas, incluindo Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Termogravimétrica (TGA/DTG), análise de área superficial por BET/BJH, avaliação de hidrofobicidade/hidrofilicidade (HI), determinação do pH no ponto de carga zero (pHpzc), análise elementar (CHN) e titulação modificada de Boehm, entre outras técnicas. Além disso, os adsorventes serão avaliados quanto à sua eficiência na remoção de compostos orgânicos de efluentes aquosos. Parâmetros como o pH inicial da solução do adsorvato, a concentração do adsorvato, a temperatura e a massa do adsorvente também serão considerados na avaliação do desempenho dos adsorventes.
Justificativa
Contaminantes emergentes não necessariamente são novos compostos orgânicos. São substâncias químicas que estão presentes no ambiente há algum tempo, porém sua presença e significância não foram elucidadas até o presente momento [1]. Norman et al [1], identificou e catalogou uma lista de 1036 compostos frequentemente considerados substâncias emergentes ou poluentes emergentes [1].
Exemplos da lista de substâncias emergentes são: surfactantes, retardantes de chamas, medicamentos e produtos para o cuidado pessoal, aditivos de combustíveis e os produtos de sua degradação, biocidas e pesticidas polares e seus produtos de degradação, hormônios e vários outros compostos químicos cujos efeitos de desruptores endócrinos foram comprovados ou pelo menos suspeitos.
As indústrias farmacêuticas, hospitais, farmácias de manipulação, indústrias de alimentos, perfumes, combustíveis etc., liberam para os seus efluentes uma grande gama de compostos orgânicos que podem ser classificados como substâncias emergentes, poluentes emergentes e/ou contaminantes emergentes [2-4]. Esses efluentes demandam tratamentos adequados antes de serem despejados nos ambientes aquáticos, por causa dos efeitos negativos sobre o meio ambiente e a saúde humana.
Muitos dos compostos orgânicos tais como fenóis, aminas aromáticas, fármacos, conservantes químicos e corantes são classes de compostos orgânicos que apresentam estruturas moleculares aromáticas complexas que os torna térmica e quimicamente estáveis, dificulta a sua degradação por reagentes químicos oxidantes [5], plasmas não térmicos [6], degradação foto-Fenton [7], além de não serem completamente biodegradáveis [8]. Além disso, esses procedimentos de tratamento de efluentes são propensos a gerar espécies químicas menores com toxicidade até superior ao composto orgânico inicial.
Alguns procedimentos para tratamento de efluentes contaminados com compostos orgânicos são: coagulação e floculação [9]; osmose reversa [9]; fotodegradação [7]; ozonização [10]; degradação eletroquímica [11]; decomposição assistida por micro-ondas e processos de separações como a nanofiltração [11], adsorção em carvão ativo [12] e a adsorção em nanotubos de carbono [13].
De todos estes procedimentos citados para remoção de compostos orgânicos de efluentes aquosos, o processo de adsorção pode ser considerado o mais eficiente já que os adsorvatos são transferidos da fase aquosa para a fase sólida, diminuindo consideravelmente a biodisponibilidade do poluente para os organismos vivos [14]. Também não existe a possibilidade de se gerar outras espécies menores com toxicidade superior ao composto orgânico inicial, como ocorre nos processos de degradação de compostos orgânicos [15].
O carvão ativo é o adsorvente mais utilizado para a remoção de compostos orgânicos de efluentes industriais [16]. Entretanto, ele apresenta geralmente algumas limitações tais a regeneração e a separação dos sólidos depois de seu uso. Por essa razão, esse projeto propõe desenvolver compostos magnéticos e adsorventes híbridos inorgânico-orgânicos de baixos custos que sejam magnéticos com alta área superficial e grupos funcionais para o tratamento de efluentes industriais. Esse projeto dará seguimento as patentes depositadas recentemente [17, 18].
Por outro lado, existe uma grande gama de adsorventes oriundos de biomassas (denominados de biossorventes) que tem sido usado como adsorventes de baixo custo na remoção de compostos orgânicos de efluentes aquosos [19]. Esses biomateriais apresentam uma capacidade de adsorção que varia de baixa à moderada para compostos orgânicos. O Brasil é um país que apresenta um grande potencial agrícola, produzindo um volume muito grande de resíduos que, na maioria das vezes, são simplesmente descartados, podendo gerar um desequilíbrio ambiental. Neste contexto, aliar a necessidade de produzir adsorventes alternativos oriundos da biomassa com a possibilidade de utilizá-los para a remoção de compostos orgânicos dos mais variados tipos de efluentes industriais, constitui-se uma união bastante vantajosa tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. A vantagem do ponto de vista econômico é agregar valor a uma biomassa e transformá-la num adsorvente de maior valor agregado. A vantagem ambiental é utilizar esse adsorvente modificado para a remoção de compostos orgânicos de efluentes industriais.
