Estudo da caracterização e funcionalização do resíduo de malte de uma cervejaria do Rio Grande do Sul para uso como adsorvente na remoção de cafeína de matrizes aquosas - Bachmann, Suyanne Angie Lunelli (2022)
O estudo da remoção de micropoluentes emergentes tem sido objeto de pesquisas científicas devido à preocupação com seus possíveis impactos na saúde e no ambiente. A cafeína é considerada o poluente mais representativo dos compostos farmaceuticamente ativos, sendo um importante indicador de contaminação antropogênica. Uma das técnicas que pode ser utilizada para sua remoção é a adsorção e, embora seja uma técnica muito utilizada, apresenta limitações em relação ao custo e à regeneração do adsorvente aplicado. Nesse sentido, os biossorventes, especialmente os resíduos agroindustriais, têm se mostrado como uma alternativa em potencial para aplicação, por serem abundantes e de baixo custo. Considerando que o Brasil é o terceiro maior produtor de cerveja do mundo, com um crescimento acumulado de mais de 35% na última década, este trabalho tem por objetivo a caracterização e a funcionalização de um resíduo de malte de cervejaria, visando melhorar suas propriedades adsortivas para remoção de cafeína de matrizes aquosas. Testes preliminares também consideraram outros compostos, como o azul de metileno, vermelho reativo 120, cromo hexavalente e os íons fosfato e amônio. Para tanto, foram realizados três tipos de tratamento para funcionalização do adsorvente bruto: químico, térmico e combinado. Os adsorventes foram caracterizados por determinação do ponto de carga zero (pHPCZ), termogravimetria (TGA), espectroscopia de absorção molecular no Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), determinação da área superficial específica e do volume de poros, difratometria de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O adsorvente que apresentou a melhor eficiência de adsorção foi selecionado para os estudos cinéticos, de equilíbrio e termodinâmico. As condições ótimas de adsorção foram determinadas pelo método da superfície de resposta (MSR) considerando-se as variáveis: pH (2 – 10), dosagem de adsorvente (2 – 20 g·L-1) e concentração inicial de cafeína (6 – 80 mg·L- 1). A partir dos resultados obtidos, uma proposta de mecanismo para o processo de adsorção de cafeína foi apresentada e discutida. Por fim, foi verificada a possibilidade de regeneração do adsorvente, através das técnicas de ultrassom e de oxidação térmica. Os resultados indicaram que o tratamento combinado (químico + térmico) foi capaz de aumentar a área superficial do adsorvente de inferior a 1 m²·g-1 para 147 m²·g-1 e melhorar a eficiência de adsorção de cafeína em mais de 90%, resultando em concentrações residuais inferiores a 1 mg·L-1. A maior eficiência de adsorção foi obtida para uma concentração inicial de cafeína de 60 mg·L-1, uma dosagem de adsorvente de 20 g·L-1 e pH natural (4,10 ± 0,10). Os dados experimentais se ajustaram melhor aos modelos cinéticos de Pseudo-segunda Ordem (PSO) e de Elovich, enquanto os dados experimentais de equilíbrio se adequaram ao modelo híbrido de Sips. Os dados termodinâmicos indicam que o processo de adsorção de cafeína na superfície do adsorvente foi exotérmico e espontâneo para a faixa de temperatura avaliada (35 a 55 °C). Dadas as evidências encontradas neste trabalho, a adsorção de cafeína na superfície do adsorvente se dá por meio de interações envolvendo ligações hidrogênio. A oxidação térmica foi eficiente para a regeneração do adsorvente, possibilitando seu uso por oito ciclos consecutivos. Por fim, os resultados obtidos para uma matriz real mostram que a aplicação da adsorção como etapa complementar ao tratamento físico-químico foi capaz de promover melhoras substanciais na qualidade da água, principalmente na redução da alcalinidade, condutividade, carbono inorgânico e cafeína.