Adsorção de cafeína em fibra de carvão ativado das folhas do abacaxizeiro

Abstract

O presente trabalho propôs realizar estudos de adsorção para a remoção de cafeína (CFN) em solução aquosa usando fibras de carvão ativado (FCAs). As FCAs foram preparadas a partir da folha de abacaxizeiro, empregando processo de pirólise lenta e ativação química com H3PO4 nas razões de impregnação de 1:1 (FCA1), 2:1 (FCA2) e 3:1 (FCA3) (volume:massa). Os materiais obtidos foram caracterizados mediante análises de isoterma de adsorção e dessorção de N2, microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), difratometria de raio-X, espectroscopia Raman, método Boehm e pHpcz. As FCAs apresentaram áreas superfíciais BET de 1031 m2 g-1 para FCA1, 946 m2 g-1 para FCA2 e 887 m2 g-1 para FCA3, com características de materiais majoritarimente mesoporosos. As FCAs apresentaram boa estabilidade térmica e grupos funcionais de superfícies ácidos, característicos de materiais carbonáceos com presença de fósforo. A cristalinidade foi observada para as FCAs e o aumento da desordem constado a partir do aumento da razão de impregnação. Estudos de adsorção da CFN foram relizados empregando FCA1 como material adsorvente. O efeito do pH na adsorção da CFN mostram que as interações ?-? e ligações de hidrogênio são predonominantes. Adicionalmente os estudos cinéticos de adsorção mostraram que o modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que melhor descreveu o processo de adsorção de CFN sobre as FCA1. As isotermas de adsorção mostraram que o modelo de Dubinin-Radushkevich teve um melhor ajuste aos dados experimentais, apresentando capacidade máxima de adsorção em monocamada de 142,85 mg g-1. Estudos termodinâmicos revelaram que processo de adsorção é espontâneo, exotérmico e ocorre preferencialmente via fisiossorção. Porém, foi possível observar que diversos fatores influenciam o processo de adsorção de CFN em FCA1

This paper proposed to carry out adsorption studies for the removal of caffeine (CFN) from aqueous solution, using activated carbon fibers (ACF). ACFs were prepared from pineapple leaf, using the process of slow pyrolysis and chemical activation with H3PO4 in impregnation ratios of 1:1 (ACF1), 2:1 (ACF2) and 3:1 (ACF3) (v:m). The materials were characterized by analysis of N2 adsorption and desorption isotherms, scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric (TG), infrared spectroscopy with Fourier transform (FT-IR), X-ray diffraction, spectroscopy Raman, Boehm and pHzpc methods. ACFs showed values of BET surface areas of 1031 m2 g-1 for FCA1, 946 m2 g-1 for ACF2 and 887 m2 g-1 for ACF3, with features of mesoporous materials. The ACFs showed good thermal stability and surface acid functional groups, characteristic of carbonaceous materials in the presence of phosphorous. The crystallinity was observed for ACFs, and increased disorder was found from the increase impregnation rate. CFN adsorption studies were performed employing ACF1 as adsorbent material. The effect of pH on the adsorption CFN showed that the ?-? interactions and hydrogen bonds are prevalent. In addition, the kinetic adsorption studies showed the kinetic model of pseudo-second-order was the one that best described the CFN adsorption process on ACF1. Adsorption isotherms showed the Dubinin-Radushkevich model was a better fitted to the experimental data, with maximum adsorption capacity at monolayer 142.85 mg g-1. Thermodynamic studies revealed that adsorption process is spontaneous, exothermic and occurs preferably via physisorption. However, it was observed that several factors influence the CFN adsorption process ACF1