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 (pHPCZ) 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 pHPCZ 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 (RL) entre 0,58 e 0,03. A capacidade máxima de adsorção da PPC (Qmax= 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.

ABSTRACT The search for effective and low-cost adsorbents to remove dyes from industrial effluents has promoted the demand for new research aimed to mitigate negative impacts caused to the environment. In this sense, this work aimed to evaluate the potential of coffee silver skin (PPC) as a low-cost adsorbent in the removal of methylene blue (MB) dye from aqueous solutions through studies of kinetics and adsorption equilibrium. Subsequently, the material was subjected to physicochemical characterization, specific surface area (BET), presence of functional groups (FTIR), elemental analysis (CHNS-O), point of zero charge (pHPZC), and crystallinity (XRD). The results showed that PPC presented a predominantly amorphous structure composed of holocellulose (38.36%), lignin (34.97%), and minerals (potassium, calcium, and magnesium). The low specific surface area (0.383 m2/g) was compensated by the diversity of surface functional groups containing oxygen, confirmed by the predominance of carbon (55.93%), oxygen (32.91%), and hydrogen (6.37%). The pHPZC analysis showed that the point of zero charge of the PPC was 6.49. The equilibrium time of the adsorption process was 24 h, following kinetics described by the Elovich model (R2(aj.)= 0.999; χ2= 0.233), which represented an initial adsorption rate (α) and desorption rate (β) corresponding to 2.405 mg/g.min and 0.587 mg/g, respectively. The adsorption equilibrium data were better fitted by the Langmuir model (R2(aj.)= 0.991; χ2= 99.176), indicating that the adsorption of MB by PPC occurred on the monolayer. The adsorption of MB by PPC was favorable, presenting separation factors (RL) between 0.58 and 0.03. The maximum adsorption capacity of PPC (Qmax= 313.69 mg/g) was superior to other types of low-cost adsorbents reported in the literature, thus demonstrating its potential use as an adsorbent for the removal of cationic dyes from aqueous solution.

RESUMO: Nos últimos anos, pesquisadores têm analisado o uso de resíduos lignocelulósicos para geração de energia. No entanto, há uma falta de informação sobre a combustibilidade da biomassa residual, especialmente a casca e o carvão vegetal do coco babaçu. Neste estudo foram utilizadas as análises termogravimétricas (TGA), térmica diferencial (DTA) e de calorimetria exploratória diferencial (DSC) para: avaliar a combustão da biomassa residual do coco babaçu; avaliar a combustão do carvão vegetal produzido a partir dessa biomassa, considerando diferentes temperaturas finais de carbonização; e verificar o efeito da temperatura final de carbonização na estabilidade térmica do carvão vegetal e no seu desempenho na combustão. As análises térmicas foram realizadas em atmosfera de ar sintético. Para avaliar as características da combustão do carvão vegetal e da biomassa in natura foi considerada a temperatura de ignição (Ti), a temperatura final da combustão (Tf), o índice característico da combustão (S), o índice de ignição (Di), o tempo correspondente à máxima taxa de combustão (tp) e o tempo de ignição (tig). A combustão da casca do coco babaçu ocorreu em três fases distintas e observou-se que esse material lignocelulósico apresenta aptidão para a produção direta de calor. O aumento da temperatura final de carbonização causou um aumento da temperatura de ignição, da temperatura final da combustão, do tempo de ignição e do tempo correspondente à máxima taxa de combustão. Os resultados indicam que o aumento da temperatura de carbonização causa uma diminuição da intensidade da combustão e, consequentemente, os carvões produzidos em temperaturas mais baixas são mais fáceis de inflamar e apresentam melhor desempenho na ignição.

ABSTRACT In recent years, studies have examined the use of lignocellulosic wastes for energy generation. However, there is a lack of information on the combustibility of the residual biomass, especially the bark and charcoal of babassu nut. In this study, thermogravimetric analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC) were used to achieve the following objectives: to evaluate the combustion of the residual biomass from the babassu nut; to evaluate the combustion of charcoal produced from this biomass, considering different final carbonization temperatures; and to determine the effect of the final carbonization temperature on the thermal stability of charcoal and on its performance in combustion. Thermal analyses were performed in synthetic air. In order to evaluate the characteristics of charcoal combustion and fresh biomass, the ignition temperature (Ti), the burnout temperature (Tf), characteristic combustion index (S), ignition index (Di), time corresponding to the maximum combustion rate (tp), and ignition time (tig) were considered. The combustion of the babassu nutshell occurred in three phases and it was observed that this lignocellulosic material is suitable for the direct generation of heat. The increase in the final carbonization temperature caused an increase in the ignition temperature, as well as in the burnout temperature, the ignition time and the time corresponding to the maximum combustion rate. The results indicate that the increase in the carbonization temperature causes a decrease in combustion reactivity and, consequently, the charcoals produced at lower temperatures are easier to ignite and exhibit better performance in ignition.

