CARVÃO ATIVADO A PARTIR DE BAMBU (<i>Bambusa vulgaris</i>) PARA REMOÇÃO DE AZUL DE METILENO: PREDIÇÕES PARA APLICAÇÕES AMBIENTAIS

Santana, Gregório Mateus; Lelis, Roberto Carlos Costa; Paes, Juarez Benigno; Morais, Rayssa de Medeiros; Lopes, Cláudio Rocha; Lima, Carlos Roberto de

doi:10.5902/1980509833395

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Artigos • Ciênc. Florest. 28 (03) • Jul-Sep 2018 • https://doi.org/10.5902/1980509833395 copiar

CARVÃO ATIVADO A PARTIR DE BAMBU (Bambusa vulgaris) PARA REMOÇÃO DE AZUL DE METILENO: PREDIÇÕES PARA APLICAÇÕES AMBIENTAIS

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RESUMO

O carvão ativado (CA) é um produto essencial para remoção de contaminantes ambientais, entretanto os altos custos de produção limitam seu uso. Neste trabalho, foi produzido CA a partir de bambu mediante ativação físico-química simultânea direta (utilizando ácido fosfórico e vapor d’água), a 500 °C por 1 hora, para avaliar sua eficácia na adsorção do corante azul de metileno (AM). Estudos cinéticos e de equilíbrio de adsorção em sistema batelada foram realizados em temperatura ambiente (para avaliar a influência da adsorção do corante AM sobre o CA produzido) e os modelos de isotermas de Langmuir e de Freundlich foram selecionados para entender o processo de adsorção. O CA produzido apresentou um valor relativamente alto de área superficial igual a 1354,42 m² g^-1. O tempo de contato preciso para o AM atingir o equilíbrio foi de 12 horas. O desempenho da adsorção foi melhor delineado pelo modelo dado pela isoterma de Langmuir, cuja capacidade máxima de adsorção foi de 374,75 mg g^-1. E o fator adimensional R_L revelou a natureza favorável do processo de adsorção nas condições realizadas. Os resultados obtidos neste estudo recomendam o uso do CA produzido a partir de bambu no tratamento de água contaminada pelo corante AM, mormente em concentrações maiores que os limites permitidos pela legislação. Finalmente, pesquisas complementares devem ser realizadas para aprimorar, ainda mais, a qualidade do material produzido.

Palavras-chave:
ativação físico-química; adsorção; tratamento de água

Table 1 Surface area (SBET) obtained for various adsorbents

Raw material	Used processes		S_BET (m².g^-1)	Reference
Raw material	Carbonization	Activation	S_BET (m².g^-1)	Reference
Bamboo	-	H₃PO₄/H₂O, 500 °C, 1h	1354.42	This work
Bamboo	700 °C, 1h	KOH/CO₂, 850 °C, 2h	1896.00	Hameed et al. (2007)HAMEED, B. H.; DIN, A. T. M.; AHMAD, A. L. Adsorption of methylene blue onto bamboo-based activated carbon: Kinetics and equilibrium studies. Journal of Hazardous Materials, Amsterdam, v. 141, p. 819-825, 2007.
Bamboo	500 °C, 1h	K₂CO₃/CO₂, 850 °C, 2h	1724.00	Hameed and El-Khaiary (2008)HAMEED, B. H.; EL-KHAIARY, M. I. Equilibrium, kinetics and mechanism of malachite green adsorption on activated carbon prepared from bamboo by K2CO3 activation and subsequent gasification with CO2. Journal of Hazardous Materials, Amsterdam, v. 157, p. 344-351, 2008.
Bamboo	-	H₃PO₄/H₂O, 500 °C, 1h	1196.30	Santana et al. (2017)SANTANA, G. M. et al. Development of activated carbon from bamboo (Bambusa vulgaris) for pesticide removal from aqueous solutions. Cerne, Lavras, v. 23, n. 1, p. 123-132, 2017.
Piassava	-	ZnCl₂, 500 °C, 3h	1190.00	Avelar et al. (2010)AVELAR, F. F. et al. The use of piassava ﬁbers (Attalea funifera) in the preparation of activated carbon. Bioresource Technology, Essex, v. 101, n. 12, p. 4639-4645, 2010.
Eucalyptus sp.	800 ºC, 4h	CO₂, 800 °C, 4h	1034.07	Grima-Olmedo et al. (2016)GRIMA-OLMEDO, C. et al. Activated carbon from flash pyrolysis of eucalyptus residue. Heliyon, London, v. 2, n. 9, p. e00155, 2016.
Black wattle	-	H₃PO₄, 500 °C, 2h	905.68	Linhares et al. (2016)LINHARES, F. A.; MARCÍLIO, N. R.; MELO, P. J. Estudo da produção de carvão ativado a partir do resíduo de casca da acácia negra com e sem ativação química. Scientia cum Industria, Caxias do Sul, v. 4, n. 2, p. 74-79, 2016.
Piassava	-	H₃PO₄, 500 °C, 3h	747.00	Avelar et al. (2010)AVELAR, F. F. et al. The use of piassava ﬁbers (Attalea funifera) in the preparation of activated carbon. Bioresource Technology, Essex, v. 101, n. 12, p. 4639-4645, 2010.
Rubber tree	-	H₃PO₄, 800 °C, 4h	693.00	Thubsuang et al. (2017)THUBSUANG, U. et al. Tuning pore characteristics of porous carbon monoliths prepared from rubber wood waste treated with H3PO4 or NaOH and their potential as supercapacitor electrode materials. Journal of Materials Science, Netherlands, v. 52, n. 11, p. 6837-6855, 2017.
Water hyacinth	-	ZnCl₂, 700 °C, 1h	640.00	Barbosa et al. (2014)BARBOSA, C. S. et al. Remoção de compostos fenólicos de soluções aquosas utilizando carvão ativado preparado a partir do aguapé (Eichhornia crassipes): estudo cinético e de equilíbrio termodinâmico. Química Nova, São Paulo, v. 37, n. 3, p. 447-453, 2014.
Eucalyptus sp.	-	K₂CO₃, 500 °C, 3h	539.00	Couto et al. (2012)COUTO, G. M. et al. Use of sawdust Eucalyptus sp. in the preparation of activated carbons. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 36, n. 1, p. 69-77, 2012.
Carnauba palm	-	CaCl₂, 500 °C, 1h	430.69	Lacerda et al. (2015)LACERDA, V. S. et al. Rhodamine B removal with activated carbons obtained from lignocellulosic waste. Journal of environmental management, United States, v. 155, p. 67-76, 2015.
Stone pine	-	H₃PO₄, 500 °C, 1h	296.01	Lacerda et al. (2015)LACERDA, V. S. et al. Rhodamine B removal with activated carbons obtained from lignocellulosic waste. Journal of environmental management, United States, v. 155, p. 67-76, 2015.

