Remoção do corante azul de metileno de solução aquosa usando biomassa de pele prata de café (coffee silverskin) como bioadsorvente de baixo custo

Calciolari, André Ricardo; Pires, Natal Junio; Trugilho, Paulo Fernando; Guimarães Junior, Mario

doi:10.1590/1517-7076-RMAT-2022-0141

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Artigos • Matéria (Rio J.) 27 (3) • 2022 • https://doi.org/10.1590/1517-7076-RMAT-2022-0141 copiar

Remoção do corante azul de metileno de solução aquosa usando biomassa de pele prata de café (coffee silverskin) como bioadsorvente de baixo custo

Removal of methylene blue dye from aqueous solution using coffee silverskin biomass as a low-cost adsorbent

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

RESUMO

A busca por bioadsorventes eficazes e de baixo custo para a remoção de corantes de efluentes industriais tem despertado a demanda por novas pesquisas a fim de amenizar os impactos negativos causados ao meio ambiente. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial da pele prata de café (PPC) como bioadsorvente de baixo custo na remoção do corante azul de metileno (MB) de soluções aquosas por meio dos estudos de cinética e equilíbrio de adsorção. O resíduo foi submetido a caracterizações físico-químicas, área de superfície específica (BET), presença de grupos funcionais (FTIR), análise elementar (CHNS-O), ponto de carga zero (pH_PCZ) e cristalinidade (DRX). Os resultados mostraram que a PPC apresentou estrutura preponderantemente amorfa composta por holocelulose (38,36%), lignina (34,97%) e minerais (potássio, cálcio e magnésio). A baixa área de superfície específica (0,383 m²/g) foi compensada pela diversidade de grupos funcionais de superfície contendo oxigênio, confirmados pela predominância de carbono (55,93%), oxigênio (32,91%) e hidrogênio (6,37%). A análise pH_PCZ mostrou que o ponto de carga zero da PPC foi de 6,49. O processo de equilíbrio foi atingido em 24 h, propiciando uma cinética retratada pelo modelo Elovich (R²_(aj.)= 0,999; χ²= 0,233), o qual apresentou valores de taxas de adsorção inicial (α) e dessorção (β), de 2,405 mg/g.min e 0,587 mg/g, respectivamente. A isoterma que melhor se ajustou aos dados de equilíbrio para o sistema foi a de Langmuir (R²_(aj.)= 0,991; χ²= 99,176), indicando adsorção em monocamada. A adsorção de MB pela PPC foi favorável, apresentando fatores de separação (R_L) entre 0,58 e 0,03. A capacidade máxima de adsorção da PPC (Q_max= 313,69 mg/g) foi superior a outros tipos de adsorventes de baixo custo relatados na literatura, demonstrando assim o seu potencial uso como bioadsorvente para a remoção de corantes catiônicos de solução aquosa.

Palavras-chaves
adsorção; azul de metileno; efluente; pele prata de café

ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS	PELE PRATA DE CAFÉ (PPC)
Análise Imediata (base seca)
Materiais voláteis (%)	74,67
Carbono fixo (%)^a	15,78
Cinzas (%)	9,55
Composição quÍmica (base seca)
Extrativos (%)	17,12
Lignina total (%)	34,97
Holocelulose (%)^a	38,36
Composição elementar
C (%)	55,83
H (%)	6,37
N (%)	4,81
S (%)	0,07
O (%)^a	32,91
Molar H/C	0,11
Molar O/C	0,59
Molar (O+N)/C	0,68
Composição nutricional
P (g/kg)	1,3
K (g/kg)	23,0
Ca (g/kg)	8,3
Mg (g/kg)	4,1
S (g/kg)	2,5
Mn (mg/kg)	71,5
Zn (mg/kg)	16,3
B (mg/kg)	33,4
Cu (mg/kg)	49,0
Fe (mg/kg)	1598,1
Adsorção de N₂
Área de superfície específica BET (m²/g)	0,383

