Adsorção de furfural em carvão ativado do endocarpo de açaí

Abstract

O açúcar oriundo da biomassa lignocelulósica é uma das alternativas mais promissoras para a produção de bioprodutos (etanol, xilitol e arabitol). A hidrólise da biomassa antes do ataque biológico é um passo essencial para aumentar sua acessibilidade e biodegradabilidade. Entretanto, alguns compostos indesejáveis, como o furfural são formados. Esses compostos promovem a inibição do crescimento microbiano e afetam o processo de fermentação. A fim de eliminar essa inibição, o hidrolisado ácido de bagaço de sisal foi destoxificado utilizando, como adsorvente, carvão ativado obtido a partir de resíduos do processo de gaseificação do endocarpo de açaí. Para obtenção do adsorvente, o endocarpo de açaí foi gaseificado obtendo o carvão vegetal, que logo em seguida foi submetido ao processo de ativação química com NaOH. As modificações químicas sofridas pelo material foram determinadas por difração de raios-X (DRX), área superficial (BET), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia de varredura eletrônica (MEV) e pH do ponto de carga zero (pHPCZ). Avaliou-se a influência de parâmetros importantes no processo de adsorção como velocidade de agitação e relação massa de adsorvente por volume de solução. Com base nos resultados obtidos foram realizados estudos cinéticos e de equilíbrio de adsorção. Por fim, a validação dos experimentos de adsorção foi realizada em licor hidrolisado ácido do bagaço de sisal e os ensaios fermentativos foram realizados utilizando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae. Após o processo de ativação, foi observado um aumento na área superficial, fato comprovado pela formação da estrutura porosa observada nas imagens de MEV. Os difratogramas de raios-X apresentaram características de estruturas predominantemente amorfas. Na análise termogravimétrica foi observada que o carvão ativado apresentou maior estabilidade térmica. Pela análise de FT-IR, em ambos os carvões foi possível identificar picos referentes a grupos hidroxilas, carboxílicos e ésteres. A superfície do carvão passou a apresentar caráter básico com pHPCZ igual a 9,46.Os estudos de adsorção apresentaram capacidade máxima de remoção de furfural com velocidade de agitação de 200 e relação massa de adsorvente por volume de solução de 7 g.L⁻¹.O tempo de equilíbrio adsorvente-adsorvato foi atingido em 90 min, além disto, os dados seguiram um modelo cinético de pseudo-seunda ordem. Nos estudos de equilíbrio, o modelo que apresentou melhor ajuste foi o de Sips, apresentando uma capacidade máxima de adsorção de 48,016 mg.g⁻ ¹. De acordo com os resultados da destoxificação, o carvão ativado do endocarpo de açaí conseguiu remover 52% de furfural, 100% de HMF e 40,4% de ácido acético com perda moderada de açúcares (17%). Durante a fermentação a levedura atingiu concentração máxima de células em 96 horas de fermentação para ambas os licores antes e após a destoxificação, em que foi possível observar uma concentração máxima celular de 23,57 g.L⁻¹ e 28,07 g.L⁻¹, respectivamente. Os resultados demonstraram que o adsorvente utilizado apresenta potencial para remoção de furfural e demais inibidores da fermentação.