A borra é um resíduo do processamento de café solúvel e representa, em média, 48% da quantidade de café verde utilizado no processo. Os altos volumes deste resíduo refletem em problemas ambientais para as indústrias. Muitos estudos estão sendo realizados a fim de se obter um destino nobre para o mesmo, porém poucos são aplicados pelas indústrias. O objetivo deste trabalho foi produzir carvão ativado a partir da borra de café solúvel, testar diferentes agentes ativantes (KOH, K2CO3, mistura de FeCl3 e ZnCl2), avaliar a influência do tratamento térmico, realizar a caracterização dos carvões obtidos, além de realizar teste de adsorção utilizando azul de metileno e verificar o ajuste aos modelos de Langmuir e Freundlich. A borra de café foi submetida à análise termogravimétrica, determinação de umidade e cinzas. Para a caracterização dos carvões ativados realizou-se análise de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), adsorção de azul de metileno, índice de iodo, caracterização textural. Realizou-se ensaios de adsorção para o carvão de maior área superficial a fim de verificar o ajuste às isotermas de Langmuir e Freundlich. A borra apresentou umidade de 59,17% ± 0,20, 0,32% ± 0,05 de cinzas e estabilidade térmica após 550ºC (sob atmosfera inerte). A avaliação através de FTIR mostrou que após a ativação os carvões apresentaram sítios oxidados, pela observação dos sinais em 3400 cm-1 (estiramento OH) e 1050 a 1200 cm-1(estiramento C-O). Verificou-se que o carvão ativado com KOH apresentou também vibração em 1743 cm-1 propondo a formação de grupamentos éster. O carvão ativado com KOH apresentou melhor desempenho nos ensaios de adsorção de azul de metileno e índice de iodo, enquanto aquele ativado com mistura de FeCl3 e ZnCl2 teve menor desempenho. O carvão ativado com K2CO3 apresentou resultados similares ao carvão comercial. Após o tratamento térmico, observou-se aumento na adsorção de azul de metileno e índice de iodo; exceto para aquele ativado com K2CO3. O agente ativante influenciou mais a adsorção de azul de metileno e índice de iodo que o tratamento térmico. A ativação química promoveu alteração nas propriedades texturais dos carvões obtidos, sendo que a área superficial aumentou 3,16 a 30,23 vezes em função do agente ativante utilizado; observou-se também aumento no volume total de poros. O carvão ativado com KOH apesentou maior área superficial e volume total de poros, seguido por aquele ativado com K2CO3, enquanto aquele ativado com mistura de FeCl3 e ZnCl2 apresentou os menores valores. Todos os carvões, entretanto, apresentaram predominância de microproros, antes e após o tratamento térmico. O tratamento térmico gerou aumento no volume de mesoporos nos carvões ativados com KOH e K2CO3, 2,64 e 5,30 vezes, respectivamente. O carvão ativado com KOH e tratado termicamente apresentou melhor ajuste ao modelo de isoterma de Langmuir, sendo que a constante qm, que representa a capacidade máxima de adsorção foi de 833,33 mg g-1 . / Coffee ground waste is a residue from soluble coffee production, representing about 48% of raw material quantity used in the process. The high quantities cause environmental problems in the industries. A lot of studies have being conducted to aggregate value to this residue, but they are not applied from industries. The objective of this work was produce activated carbon using coffee ground waste, test different activating agents (KOH, K2CO3, mix of FeCl3 e ZnCl2), evaluate the influence of heat treatment, characterize of the activated carbons, realize adsorption test using methylene blue and verify which isotherm model best fits. The precursor material was submitted to thermogravimetric analysis, moisture and ash. Activated carbons were characterized using the Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, methylene blue adsorption, iodine value, textural characterization. Perform adsorption test with higher surface area carbon and verify which isotherm model best fits. The coffee ground waste had 59,17% ± 0,20 moisture, 0,32% ± 0,05 ash and thermal stability after 550ºC (inert atmosphere). FTIR evaluation showed that after chemical activation, carbons had oxidized sites, vibrations could be observed in 3400 cm-1 (stretching OH) e 1050 a 1200 cm-1 (stretching C-O). A peak in 1743 cm-1 suggested ester groups formation in carbon activated with KOH. Carbon activated with KOH exhibit the best performance on tests of iodine value and methylene blue adsorption, while that activated with mix of FeCl3 e ZnCl2 exhibit the worst performance. Carbon activated with K2CO3 showed similar adsorption capacity (iodine value and methylene blue) than commercial one. Methylene blue and iodine value increased after heat treatment; except for that carbon activated with K2CO3. Activating agents had more influence than heat treatment evaluating iodine value and methylene blue adsorption. Chemical activation promoted changes in the textural properties of the obtained carbons, and increased surface area from 3,16 to 30,23 times depending on the activating agent used; it is also noted increase in total pore volume. The activated carbon with KOH showed a higher surface area and total pore volume, followed by that activated with K2CO3, while that activated with mix of FeCl3 and ZnCl2 had the lowest values. All carbons, however, showed a predominance of microproros before and after heat treatment. The thermal treatment caused an increase in the volume of mesopores in the activated carbon with KOH and K2CO3, 2,64 and 5,30 times, respectively. The carbon activated with KOH and heat-treated showed a better fit to the Langmuir isotherm model, and the constant qm, that is the maximum adsorption capacity, was 833,33 mg g-1.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/1386 |
| Date | 01 September 2015 |
| Creators | Boligon, Jacqueline |
| Contributors | Moreira, Isabel Craveiro, Bertozzi, Janksyn |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Alimentos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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