Síntese e aplicação de nanopartículas de Fe3O4, Fe0 e NiFe2O4 na digestão anaeróbia do glicerol bruto - Boscaro, Mateus Eugenio [UNESP] (2022)
O uso de aditivos nanoparticulados nos processos de digestão anaeróbia de resíduos agroindustriais e os efeitos de nanopartículas metálicas em comunidades microbianas e na produção de biogás são temas de grande interesse, mas ainda pouco explorados no Brasil. A indústria do biodiesel gera como principal resíduo o glicerol bruto, que possui elevada demanda de oxigênio e quantidades substanciais de impurezas como metanol, ácidos graxos, sabões e outros compostos orgânicos e inorgânicos. Por esse motivo, o glicerol bruto tem sido utilizado por muitos pesquisadores como substrato para a produção de biogás. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi produzir em laboratório nanopartículas de magnetita (Fe3O4), ferro zero-valente (Fe0) e ferrita de níquel (NiFe2O4), estáveis e atóxicas e utilizá-las como aditivos em processos de digestão anaeróbia de glicerol bruto visando elevar as eficiências de geração de metano. As nanopartículas de Fe3O4 e NiFe2O4 foram sintetizadas pelo método da coprecipitação e estabilizadas com citrato ([C6H5O7]3-). As nanopartículas de Fe0 foram sintetizadas pelo método de redução de íons de ferro por borohidreto de sódio (NaBH4) e estabilizadas com citrato. As nanopartículas obtidas foram caracterizadas por Espectroscopia por Energia Dispersiva (EDS), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS). Os métodos utilizados para síntese in loco de nanopartículas produziram Fe3O4 com diâmetro inferior a 20 nm e Fe0 e NiFe2O4 com diâmetros entre 50 e 100 nm. Reatores anaeróbios em batelada de 500 mL (250 mL de volume reacional), inoculados com lodo granular anaeróbio, foram utilizados para avaliar a influência de diferentes concentrações de nanopartículas de Fe3O4, Fe0 e NiFe2O4 na digestão anaeróbia do glicerol bruto proveniente da produção de biodiesel. Reatores controle também foram montados sem a adição de nanopartículas. A produção de biogás foi quantificada pelos métodos de deslocamento de volume, a composição por cromatografia gasosa e os consumos de matéria orgânica por quantificação de demanda química de oxigênio (DQO). Nos reatores anaeróbios suplementados com nanopartículas de Fe3O4 e Fe0, em concentrações de 200, 400 e 800 mg L-1, foi observado efeito positivo na produção acumulada de metano, taxa máxima de produção de metano e remoção de DQO, quando comparados aos reatores controle. Foram verificados aumentos de 49,8% na produção acumulada de CH4 nos reatores com 200 mg-Fe3O4 L-1, de 36% da taxa máxima de produção de CH4 nos reatores com 400 mg-Fe0 L-1 e de 50% na remoção de DQO nas primeiras 170 horas de operação nos reatores com 200 mg-Fe0 L-1. Nanopartículas de NiFe2O4 não apresentaram efeito significativo na digestão anaeróbia do glicerol bruto para os reatores com 200 e 400 mg-NiFe2O4 L-1. Além disso, foi verificado efeito deletério, com redução de 30% na produção de metano e remoção de DQO nos reatores operados com 800 mg-NiFe2O4 L-1. Também foi observado aumento substancial na abundância relativa dos Domínios Bacteria e Archaea, especialmente as ordens Bacteroides, Clostridiales, Methanomicrobiales e Methanosarcinales, após suplementação com nanopartículas de Fe3O4. A adição de nanopartículas de Fe3O4 favoreceu as comunidades de bactérias e arqueias envolvidas no consumo do glicerol, elevando a produção de CH4.