Synthesis of micro-mesoporous carbon ordered by route nanocasting from residual palm oil and its adsorption potential for reactive dye in aqueous solutions

Population growth, industrial and agricultural activities produce daily considerable amounts of wastewaters containing numerous organic pollutants (organic dyes, benzene, toluene, ethylbenzene and xylene), which are thrown directly into the environment, causing health effects to humans as well as aquatic beings. Dyes are widely used in several industrial segments including cosmetics, leather, printing, paper, food and textile, being considered hazardous pollutants due to high chemical stability in aqueous medium, possessing also no biodegradable nature making their removal difficult. Among the number of methods employed for the treatment of aqueous effluents, adsorption has been considered one of the most promising ones owing to the high efficacy, convenience and feasibility. Activated carbon is certainly the most used adsorbent owing to physical properties (high surface area and porosity) as well as surface chemistry. However, activated carbons are usually inefficient to remove high molecular weight molecules such as dyes, owing to the microporous structure. Thus, a novel type of micro-mesoporous carbon has been synthesized in the work employing a mechanosynthesized silica template (HZSM-5/SBA-15) in variable mass proportions, as well as palm oil cooking waste as carbon source. Materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), N2 adsorption-desorption isotherms using BET model, Fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and zeta potential determination. Scanning electron microscopy images showed the efficiency of the mechanosynthesis to all mass proportions used, while the textural properties were strongly influenced by the presence of SBA-15. X-ray diffraction patterns for ordered mesoporous carbons (OMC’s) confirmed the mantainance of the crystalline order typical of the templates. The resulting mesoporous carbon has been evaluated as adsorbent to different dye molecules, including molecules with distinct sizes and electrical charges. Results revealed that the carbon adsorbent exhibited high affinity for cationic dyes owing to the presence of negatively charged functional groups onto the surface and also that the mesoporous structure favors high diffusion rates leading to a higher adsorption efficiency compared to the other adsorbents studied (activated carbon, SBA-15, SBA-15/HZSM-5-50, OMC-NC).Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO crescimento populacional, as atividades industriais e agrícolas produzem diariamente quantidades consideráveis de águas residuais que contém inúmeros poluentes orgânicos (corantes orgânicos, benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos) que são lançados diretamente no meio ambiente, causando efeitos à saúde dos seres humanos e aquáticos. Os corantes são amplamente utilizados em diversos segmentos industriais, como cosméticos, couro, impressão, papel, alimentos e têxtil e são considerados poluentes perigosos, pois apresentam estabilidade química em meio aquoso e possuem natureza não biodegradável o que dificulta sua remoção. Dentre os diversos métodos de tratamento empregados, a adsorção tem sido considerada uma das tecnologias mais promissoras devido à sua alta eficiência, conveniência e viabilidade. O carvão ativado é certamente o adsorvente mais utilizado devido às suas propriedades físicas (elevada área superficial e porosidade) e químicas de superfície, entretanto, devido a sua estrutura microporosa é ineficiente na remoção de moléculas de elevado peso molecular, tais como os corantes. Dessa forma, neste trabalho foi sintetizado um novo tipo de carbono micro-mesoporoso (OMC) via Nanocasting, a partir de um molde de sílica (HZSM-5/SBA-15), em diferentes proporções mássicas, preparado por cominuição e do resíduo da fritura do óleo de dendê como fonte de carbono. Os materiais foram caracterizados através das análises de difração de raios X (DRX), adsorção-dessorção de nitrogênio a 77 K, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (MET-AR) e potencial zeta. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram a eficiência da cominuição para todas as proporções mássicas, enquanto que as propriedades texturais foram fortemente influenciadas pela presença de SBA-15. Os difratogramas de raios X dos carbonos mesoporosos ordenados (OMC’s) confirmaram a manutenção da ordenação cristalina característica dos moldes. O material de carbono resultante foi estudado como adsorvente para diferentes moléculas de corantes, incluindo moléculas com cargas e tamanhos diferentes. Os resultados mostraram que o carbono apresentou alta afinidade para os corantes catiônicos devido a presença de grupos funcionais com cargas negativas em sua superfície, que a estrutura mesoporosa favorece as altas taxas de difusão e uma maior eficiência de adsorção comparado aos demais adsorventes (carvão ativado, SBA-15, SBA-15/HZSM-5-50, OMC-NC).São Cristóvão, S