Produção e Caracterização do Carvão Ativado da Casca da Acácia Negra Esgotada

Resumo

A crescente presença de contaminantes emergentes, como fármacos, pesticidas e produtos de cuidados pessoais, em ambientes aquáticos tem despertado preocupação devido aos seus potenciais efeitos tóxicos e à baixa eficiência das estações de tratamento convencionais na sua remoção. Nesse contexto, a casca da acácia negra esgotada, subproduto da indústria extratora de taninos, apresenta elevada disponibilidade e potencial para aproveitamento como precursor na produção de carvões ativados. Visando mitigar esse problema por meio de soluções sustentáveis, este trabalho teve como objetivo produzir e caracterizar um material carbonáceo a partir da casca da acácia negra esgotada, avaliando suas propriedades físico-químicas e estruturais para aplicação como meio adsorvente em processos de adsorção. Na etapa inicial, o material bruto foi moído em moinho de facas para alcançar granulometrias inferiores a 1 mm. Na segunda etapa, a casca da acácia negra esgotada foi submetida a um processo de lavagem, secagem (24 h a 105 °C) e impregnação com ácido fosfórico (H₃PO₄) 40% na proporção de 1:1. Na etapa final, após 24 h de impregnação, o material foi seco novamente e exposto à pirólise a 500 °C, sob fluxo de nitrogênio. O carvão obtido foi lavado até atingir pH neutro a seco, resultando no carvão ativado final. As análises imediatas foram determinadas com base em procedimentos normalizados, visando determinar o teor de cinzas, o teor de umidade, teor de materiais voláteis e carbono fixo, de acordo com as normas ASTM-E1755, ASTM-D1762, ASTM-E872, respectivamente. A análise da área superficial específica foi realizada por meio da técnica de adsorção por nitrogênio, utilizando método de Brunauer-Emmett-Teller (B.E.T). A área específica foi calculada a partir da isoterma de adsorção na faixa relativa de pressão (P/P0) recomendada pelo modelo. A massa específica real foi obtida pelo método de picnometria gasosa de hélio e a massa específica aparente foi definida por meio de ensaio com proveta, considerando o volume ocupado pelo material poroso seco sem compactação. A análise termogravimétrica (TGA) foi realizada em atmosfera de nitrogênio, com o fluxo de 50 mL min-1 utilizando uma termobalança. A amostra foi aquecida de temperatura ambiente até 700 °C, a uma taxa de aquecimento de 10 °C min-1 . A perda de massa foi monitorada em função da temperatura, permitindo identificar os eventos de composição térmica do material poroso. Visualmente, a produção do carvão ativado a partir da casca da acácia negra esgotada apresentou um material com boa integridade física e coloração escura, indicando carbonização efetiva. As análises imediatas revelaram alto teor de carbono fixo de 44,87%, baixo teor de umidade de 1%, materiais voláteis de 49,21% e um teor de cinzas de 5,92%. Sendo assim, os resultados encontrados afirmam que, o alto teor de carbono fixo e baixo teor de materiais voláteis pode favorecer o processo de adsorção, porém, o teor de cinzas encontrado ainda é considerado abaixo do valor limite adequado para carvões ativados. A caracterização por BET indicou área superficial específica de 516,35 m² g⁻¹, um volume médio de poros de 0,273 cm3 g -1 e diâmetro médio de poro de 1,688 nm, evidenciando predominância de microporos, classificado como isoterma do tipo I. As massas específicas real e aparente foram de 1,620 g cm-3 e 0,459 g cm-3 , respectivamente, resultando em uma porosidade interpartícula de 0,718. Em colunas recheadas, essas características são importantes para estimar o empacotamento e o volume ocupado pelo material adsorvente, permitindo avaliar seu desempenho em sistemas de adsorção em leito fixo, amplamente utilizados em escala industrial. A análise termogravimétrica mostrou que, em temperaturas próximas a 500 °C, ocorreu a degradação completa da celulose, da hemicelulose e da lignina, resultando em um material mais estável termicamente. A perda de massa em temperaturas acima de 500°C está ligada a decomposição do material que não foi deteriorada durante a pirólise. Conclui-se que o carvão ativado produzido apresenta propriedades físico-químicas adequadas para a aplicação em sistemas de adsorção, sendo uma alternativa sustentável e promissora ao uso de adsorventes comerciais.