NÚMERO DE ONDA (cm^–1)	VIBRAÇÕES CARACTERÍSTICAS (FUNCIONALIDADE)	REF.
3600–3200 (3320)	Estiramento O-H (água, hidroxila ligada a hidrogênio dos grupos hidroxila de álcoois e fenóis)	[³¹[31] DEL POZO, C., REGO, F., YANG, Y., et al., “Converting coffee silverskin to value-added products by a slow pyrolysis-based biorefinery process”, Fuel Processing Technology, v. 214, pp. 106708, 2021. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2020.106708. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ,³²[32] WANG, Y., LIU, R., “Comparison of characteristics of twenty-one types of biochar and their ability to remove multi-heavy metals and methylene blue in solution”, Fuel Processing Technology, v. 160, pp. 55–63, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.02.019. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ,⁴⁶[46] SANTOS, L.B., STRIEBECK, M.V., CRESPI, M.S., et al., “Characterization of biochar of pine pellet”, Journal of Thermal Analysis, v. 122, n. 1, pp. 21–32, 2015. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s10973-015-4740-8. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.100... ]
2950–2920 (2920)	Estiramento assimétrico C-H de grupos metilenos (-CH₂)	[²⁶[26] BALLESTEROS, L.F., TEIXEIRA, J.A., MUSSATTO, S.I., “Chemical, functionalo, and structural properties of spent coffee grounds and coffee silverskin”, Food and Bioprocess Technology, v. 7, n. 12, pp. 3493–3503, 2014. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s11947-014-1349-z. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.100... ,³²[32] WANG, Y., LIU, R., “Comparison of characteristics of twenty-one types of biochar and their ability to remove multi-heavy metals and methylene blue in solution”, Fuel Processing Technology, v. 160, pp. 55–63, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.02.019. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ]
2870–2840 (2840)	Estiramento simétrico C-H de metil (-CH₃)	[²⁶[26] BALLESTEROS, L.F., TEIXEIRA, J.A., MUSSATTO, S.I., “Chemical, functionalo, and structural properties of spent coffee grounds and coffee silverskin”, Food and Bioprocess Technology, v. 7, n. 12, pp. 3493–3503, 2014. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s11947-014-1349-z. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.100... ,³²[32] WANG, Y., LIU, R., “Comparison of characteristics of twenty-one types of biochar and their ability to remove multi-heavy metals and methylene blue in solution”, Fuel Processing Technology, v. 160, pp. 55–63, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.02.019. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ]
1700–1500 (1639)	Estiramento aromático C=C e C=O de grupos carboxílicos e cetonas e quinonas conjugados	[⁴⁷[47] WANG, S., GAO, B., ZIMMERMAN, A.R., et al., “Physicochemical and sorptive properties of biochars derived from woody and herbaceous biomass”, Chemosphere, v. 134, pp. 257–262, 2015. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.04.062. PubMed PMID: 25957037. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ,⁴⁸[48] ZHAO, S., TA, N., WANG, X., “Effect of temperature on the structural and physicochemical properties of biochar with apple tree branches as feedstock material”, Energies, v. 10, n. 9, pp. 1293, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.3390/en10091293. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.339... ]
1390–1310 (1375, 1315)	Estiramento -OH fenólico ou estiramento C-O de ânion carboxilato	[⁴⁷[47] WANG, S., GAO, B., ZIMMERMAN, A.R., et al., “Physicochemical and sorptive properties of biochars derived from woody and herbaceous biomass”, Chemosphere, v. 134, pp. 257–262, 2015. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.04.062. PubMed PMID: 25957037. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ]
1280–1200 (1240)	Estiramento de ácido carboxílico C-OH e deformação -OH	[⁴⁹[49] JOHNSTON, C.T., “Biochar analysis by Fourier-transform infra-red spectroscopy”, In: Singh, B., Camps-Arbestain, M., Lehmann, J. (eds), Biochar: a guide to analytical methods, 1 ed., capítulo 18, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis Group, 2017.]
1160–1020 (1030)	Estiramento simétrico de ligações C-O em polissacarídeos (celulose, hemiceluloses e lignina)	[²⁶[26] BALLESTEROS, L.F., TEIXEIRA, J.A., MUSSATTO, S.I., “Chemical, functionalo, and structural properties of spent coffee grounds and coffee silverskin”, Food and Bioprocess Technology, v. 7, n. 12, pp. 3493–3503, 2014. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s11947-014-1349-z. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.100... ,⁴⁸[48] ZHAO, S., TA, N., WANG, X., “Effect of temperature on the structural and physicochemical properties of biochar with apple tree branches as feedstock material”, Energies, v. 10, n. 9, pp. 1293, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.3390/en10091293. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.339... ,⁴⁹[49] JOHNSTON, C.T., “Biochar analysis by Fourier-transform infra-red spectroscopy”, In: Singh, B., Camps-Arbestain, M., Lehmann, J. (eds), Biochar: a guide to analytical methods, 1 ed., capítulo 18, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis Group, 2017.]