Table 2 Methylene blue dye removal percentage at room temperature

Time (h)	Removal (%)
1	36.09
3	49.52
6	86.84
12	99.70
24	99.86

Table 3 Adsorption parameters obtained from the data adjustment to the Langmuir and Freundlich isotherm models for the methylene blue dye at room temperature

Langmuir Parameters		Freundlich parameters
q_m (mg.g^-1)	374.755	N	3.021
K_L (L.mg^-1)	0.018	1/n	0.331
R_L	0.052	K_F [(mg.L^-1)(L.mg^-1)^1/n]	43.985
R²	0.968	R²	0.955

Table 4 Maximum adsorption capacity (qm) of methylene blue obtained for various adsorbents

Raw material	Activating agent	m/m	q_m (mg.g^-1)	Reference
Bamboo	H₃PO₄/H₂O	2:1	374.75	This work
Bamboo	KOH/CO₂	1:1	454.20	Hameed et al. (2007HAMEED, B. H.; DIN, A. T. M.; AHMAD, A. L. Adsorption of methylene blue onto bamboo-based activated carbon: Kinetics and equilibrium studies. Journal of Hazardous Materials, Amsterdam, v. 141, p. 819-825, 2007.)
Rattan	NaOH	-	359.00	Islam et al (2017ISLAM, M. A. et al. Mesoporous activated carbon prepared from NaOH activation of rattan (Lacosperma secundiflorum) hydrochar for methylene blue removal. Ecotoxicology and environmental safety, United States, v. 138, p. 279-285, 2017.)
Piassava	ZnCl₂	1:1	276.40	Avelar et al. (2010AVELAR, F. F. et al. The use of piassava ﬁbers (Attalea funifera) in the preparation of activated carbon. Bioresource Technology, Essex, v. 101, n. 12, p. 4639-4645, 2010.)
Buriti	ZnCl₂	1:3	274.62	Pezoti Jr et al. (2014PEZOTI JR, O. et al. Adsorption studies of methylene blue onto ZnCl2-activated carbon produced from buriti shells (Mauritia flexuosa L.). Journal of Industrial and Engineering Chemistry , South Korea, v. 20, n. 6, p. 4401-4407, 2014.)
Piassava	H₃PO₄	1:1	239.12	Avelar et al. (2010AVELAR, F. F. et al. The use of piassava ﬁbers (Attalea funifera) in the preparation of activated carbon. Bioresource Technology, Essex, v. 101, n. 12, p. 4639-4645, 2010.)
Cocoa	CO₂	-	212.77	Ahmad et al. (2012AHMAD, F. et al. Cocoa (Theobroma cacao) shell-based activated carbon by CO2 activation in removing of Cationic dye from aqueous solution: Kinetics and equilibrium studies. Chemical engineering research and design, v. 90, n. 10, p. 1480-1490, 2012.)
Coffee	ZnCl₂	1:1	188.70	Brum et al. (2008BRUM, S. S. et al. Preparação e caracterização de carvão ativado produzido a partir de resíduos do beneficiamento do café. Química Nova, São Paulo, v. 31, n. 5, p. 1048-1052, 2008.)
Eucalyptus sp.	K₂CO₃	1:1	81.00	Couto et al. (2012COUTO, G. M. et al. Use of sawdust Eucalyptus sp. in the preparation of activated carbons. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 36, n. 1, p. 69-77, 2012.)
Candeia	CO₂	-	16.10	Borges et al. (2016BORGES, W. M. S. et al. Produção, caracterização e avaliação da capacidade adsortiva de carvões ativado em forma de briquete. Revista Matéria, Rio de Janeiro, v. 21, n. 4, p. 930-942, 2016. )

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[TFN3] Where: q_m = maximum adsorption capacity (mg.g^-1); K_L = Langmuir constant; R_L = Dimensionless equilibrium parameter; R² = Correlation coefficient; 1/n = Sorption intensity measure; K_F = Sorption coefficient.