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Desenvolvimento de carvão ativado a partir de tabaco visando remediação de águas contaminadas por metais tóxicos

Resumo

Os recursos hídricos são elementos fundamentais no desenvolvimento dos seres vivos e, quando contaminados, podem ocasionar problemas de proporções ambientais, econômicas e sociais. Inúmeras alternativas possibilitam a remediação desse compartimento ambiental, dentre elas destaca-se a adsorção, um processo economicamente viável e que apresenta elevada eficiência na remoção de metais. Um material com grande potencial poluidor e que atualmente não dispõe de destinação ambientalmente adequada, podendo ser transformado em adsorvente para descontaminação de recursos hídricos é o cigarro, produto originado de apreensões realizadas pela Polícia Federal em regiões fronteiriças. Uma alternativa que pode solucionar o problema de descarte desses resíduos e, posteriormente, sua aplicação de forma sustentável na remediação de águas contaminadas é a produção de adsorventes modificados (carvão ativado) utilizando como matéria prima o tabaco. Dessa forma, o presente trabalho objetiva transformar estes resíduos poluentes em adsorventes sustentáveis, na forma de carvão ativado, visando remediação de compartimentos hídricos contaminados por metais tóxicos (Cd e Pb). Para tal, foram desenvolvidos carvões sob diferentes métodos de ativação (térmica, física e química) e com diferentes agentes modificantes (NaOH, ZnCl2, H3PO4 a 1 mol L-1). Após o desenvolvimento dos carvões ativados, foi realizada a caracterização dos materiais por meio de composição química, ponto de carga zero (pHPCZ), microscopia de varredura eletrônica (MEV), espectros de infravermelho (FT-IR), porosimetria e testes de adsorção, por meio de estudos de dose e pH, cinética, equilíbrio, termodinâmica e de dessorção. De acordo com a caracterização química dos materiais, observou-se que o material in natura apresenta concentrações de metais tóxicos que se mantiveram presentes nos carvões ativados. Ademais, as MEV’s possibilitaram verificar que as diferentes ativações foram responsáveis por alterações nas formações estruturais nos materiais, sendo verificadas estruturas tubulares e esponjosas. Pelo FT-IR observa-se a presença de grupos hidroxila, fenólico, aromático e carboxílico nos materiais e do grupo carbonato apenas nos carvões ativados, conferindo características favoráveis à adsorção. As soluções ativantes alteraram o ponto de carga zero dos adsorventes testados, sendo observados os seguintes valores: 5,40 para T in natura, 10,39 para CT Biochar, 11,11 para CT in natura + CO2, 9,59 para CT H3PO4 + CO2, 7,74 para CT ZnCl2, 9,05 para CT ZnCl2 + CO2, 12,84 para CT NaOH e 10,86 para CT NaOH + CO2. As condições ótimas de adsorção dos íons Cd2+ e Pb2+ foram: pH: 5,0; dose do adsorvente: 4 g L-1 e tempo de equilíbrio médio entre adsorvente e adsorvato de 45 min. De maneira geral, os modelos de Langmuir, Freundlich e Sips se ajustaram aos dados experimentais, sugerindo adsorção de metais em mono e multicamadas. O modelo de pseudo-segunda ordem sugeriu a predominância de quimiossorção nos materiais. A remoção dos contaminantes apresentou baixas taxas de dessorção, corroborando com os resultados de termodinâmica. Os materiais desenvolvidos possuem potencial para remediação de águas contaminadas com Cd e Pb superior ao material in natura, sendo o CT NaOH + CO2 o material mais eficiente na remoção de Cd e o material CT ZnCl2 + CO2 o mais eficiente na remoção de Pb.

Introdução

A qualidade dos compartimentos ambientais tem sido altamente discutida ao redor do mundo na atualidade, principalmente em função da importância desses recursos na cadeia produtiva mundial e suas interferências e necessidades na manutenção da vida e saúde de todos os seres vivos.