RESUMO Na avaliação de resíduos lignocelulósicos para a produção de bioenergia é necessário considerar as várias características e propriedades que podem ser correlacionadas. Este fato demanda o emprego de diversas técnicas de análise multivariada que possibilitem a avaliação dos fatores energéticos mais relevantes. O objetivo deste trabalho foi aplicar as análises de agrupamento e componentes principais na seleção e avaliação de resíduos lignocelulósicos visando à produção de bioenergia. Foram utilizados 8 tipos de biomassa residual, dos quais foram determinados os teores dos componentes elementares (C, H, O, N, S), os teores de lignina, extrativos totais e cinzas, a densidade básica e o poder calorífico superior e inferior. As duas técnicas multivariadas empregadas para a avaliação e seleção de resíduos lignocelulósicos para a produção de energia foram eficientes, sendo observadas similaridades entre os grupos de biomassa formados por elas. Pela interpretação da primeira componente principal obtida, criou-se um índice de desempenho global para avaliar a viabilidade do aproveitamento energético da biomassa. A interpretação da segunda componente principal permitiu um contraste entre os teores de nitrogênio e enxofre e o teor de oxigênio.

ABSTRACT The evaluation of lignocellulosic wastes for bioenergy production demands to consider several characteristics and properties that may be correlated. This fact demands the use of various multivariate analysis techniques that allow the evaluation of relevant energetic factors. This work aimed to apply cluster analysis and principal components analyses for the selection and evaluation of lignocellulosic wastes for bioenergy production. 8 types of residual biomass were used, whose the elemental components (C, H, O, N, S) content, lignin, total extractives and ashes contents, basic density and higher and lower heating values were determined. Both multivariate techniques applied for evaluation and selection of lignocellulosic wastes were efficient and similarities were observed between the biomass groups formed by them. Through the interpretation of the first principal component obtained, it was possible to create a global development index for the evaluation of the viability of energetic uses of biomass. The interpretation of the second principal component allowed a contrast between nitrogen and sulfur contents with oxygen content.

O uso da biomassa tem sido reconhecido como uma energia potencial renovável e um substituto alternativo que contribua para a redução do consumo de combustíveis fósseis. Portanto, objetivou-se analisar o comportamento térmico de briquetes de resíduos do processamento dos grãos de café, em diferentes formas: in natura, torrificados e carbonizados. Utilizou-se a serragem de Eucalyptus como parâmetro de comparação. Os briquetes foram carbonizados considerando a temperatura final de 450° C (mantida por 30 min). A torrefação dos briquetes foi realizada em uma mufla em duas taxas de aquecimento até 250° C (mantida por 60 min). Realizou-se a análise termogravimétrica em atmosfera de nitrogênio até a temperatura de 600° C. Determinaram-se os teores de carbono fixo e materiais voláteis dos combustíveis. O briquete carbonizado dos resíduos do processamento dos grãos de café apresentou a maior estabilidade e baixa decomposição térmica. Observou-se baixa influência da taxa de aquecimento de torrefação nas propriedades térmicas dos briquetes e nos teores de carbono fixo e materiais voláteis. Quanto às biomassas in natura observou-se menor perda de massa total para os resíduos do processamento dos grãos de café em comparação a serragem de eucalipto. Os briquetes carbonizados e torrificados apresentaram caráter mais hidrofóbico em relação ao briquete in natura.

The use of biomass has been recognized as a potential renewable energy and an alternative substitute that contributes to the decrease of fossil fuels consumption. Therefore, this research aimed to analyze the thermal behavior of briquettes made of residues from coffee grain processing in different conditions: in natura, torrefied and carbonized. Eucalyptus sawdust was used for comparison. The briquettes were carbonized considering final temperature of 450° C (kept for 30 min). The briquettes torrefaction was performed in an electric oven (muffle) using two heating rates until 250° C (kept 60 min). The thermal-gravimetric analysis was made in nitrogen atmosphere until the temperature of 600° C. The contents of fixed carbon and volatile matter of the fuels were determined. The carbonized briquette of residues from coffee grain processing presented higher stability and low thermal decomposition. It was observed a low influence of torrefaction heating rate under thermal properties of briquettes, and fixed carbon and volatile matter content. Regarding the raw biomass, lower total mass loss was observed for the residues from coffee grain processing when compared to Eucalyptus sawdust. The carbonized and torrefied briquettes presented higher hydrophobicity than raw briquettes.