Remoção e degradação da cafeína a partir dos métodos de adsorção e de Fenton

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Zanatta, Natalia Pollon
• Orientador(a): Feris, Liliana Amaral
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Cafeína : Degradação; Remoção de contaminantes; Carvão ativado; Adsorção; Processos fenton
• Palavras-chave em Inglês: Caffeine; Adsorption; Activated carbon; Fenton; Regeneration
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/277078

Contaminantes emergentes são um sério problema de contaminação ambiental, mesmo em baixas concentrações, devido a sua resistência aos tratamentos convencionais de efluentes, persistência ambiental, potencial de bioacumulação, biomagnificação e efeitos tóxicos, mutagênicos e carcinogênicos. A cafeína (CAF), um desses contaminantes, tem a sua presença nas águas relacionada à atividade humana e, por isso, é utilizada como um indicador químico da qualidade da água. Além disso, a CAF é amplamente consumida e requer remoção de águas residuais. Baseando-se nesses aspectos, o principal objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência de remoção e de degradação da cafeína em solução aquosa de 20 mg L-1 via combinação dos processos terciários de adsorção e de reação de Fenton, utilizando carvão ativado granular (CAG) como sólido adsorvente e contemplando os estudos de diminuição de subprodutos de oxidação em solução e da regeneração do CAG saturado com cafeína. O estudo individual da adsorção foi realizado com ensaios em batelada seguindo um delineamento de Box-Behnken de 3 fatores/1 bloco/15 execuções com 3 níveis para avaliar a remoção e a concentração final (CF) de cafeína em solução usando CAG como adsorvente e variando os parâmetros de pH (3, 7 e 11), concentração de sólido adsorvente (1,0, 5,5 e 10,0 g L-1 ) e tempo de contato (10, 65 e 120 min). O estudo individual de Fenton foi realizado com ensaios em batelada seguindo um delineamento experimental baseado em um planejamento fatorial de 3 fatores/1 bloco/8 execuções com 3 níveis para avaliar a degradação e a CF de cafeína em solução variando os parâmetros de concentração de sulfato ferroso heptahidratado, Fe+2 , (0,8, 2,0 e 4,0 mg L -1 ) e de peróxido de hidrogênio, H2O2, (25, 75 e 150 mg L-1 ) em intervalos de tempo de 5, 15, 30 e 60 minutos. Já, o processo combinado de adsorção e reação Fenton foi realizado em quatro ciclos consecutivos empregando os valores ótimos definidos nos estudos individuais das técnicas. Os resultados encontrados indicaram os valores ótimos da adsorção como 10,25 g L-1 para concentração de carvão ativado, 115 min para o tempo de contato e pH natural da solução de cafeína. Os resultados da reação Fenton demonstraram os valores ótimos médios de 130,8 mg L-1 de H2O2 e 2,6 mg L-1 de Fe+2 para 5 e 60 minutos. O processo combinado alcançou eficiências acima de 95,7% na remoção e degradação da cafeína para os quatro ciclos realizados e reduziu o Carbono Orgânico Total em mais de 47,65% e 20,6% para 5 e 60 minutos de reação Fenton, respectivamente. A eficiência de regeneração do adsorvente também foi satisfatória, atingindo cerca de 99,6%, 91,8% e 93,8% para os três ciclos avaliados. Os resultados observados indicaram que a combinação das técnicas oportunizou de forma eficiente, ao mesmo tempo, a degradação do contaminante, a diminuição de subprodutos de oxidação e a regeneração do sólido adsorvente saturado, indicando que o método proposto é uma alternativa promissora para o tratamento terciário de águas e efluentes contendo cafeína.