Neste projeto, diversos tipos de adsorventes serão preparados, caraterizados e testados. O resíduo vegetal e/ou agroindustrial poderá ser será quimicamente modificado por carbonização ou pelo método de sol-gel ou ser misturado com sais de metais com propriedades magnéticas e/ou compostos siloxanos (TEOS, TMSPDETA, AEPT e APTES), sendo em seguida, pirolisado sob atmosfera inerte e, posteriormente lixiviado parcialmente com ácido clorídrico formando compósitos magnéticos [17]. Os materiais híbridos orgânico-inorgânicos produzidos pelo método de sol-gel serão utilizados sem carbonização. Todos esses adsorventes serão utilizados para a remoção de compostos orgânicos de efluentes industriais. Os diversos tipos de pirólise para a formação de compósitos magnéticos serão feitos em forno convencional [16], e/ou em forno de micro-ondas.
Exemplos da lista de substâncias emergentes são: surfactantes, retardantes de chamas, medicamentos e produtos para o cuidado pessoal, aditivos de combustíveis e os produtos de sua degradação, biocidas e pesticidas polares e seus produtos de degradação, hormônios e vários outros compostos químicos cujos efeitos de desruptores endócrinos foram comprovados ou pelo menos suspeitos.
As indústrias farmacêuticas, hospitais, farmácias de manipulação, indústrias de alimentos, perfumes, combustíveis etc., liberam para os seus efluentes uma grande gama de compostos orgânicos que podem ser classificados como substâncias emergentes, poluentes emergentes e/ou contaminantes emergentes [2-4]. Esses efluentes demandam tratamentos adequados antes de serem despejados nos ambientes aquáticos, por causa dos efeitos negativos sobre o meio ambiente e a saúde humana.
Muitos dos compostos orgânicos tais como fenóis, aminas aromáticas, fármacos, conservantes químicos e corantes são classes de compostos orgânicos que apresentam estruturas moleculares aromáticas complexas que os torna térmica e quimicamente estáveis, dificulta a sua degradação por reagentes químicos oxidantes [5], plasmas não térmicos [6], degradação foto-Fenton [7], além de não serem completamente biodegradáveis [8]. Além disso, esses procedimentos de tratamento de efluentes são propensos a gerar espécies químicas menores com toxicidade até superior ao composto orgânico inicial.
Alguns procedimentos para tratamento de efluentes contaminados com compostos orgânicos são: coagulação e floculação [9]; osmose reversa [9]; fotodegradação [7]; ozonização [10]; degradação eletroquímica [11]; decomposição assistida por micro-ondas e processos de separações como a nanofiltração [11], adsorção em carvão ativo [12] e a adsorção em nanotubos de carbono [13].
De todos estes procedimentos citados para remoção de compostos orgânicos de efluentes aquosos, o processo de adsorção pode ser considerado o mais eficiente já que os adsorvatos são transferidos da fase aquosa para a fase sólida, diminuindo consideravelmente a biodisponibilidade do poluente para os organismos vivos [14]. Também não existe a possibilidade de se gerar outras espécies menores com toxicidade superior ao composto orgânico inicial, como ocorre nos processos de degradação de compostos orgânicos [15].
O carvão ativo é o adsorvente mais utilizado para a remoção de compostos orgânicos de efluentes industriais [16]. Entretanto, ele apresenta geralmente algumas limitações tais a regeneração e a separação dos sólidos depois de seu uso. Por essa razão, esse projeto propõe desenvolver compostos magnéticos e adsorventes híbridos inorgânico-orgânicos de baixos custos que sejam magnéticos com alta área superficial e grupos funcionais para o tratamento de efluentes industriais. Esse projeto dará seguimento as patentes depositadas recentemente [17, 18].