TIPO DE BIOADSORVENTE	GRUPOS FUNCIONAIS DE SUPERFÍCIE ENVOLVIDOS NA ADSORÇÃO DE MB (COMPRIMENTO DE ONDA; cm^–1)	REFERÊNCIAS
Casca de noz	-OH (3422); C-H (2923); C=O (1739); N-H (1631); CH₂ (1162); -COO^– (1053)	[³⁵[35] TANG, R., DAI, C., LI, C., et al., “Removal of methylene blue from aqueous solution using agricultural residue walnut shell: equilibrium, kinetic, and thermodynamic studies”, Journal of Chemistry, v. 2017, pp. 1–10, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.1155/2017/8404965. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.115... ]
Casca de soja	-OH (3600 a 3280); C-H (2933, 2871, 2135); -COO^– (1656, 1409); C=C (1548, 1440, 1328, 1149); C-O (1033)	[⁴⁵[45] CUSIOLI, L.F., QUESADA, H.B., BAPTISTA, A.T., et al., “Soybean hulls as a low-cost biosorbent for removal of methylene blue contaminant”, Environmental Progress & Sustainable Energy, v. 39, n. 2, pp. e13328, 2019.]
Palha de arroz	-OH (3500); C=O (1633); -COO^– (1523); C-O e C-O-C (1300 a 1000)	[³⁴[34] JAWAD, A.H., HUM, N.N.M.F., FARHAN, A.M., et al., “Biosorption of methylene blue dye by rice (Oryza sativa L.) straw: adsorption and mechanism study”, Desalination and Water Treatment, v. 190, pp. 322–330, 2020. doi: http://dx.doi.org/10.5004/dwt.2020.25644. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.500... ]
Serragem de pinus branco	C=N (1596); C-N (1330); C-H (833)	[³⁸[38] SALAZAR-RABAGO, J.J., LEYVA-RAMOS, R., RIVERA-UTRILLA, J., et al., “Biosorption mechanism of Methylene Blue from aqueous solution onto White Pine (Pinus durangensis) sawdust: effect of operating conditions”, Sustainable Environment Research, v. 27, n. 1, pp. 32–40, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.serj.2016.11.009. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ]

MODELOS	PARÂMETROS			ESTATÍSTICA
Pseudo-primeira ordem	q_e,exp	q_e	k ₁	R²_(aj.)	χ²
Pseudo-primeira ordem	96,657	96,447 ± 0,819	1,664 ± 0,467	0,9992	2,7002
Pseudo-segunda ordem	q_e,exp	q_e	k ₂	R²_(aj.)	χ²
Pseudo-segunda ordem	96,657	96,578 ± 0,556	0,104 ± 0,02	0,9997	1,1250
Elovich	α		β	R²_(aj.)	χ²
Elovich	2,405 ± 9,715		0,587 ± 0,043	0,9999	0,2330

MODELOS	PARÂMETROS				ESTATÍSTICA
Langmuir	Q_max	K_L		R_L	R²_(aj.)	χ²
Langmuir	313,690 ± 8,292	0,035 ± 0,003		0,73–0,03	0,9919	99,1765
Freundlich	K_F	n		–	R²_(aj.)	χ²
Freundlich	34,078 ± 6,952	2,575 ± 0,267			0,9417	716,2999
Redlich-Peterson	K_RP	α_RP	β	–	R²_(aj.)	χ²
Redlich-Peterson	11,287 ± 1,608	0,036 ± 0,017	0,996 ± 0,063		0,9911	109,0726

