Biossorção de cafeína utilizando resíduos agroindustriais derivados do açaí (Euterpe oleracea) e do abacaxi (Ananas comosus)

Abstract

Resumo: A cafeína é um fármaco que pode ser detectada juntamente com outros fármacos em efluentes domésticos e efluentes hospitalares. Estudos indicam a presença da cafeína associada a uma série de medicamentos, como ibuprofeno, napronexo, diclofenaco, gemfibrozil, bezafibrato, ácido clofibrico, trimetoprima, sulfatometoxazol, carbamazepina, triclosan e sinvastatina. Como os tratamentos convencionais de águas residuais não podem degradar eficientemente a cafeína e outros poluentes, assim é necessário procurar alternativas de tratamentos. A adsorção tem despertado grande interesse por remover eficientemente contaminantes em corpos d'água devido à alta seletividade e estrutura porosa bem desenvolvida, permitindo a separação com um custo energético baixo. O objetivo da pesquisa é desenvolver um processo de biossorção de cafeína em resíduos agroindustriais de açaí (Euterpe oleracea) e abacaxi (Ananas comosus). Para isso, foram realizados ensaios de adsorção em batelada a fim de descrever as condições mais adequadas de processo. Os melhores resultados dos ensaios de adsorção foram obtidos em pH 5,1 (pH da solução) de sólido adsorvente onde foi possível atingir 68% de remoção, a melhor concentração de adsorvente foi de 0,05 g para o epicarpo de açaí (EPA) e 0,1 g para a coroa de abacaxi (CAB). Foram avaliados os modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich, a fim de avaliar a adsorção das moléculas de cafeína ocorre em mono ou multicamadas, sendo que a isoterma de Langmuir (monocamada) representou melhor o sistema para a coroa de abacaxi e Freundlich para o epicarpo de açaí, sendo que este último obteve uma conformação linear, a partir dos ajustes dos modelos propostos foi possível determinar a capacidade máxima de adsorção em torno de 50, 29 mg-1 L para a temperatura de 45 º C para o CAB, não foi possível avaliar a máxima capacidade de adsorção para o EPA. Os parâmetros termodinâmicos sugerem que a adsorção é um processo físico típico, de natureza espontânea e exotérmica. O método proposto se mostrou eficiente e de baixo custo para a remoção de cafeína, demonstrando que a coroa de abacaxi e epicarpo de açaí são biomateriais eficientes para a recuperação de efluentes que contenham este micro poluente.

Abstract: Caffeine is a drug that can be detected along with other drugs in household effluents and hospital effluent. Studies indicate the presence of caffeine associated with a number of medications, such as ibuprofen, napronexo, diclofenac, gemfibrozil, bezafibrate, clofibric acid, trimethoprim, sulfatometoxazole, carbamazepine, triclosan and simvastatin. As conventional wastewater treatment can not efficiently degrade caffeine and other pollutants, it is therefore necessary to look for treatment alternatives. The adsorption has aroused great interest to efficiently remove contaminants in water bodies due to the high selectivity and well developed porous structure, allowing the separation with a low energetic cost. The objective of the research is to develop a process of biosorption of caffeine in the agroindustrial residues of açaí (Euterpe oleracea) and pineapple (Ananas comosus). For this, batch adsorption tests were carried out in order to describe the most suitable process conditions. The best adsorbent assay results were obtained at pH 5.1 (adsorbent solids pH) where it was possible to achieve 68% removal, the best adsorbent concentration was 0.05 g for the açaí epicarp (EPA) and 0.1 g for the pineapple crown (CAB). We evaluated the mathematical models of Langmuir and Freundlich in order to evaluate the adsorption of caffeine molecules in mono or multilayer, and the Langmuir isotherm (monolayer) represented better the system for the crown of pineapple and Freundlich for the epicarp of açaí, and the latter obtained a linear conformation, from the adjustments of the proposed models it was possible to determine the maximum adsorption capacity around 50, 29 mg-1 L for the temperature of 45 º C for the CAB, it was not possible to evaluate the maximum adsorption capacity for the EPA. The thermodynamic parameters suggest that adsorption is a typical physical process, spontaneous and exothermic in nature. The proposed method was efficient and low cost for the removal of caffeine, demonstrating that the pineapple crown and açaí epicarp are efficient biomaterials for the recovery of effluents containing this micro pollutant.