Por outro lado, existe uma grande gama de adsorventes oriundos de biomassas (denominados de biossorventes) que tem sido usado como adsorventes de baixo custo na remoção de compostos orgânicos de efluentes aquosos [19]. Esses biomateriais apresentam uma capacidade de adsorção que varia de baixa à moderada para compostos orgânicos. O Brasil é um país que apresenta um grande potencial agrícola, produzindo um volume muito grande de resíduos que, na maioria das vezes, são simplesmente descartados, podendo gerar um desequilíbrio ambiental. Neste contexto, aliar a necessidade de produzir adsorventes alternativos oriundos da biomassa com a possibilidade de utilizá-los para a remoção de compostos orgânicos dos mais variados tipos de efluentes industriais, constitui-se uma união bastante vantajosa tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. A vantagem do ponto de vista econômico é agregar valor a uma biomassa e transformá-la num adsorvente de maior valor agregado. A vantagem ambiental é utilizar esse adsorvente modificado para a remoção de compostos orgânicos de efluentes industriais.
Neste projeto, diversos tipos de adsorventes serão preparados, caraterizados e testados. O resíduo vegetal e/ou agroindustrial poderá ser será quimicamente modificado por carbonização ou pelo método de sol-gel ou ser misturado com sais de metais com propriedades magnéticas e/ou compostos siloxanos (TEOS, TMSPDETA, AEPT e APTES), sendo em seguida, pirolisado sob atmosfera inerte e, posteriormente lixiviado parcialmente com ácido clorídrico formando compósitos magnéticos [17]. Os materiais híbridos orgânico-inorgânicos produzidos pelo método de sol-gel serão utilizados sem carbonização. Todos esses adsorventes serão utilizados para a remoção de compostos orgânicos de efluentes industriais. Os diversos tipos de pirólise para a formação de compósitos magnéticos serão feitos em forno convencional [16], e/ou em forno de micro-ondas.
Metodologia
Neste projeto, diversos tipos de adsorventes serão preparados, caraterizados e testados. O resíduo vegetal e/ou agroindustrial poderá ser será quimicamente modificado por carbonização ou pelo método de sol-gel ou ser misturado com sais de metais com propriedades magnéticas e/ou compostos siloxanos (TEOS, TMSPDETA, AEPT e APTES), sendo em seguida, pirolisado sob atmosfera inerte e, posteriormente lixiviado parcialmente com ácido clorídrico formando compósitos magnéticos [17]. Os materiais híbridos orgânico-inorgânicos produzidos pelo método de sol-gel serão utilizados sem carbonização. Todos esses adsorventes serão utilizados para a remoção de compostos orgânicos de efluentes industriais. Os diversos tipos de pirólise para a formação de compósitos magnéticos serão feitos em forno convencional [16], e/ou em forno de micro-ondas.
Indicadores, Metas e Resultados
O projeto visa o desenvolvimento de compostos magnéticos e adsorventes híbridos inorgânico-orgânicos de baixo custo, com propriedades magnéticas, alta área superficial e grupos funcionais, destinados ao tratamento de efluentes industriais. Este trabalho dá continuidade a diversas pesquisas realizadas pelo grupo de pesquisa, incluindo patentes recentemente depositadas em colaboração com outras instituições. As pesquisas desenvolvidas pelo pesquisador já são reconhecidas tanto no âmbito nacional quanto internacional, e espera-se que esse apoio propicie uma contribuição ainda mais significativa. Adicionalmente, os objetivos do projeto incluem: (1) obter materiais adsorventes de baixo custo e sustentáveis, aplicáveis nos processos de tratamento de efluentes industriais; (2) compreender teoricamente os diferentes mecanismos químicos, físico-químicos e ambientais envolvidos no processo de adsorção; (3) propor ao mercado novos adsorventes para a resolução de problemas relacionados à contaminação ambiental por poluentes orgânicos e inorgânicos; (4) formar recursos humanos, tanto alunos de graduação quanto de pós-graduação; (5) oferecer soluções práticas para os ODS 6, 9 e 11 da Agenda 2030 da ONU.
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| ADRIZE MEDRAN RANGEL | |||
| FERNANDO MACHADO MACHADO | 3 | ||
| Fernanda Wickboldt Stark | |||
| PASCAL SILAS THUE | 80 | ||
| RAFAEL DE AVILA DELUCIS | 3 | ||
| ROBSON ANDREAZZA | 3 | ||
| WILLIAN CEZAR NADALETI | 3 |