TIPO DE ADSORVENTE	AGENTE DE ATIVAÇÃO	QMAX (MG/G)	REFERÊNCIA
Casca de milho	ZnCl₂	462,96	[⁶²[62] ADEGOKE, K.A., BELLO, O.S., “Dye sequestration using agricultural wastes as adsorbents”, Water Resources and Industry, v. 12, pp. 8–24, 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.wri.2015.09.002. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ]
Casca de ervilha	ZnCl₂	246,91	[⁶³[63] GEÇGEL, Ü., ÖZCAN, G., GÜRPINAR, G.Ç., “Removal of methylene blue from aqueous solution by activated carbon prepared from pea shells (Pisum sativum)”, Journal of Chemistry, v. 2013, pp. 614083, 2013. doi: http://dx.doi.org/10.1155/2013/614083. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.115... ]
Espiga de milho	Tratado com ácido cítrico	214,5	[⁶⁴[64] JIN, Y., ZHANG, Y., LÜ, Q., et al., “Biosorption of methylene blue by chemically modified cellulose waste”, Journal of Wuhan University of Technology-Mater Science Editor, v. 29, n. 4, pp. 817–823, 2014. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s11595-014-1003-7. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.100... ]
Madeira de acácia	KOH/CO₂	210,21	[⁶⁵[65] YUSOP, M.F.M., AHMAD, M.A., ROSLI, N.A., et al., “Adsorption of cationic methylene blue dye using microwave-assisted activated carbon derived from acacia wood: optimization and batch studies”, Arabian Journal of Chemistry, v. 14, n. 6, pp. 103122, 2021. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103122. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.101... ]
Pele prata de café	–	313,69	Presente estudo
Casca de soja	–	169,90	[⁴⁵[45] CUSIOLI, L.F., QUESADA, H.B., BAPTISTA, A.T., et al., “Soybean hulls as a low-cost biosorbent for removal of methylene blue contaminant”, Environmental Progress & Sustainable Energy, v. 39, n. 2, pp. e13328, 2019.]
Pó de folha de manga	–	156,00	[⁴⁰[40] UDDIN, M.T., RAHMAN, M.A., RUKANUZZAMAN, M., et al., “A potential low cost adsorbent for the removal of cationic dyes from aqueous solutions”, Applied Water Science, v. 7, n. 6, pp. 2831–2842, 2017. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s13201-017-0542-4. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.100... ]
Palha de milho	–	102,8	[⁴¹[41] HONORATO, A.C., MACHADO, J.M., CELANTE, G., et al., “Biossorção de azul de metileno utilizando resíduos agroindustriais”, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 19, n. 7, pp. 705–710, 2015. doi: http://dx.doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v19n7p705-710. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.159... ]
Casca de castanha do Pará	–	83,8	[⁴³[43] GEORGIN, J., MARQUES, B.S., PERES, E.C., et al., “Biosorption of cationic dyes by Pará chestnut husk (Bertholletia excelsa)”, Water Science and Technology: Water Supply, v. 77, n. 5–6, pp. 1612–1621, 2018. doi: http://dx.doi.org/10.2166/wst.2018.041. PubMed PMID: 29595163. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.216... ]
Bainha de palmito pupunha	–	50,9	[⁴¹[41] HONORATO, A.C., MACHADO, J.M., CELANTE, G., et al., “Biossorção de azul de metileno utilizando resíduos agroindustriais”, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 19, n. 7, pp. 705–710, 2015. doi: http://dx.doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v19n7p705-710. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.159... ]
Bagaço de cana-de-açúcar	–	49,26	[³³[33] KERROU, M., BOUSLAMTI, N., RAADA, A., et al., “The use of sugarcane bagasse to remove the organic dyes from wastewater”, International Journal of Analytical Chemistry, v. 2021, pp. 5570806, 2021. doi: http://dx.doi.org/10.1155/2021/5570806. PubMed PMID: 34257663. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.115... ]
Casca de batata	–	48,7	[⁵⁹[59] ALFREDO, A.P.C., GONÇAVELS, G.C., LOBO, V.S., et al., “Adsorção de azul de metileno em casca de batata utilizando sistemas em batelada e coluna de leito fixo”, Revista Virtual de Química, v. 7, n. 6, pp. 1909–1920, 2015. doi: http://dx.doi.org/10.5935/1984-6835.20150112. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.593... ]
Casca de abacaxi	–	17,12	[⁶⁶[66] ANTUNES, E.C.E.S., PEREIRA, J.E.S., FERREIRA, R.L.S., et al., “Remoção de corante têxtil utilizando a casca do abacaxi como adsorvente natural”, Holos, v. 3, pp. 81–97, 2018. doi: http://dx.doi.org/10.15628/holos.2018.5334. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.156... ]

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