Desenvolvimento de adsorventes magnéticos a partir da carbonização hidrotérmica de bagaço de cana-de-açúcar e ativação com CO2 - Lopes, Jaqueline Rodrigues [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Carvões magnéticos ativados (CMA) fisicamente com CO2 ou N2, derivados do bagaço de cana-de-açúcar têm se mostrado promissores para o tratamento eficiente de águas residuais via adsorção. Neste estudo, a eficiência adsortiva dos carvões magnéticos ativados foram investigados, com foco principal na ativação física com CO2. O carvão magnético ativado sintetizado apresentou propriedades magnéticas e propriedades de adsorção para os corantes azul de metileno (AM) e azul reativo 19 (R19). Os carvões magnéticos foram preparados via carbonização hidrotérmica (CHT) na presença de nitrato férrico sob diferentes temperaturas 230 °C (CM-230) e 270 °C (CM-270) e submetidos a ativação térmica em diferentes temperaturas (500, 700 e 900 °C) sob atmosferas de CO2 ou N2. Na análise termogravimétrica (TGA), observou-se um aumento no resíduo resultante à medida que a temperatura de ativação aumentou. Geralmente, o percentual de carbono aumentou nas amostras de CM e CMA, enquanto o nitrogênio e o hidrogênio diminuíram em relação aos resultados da análise elementar (BCA). Os difratogramas revelaram a formação de fases de magnetita e maguemita em todos os materiais, exceto nos ativados a 700 e 900 °C em atmosfera de N2, que apresentaram picos correspondentes ao Fe3C. Nos espectros FTIR, em todos os materiais, exceto nos mencionados anteriormente (Fe3C), foram observadas bandas características de Fe- O, que diminuíram com o aumento da temperatura de ativação. Os espectros Raman sugeriram a presença de regiões com ordem estrutural e regiões sem ordem definida, com a relação ID/IG aumentando conforme a temperatura de ativação aumentou, indicando um aumento na fração de carbono grafítico e uma diminuição na fração de carbono desordenado. Com base no pH de carga zero, observou-se que a superfície do carvão adquire cargas positivas abaixo de pH 7,00 e cargas negativas acima desse valor devido à desprotonação dos grupos funcionais. Os resultados mostraram que dentre os CMA ativados em fluxo de CO2, os ativados a temperatura de 700 °C exibiu maior capacidade adsortiva. No experimento de cinética, o equilíbrio de adsorção foi atingido em 4 horas. As capacidades máximas de adsorção de AM foram 90,0 mg g-1 para o CMA-700-CO2 e 76,0 mg g-1 para o CMA-700-N2. Para o corante R19, as capacidades máximas foram 30,0 mg g-1 para o CMA-700-CO2 e 70 mg g-1 para o CMA-700-N2. Conclui- se que a ativação com CO2 aumenta a quantidade de poros no material, melhorando a capacidade de adsorção de ambos os corantes. Esses resultados fornecem uma base teórica para desenvolver soluções sustentáveis para o tratamento de águas residuais.

Physically CO2 or N2 activated magnetic carbons (CMA) derived from sugarcane bagasse have shown promise for the efficient treatment of wastewater via adsorption. In this study, the adsorptive efficiency of activated magnetic carbons was investigated, with a primary focus on physical activation with CO2. The synthesized activated magnetic carbon exhibited magnetic properties and adsorption properties for the dyes methylene blue (AM) and reactive blue 19 (R19). The magnetic carbons were prepared via hydrothermal carbonization (CHT) in the presence of ferric nitrate at different temperatures, 230 °C (CM-230) and 270 °C (CM-270), and subjected to thermal activation at different temperatures (500, 700, and 900 °C) under CO2 or N2 atmospheres. In the thermogravimetric analysis (TGA), an increase in the resulting residue was observed as the activation temperature increased. Generally, the carbon content percentage increased in the CM and CMA samples, while nitrogen and hydrogen decreased according to the results of elemental analysis (BCA). The diffractograms revealed the formation of magnetite and maghemite phases in all materials, except those activated at 700 and 900 °C in an N2 atmosphere, which showed peaks corresponding to Fe3C. In the FTIR spectra, characteristic Fe-O bands were observed in all materials except those previously mentioned (Fe3C), and these bands decreased with increasing activation temperature. The Raman spectra suggested the presence of regions with structural order and regions without defined order, with the ID/IG ratio increasing as the activation temperature increased, indicating an increase in the fraction of graphitic carbon and a decrease in the fraction of disordered carbon. Based on the pH at the point of zero charge, it was observed that the surface of the carbon acquires positive charges below pH 7.00 and negative charges above this value due to the deprotonation of functional groups. The results showed that among the CMA activated in CO2 flow, those activated at 700 °C exhibited the highest adsorptive capacity. In the kinetic experiment, the adsorption equilibrium was reached in 4 hours. The maximum adsorption capacities of MB were 90.0 mg g-1 for CMA-700-CO2 and 76.0 mg g-1 for CMA-700-N2. For the R19 dye, the maximum capacities were 75.0 mg g-1 for CMA-700-CO2 and 70 mg g-1 for CMA-700-N2. It was concluded that CO2 activation increases the number of pores in the material, improving the adsorption capacity of both dyes. These results provide a theoretical basis for developing sustainable solutions for wastewater treatment.
Development of magnetic adsorbents from the hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse and activation with CO2
Keywords: Carvão magnético ativado; Sustentabilidade; Ativação térmica; Química verde; Activated magnetic carbon; Sustainability; Thermal activation; Greenchemistry