Entre todos os recursos ambientais, os recursos hídricos são um dos que tem recebido considerável atenção, isso se deve ao fato da disponibilidade desses recursos na natureza, tendo em vista que, de toda água disponível no planeta Terra, apenas cerca de 0,3 % encontra-se armazenada em rios e lagos, sendo essas, as principais fontes desse recurso para o consumo humano (LORENSI et al., 2010).

A água apresenta elevada importância para a manutenção dos ecossistemas e aos seres vivos, entretanto, sua qualidade tem sido gradativamente comprometida pelas mais diversas atividades, entre elas destacam-se as atividades industriais e agrícolas, que são caracterizadas pela elevada produção de resíduos com concentrações de contaminantes e substâncias tóxicas (LÖBLER et al., 2013).

As atividades agrícolas, por exemplo, são responsáveis pelo lançamento de pesticidas e fertilizantes em corpos hídricos. Estes produtos são caracterizados por apresentarem elevadas concentrações de compostos tóxicos, de modo semelhante, às atividades industriais que, dependendo dos processos produtivos empregados, também são responsáveis pelo lançamento desses compostos (LIBÂNIO, 2016).

Dentre os contaminantes liberados por essas atividades, e que causam grandes impactos nos recursos hídricos, destacam-se os metais tóxicos, que têm a capacidade de migração entre os compartimentos ambientais e, consequentemente, a bioacumulação nos tecidos dos seres vivos, representando grande risco ambiental. Entre todos os metais tóxicos, alguns são responsáveis por maiores danos ao meio ambiente e aos seres humanos, podendo-se citar, entre eles, o cádmio (Cd) e chumbo (Pb), por possuírem elevada toxicidade (SOUZA, BACICURINSKI e DE FRANÇA, 2010).

Para que os recursos hídricos sejam utilizados nas mais diversas atividades e processos humanos, é necessário garantir que sua qualidade esteja assegurada; desta forma, alguns tratamentos são aplicados, dentre estes pode-se citar os tratamentos convencionais de tratamento, como coagulação, floculação, sedimentação e filtração (CRISAFULLY et al., 2008). Entretanto, essas tecnologias nem sempre conseguem remover concentrações de metais tóxicos sem que haja grande investimento para tal.

Diante da elevada toxicidade dos metais pesados e das fontes potenciais de introdução destes elementos no meio ambiente, torna-se necessário o desenvolvimento de novas tecnologias que apresentem baixo custo e que possam ser aplicadas em larga escala para descontaminação dos compartimentos ambientais.

Um material que apresenta excelentes características como adsorvente, além de elevada eficiência na remoção de contaminantes das águas e que tem sido amplamente utilizado é o carvão ativado.

Este material pode ser produzido a partir de diferentes biomassas, entre elas aquelas consideradas danosas ao meio ambiente (SCHIMMEL et al., 2010). Nesse sentido, um material que apresenta inúmeros componentes tóxicos e em função disso elevada toxicidade é o tabaco oriundo de cigarros (SLAUGHTER et al., 2011).

Atualmente, o cigarro apreendido pela Polícia Federal em regiões de fronteira não apresenta destinação ambientalmente adequada ou reuso, fazendo com que grandes quantidades de resíduo sejam geradas, onerando custos aos cofres públicos.

A transformação de um resíduo tóxico, responsável por inúmeros problemas de contaminação ambiental, em função de seus componentes (ASHRAF, 2012), e que ainda apresenta custo zero para obtenção, haja vista que é um resíduo, em adsorventes modificados (carvão ativado) que visem a descontaminação de águas contaminadas pode ser uma alternativa ambientalmente e economicamente viável.

Nesse sentido, o presente trabalho busca elencar informações teóricas a respeito da cultutra do tabaco e o contrabando de cigarros no Brasil e no mundo, desenvolver, caracterizar e testar a eficiência, por meio de estudos de adsorção (cinética, equilíbrio e termodinâmica) e dessorção, carvões ativados provenientes de tabaco oriundo de cigarros apreendidos em regiões fronteiriças brasileiras na remediação de recursos hídricos contaminados por cádmio e chumbo.

Autora: Jéssica Manfrin.