Uso da casca do fruto de Cereus hildmannianus no tratamento de águas residuárias

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015.Alguns biomateriais naturais provenientes de produtos ou subprodutos agrícolas têm sido explorados como novas fontes de adsorventes nos últimos anos, particularmente devido ao seu baixo custo. Recentemente uma patente foi desenvolvida, no laboratório em que este trabalho foi desenvolvido, para utilização do fruto doCereus hildmannianus K. Schum, uma espécie de cactus que ocorre naturalmente em regiões áridas do Brasil, para obtenção de suco,o que pode vir a gerar quantidades significativas de resíduos, que por sua vez podem ter uso no tratamento de efluentes. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar e avaliar a viabilidade de o uso da casca do fruto de Cereus hildmannianus K. Schum como adsorvente Após lavagem, a casca do fruto foi seca e moída. Esse material foi modificado quimicamente por hidrólise, esterificação e metilação visando aumentar a sua capacidade de adsorção. Os diferentes adsorventes foram caracterizados por análises físico-químicas como ponto de carga zero, grupos funcionais de superfície, porosidade e área superficial. Os resultados indicaram que a adsorção do corante azul de metileno pela biomassa e pelos adsorventes modificados quimicamente é um processo de adsorção física que ocorre rapidamente, entre 30 e 120 min, segundo uma cinética de pseudo-segunda ordem. Quanto às isotermas de adsorção, os diferentes adsorventes foram descritos por diferentes modelos: a biomassa bruta pelo modelo de Temkin, a biomassa hidrolisada e metilada pelo modelo de Freundlich, enquanto que a biomassa esterificada pelo modelo de Langmuir. A metilação aumentou a adsorção do corante em 137% (4,6 mg·g-1), 44,33% com a biomassahidrolisada (2,8 mg·g-1) e 75,25% com aesterificada (3,4 mg·g-1) em relação a biomassa bruta. Os testes de adsorção de proteinas foram desenvolvidos utilizando a biomassa bruta e a proteína BSA (Albumina de soro bovino), sendo que os resultados encontrados caracterizam a adsorção do BSA como um processo químico, com lenta cinética da reação (24 horas).A capacidade de adsorçãoda casca de Cereushildmannianusvariou de 360,5 a 554,5mg·g-1 paraas trêsconcentrações iniciaisavaliadas.Um modelo de pseudo-segunda ordem descreveu a cinética de adsorção do BSA,enquanto que as isotermas de adsorçãode equilíbrioforam descritasde forma satisfatóriapelo modelo deLangmuir. Os resultados encontrados neste trabalho mostram que os adsorventes obtidos de Cereus hildmannianus podem ser utilizado no tratamento de efluentes, principalmente na adsorção de proteína, onde foram obtidas as maiores capacidades de adsorção.Abstract : Some natural biomaterials derived from agricultural products or byproducts have been explored as new adsorbents sources in the recent years, particularly due to its low cost. Recently a patent was developed to use the Cereus hildmannianus K. Schum fruit, a cactus species that occurs naturally in arid regions of Brazil. The object of this patent is the obtaining of mucilage juice, which, after process, can generate a significant amount of waste. In turn, the residue can be used in wastewater treatment. The present work aims to study the adsorption capacity of theCereus hildmannianus K. Schum fruit peel of dyes and proteins for use in effluents from textile and food industry. After washing, the fruit peel was dried and ground. This material was chemically modified by hydrolysis, esterification and methylation to increase the adsorption capacity of methylene blue dye. The results showed that the adsorption of methylene blue dye by the biomass and modified adsorbents is a physical adsorption process that occurs quickly, between 30 and 120 minutes, according to a pseudo-second order kinetic. As for the adsorption isotherms, different models were adjusted to the distinct systems. The Temkin modelwas adjusted tothe gross biomass, the Freundlich model to the hydrolyzed and methylated biomass, while the Langmuir model was fitted on the esterified biomass data. Methylation increased thedye adsorption in 137% (4.6 mg·g-1), hydrolyzed biomass in 44,33% (2.8 mg·g-1) and esterified in 75,25% (3,4 mg·g-1 ) compared to gross biomass. Protein adsorption tests have been made by gross biomass on model protein (BSA), and initial results characterize the BSA adsorption as a chemical process with slow reaction kinetics (24 hours). The adsorption capacity of the Cereus hildmannianuspeel ranged from 360,5 to 554,5 mg·g-1 for the three initial concentrations evaluated. The adsorption kinetics of BSA followed a pseudo- second order model and the isotherms were described satisfactorily by the Langmuir model. The results of this study show that the adsorbents obtained with the Cereus hildmannianusK. Schum peel may be used in the treatment of effluents, particularly in protein adsorption where the largest adsorption capacities were obtained