dissertacao_JGBC_finalizado

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte 
Centro de Tecnologia 
Departamento de Engenharia Química 
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química 
 
 
 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO 
 
 
 
 
 CARVÃO ATIVADO A PARTIR DE RESÍDUO TÊXTIL: SÍNTESE, 
CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO NA REMOÇĀO DE CORANTE 
REATIVO EM EFLUENTE SINTÉTICO 
 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa 
 
 
Orientador: Prof. Dr. André Luis Lopes Moriyama 
Coorientadora: Profa. Dra. Andréa Oliveira Nunes 
 
 
 
 
 
 
Natal/RN 
Maio/2020 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CARVÃO ATIVADO A PARTIR DE RESÍDUO TÊXTIL: SÍNTESE, 
CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO NA REMOÇÃO DE CORANTE 
REATIVO EM EFLUENTE SINTÉTICO 
 
 
Dissertação de mestrado apresentada ao Programa 
de Pós-graduação em Engenharia Química da 
Universidade Federal do Rio Grande do Norte 
como parte dos requisitos necessários para 
obtenção do título de Mestre em Engenharia 
Química. 
 
Orientador: Prof. Dr. André Luis Lopes Moriyama 
Coorientadora: Profa. Dra. Andréa Oliveira Nunes 
 
 
 
 
 
 
Natal/RN 
 Agosto/2020 
 
 
 
Costa, João Gabriel Bezerra.
 Carvão ativado a partir de resíduo têxtil: síntese,
caracterização e aplicação na remoção de corante reativo em
efluente sintético / João Gabriel Bezerra Costa. - 2020.
 88f.: il.
 Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós Graduação em
Engenharia Química, Natal, 2020.
 Orientador: Dr. André Luis Lopes Moriyama.
 Coorientadora: Dra. Andréa Oliveira Nunes.
 1. Efluente têxtil - Dissertação. 2. Remoção de corante -
Dissertação. 3. Resíduo de fibra de algodão (RFA) - Dissertação.
4. Adsorção - Dissertação. 5. Carvão ativado de tecido -
Dissertação. I. Moriyama, André Luis Lopes. II. Nunes, Andréa
Oliveira. III. Título.
RN/UF/BCZM CDU 66.0
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Elaborado por Raimundo Muniz de Oliveira - CRB-15/429
 
 
João Gabriel Bezerra Costa 
 
Carvão ativado a partir de resíduo têxtil: síntese, caracterização e aplicação na remoção 
de corante reativo em efluente sintético 
 
Dissertação de Mestrado apresentada ao 
Programa de Pós-Graduação em Engenharia 
Química - PPGEQ, da Universidade Federal do 
Rio Grande do Norte - UFRN, como parte dos 
requisitos para obtenção do título de Mestre em 
Engenharia Química. 
 
Aprovado em 05/junho/2020. 
 
 
__________________________________ 
Prof. Dr. André Luis Lopes Moriyama 
Orientador – UFRN 
 
Profa Dra Magna Angélica dos Santos 
Bezerra Sousa 
Membro Interno – UFRN 
__________________________________ 
Profa Dra Andréa Oliveira Nunes 
Coorientadora – UFRN 
 
__________________________________ 
Profa Dra Katherine Carrilho de Oliveira 
Membro Interno – UFRN 
 
__________________________________
Prof. Dr. Francisco Wendell Bezerra Lopes 
Membro externo – UnP 
 
 
 
 
COSTA, João Gabriel Bezerra – Carvão ativado a partir de resíduo têxtil: síntese, 
caracterização e aplicação na remoção de corante reativo em efluente sintético. Dissertação de 
Mestrado, UFRN, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Área de 
Concentração: Engenharia Química. Linha de Pesquisa: Processos Químicos, Biotecnológicos 
e Catálise. Natal/RN. Brasil. 
Orientadora: Prof. Dr. André Luis Lopes Moriyama 
Coorientadora: Profa. Dra. Andréa Oliveira Nunes 
RESUMO: 
A indústria têxtil apresenta uma altíssima demanda de recursos hídricos e, em consequência, 
gera grandes volumes de efluentes com elevada carga poluidora. Dentre os contaminantes 
presentes, os corantes têxteis, ao conferirem cor a corpos receptores, têm papel de destaque no 
apelo ambiental. Sob esse aspecto, neste trabalho foi proposto um aproveitamento cíclico de 
resíduos têxteis sólidos, cujos destinos habituais apontam para produtos com baixo valor 
agregado, para síntese de carvão ativado e posterior aplicação na remoção de corantes de 
efluentes desse mesmo setor industrial. Utilizou-se, para tanto, fibras 100% algodão (RFA), 
principal matriz natural da indústria têxtil. O RFA foi impregnado com H3PO4 e pirolisado em 
forno tubular vertical a uma taxa de 5 °Cmin-1 e permanência por 3 h em 500 °C sob fluxo de 
N2(g), obtendo-se o carvão ativado de tecido (CAT). Foi utilizado um carvão ativado disponível 
comercialmente (CAC) como parâmetro de comparação direta. O corante Novacron Vermelho-
S-B foi utilizado como adsorbato por enquadrar-se em categorias de vasta utilização nesse setor. 
O RFA demonstrou ter baixo teor de carbono fixo (Cfixo = 2,98%), estrutura semicristalina (IC 
= 77,88%) de celulose tipo Ia e morfologia em fita plana torcida com ausência de poros na sua 
superfície. Por outro lado, o RFA+H3PO4 apresentou aumento de sua estabilidade e 
disponibilidade de carbono para a síntese de carvão ativado pelo surgimento de pontes 
fosfatadas que promoveram crosslinking na matriz celulósica, resultando em um rendimento de 
pirólise satisfatório (hpir = 60,145 %). Os carvões CAT e CAC apresentaram morfologias 
irregulares, estruturas predominantemente amorfas e pontos isoelétricos próximos (pHiso = 2,62 
e 2,29, respectivamente), tendo o CAT exibido propriedades texturais (SBET = 1096 m2g-1; VTP 
= 0,81 cm3g-1; dPm = 1,5 nm) superiores frente ao CAC. Os ensaios de adsorção atingiram uma 
remoção máxima de 75,41% e 65,36% para o CAT e CAC, respectivamente, em 12 h (pH = 2, 
[VSB]0 = 50 ppm, INaCl = 0,05 molL-1). Ambos os sistemas se ajustaram melhor ao modelo 
cinético de pseudo segunda ordem (R2CAT = 0,995 e R2CAC = 0,997) com constantes cinéticas de 
k2,CAT = 2194,163 gmg-1min-1 e k2,CAC = 2167,879 gmg-1min-1. Os dados de isotermas de 
equilíbrio denotaram um processo de adsorção físico e favorável com capacidades de adsorção 
máximas de qmax,CAT = 131,238 mgg-1 e qmax,CAC = 58,915mgg-1. Foi obtido um melhor ajuste 
ao modelo de Freundlich para o CAT (R2 = 0,991) e ao de Langmuir para o CAC (R2 = 0,999), 
atestando a presença de sítios heterogêneos e homogêneos de adsorção, respectivamente. Desse 
modo, os resultados obtidos sugerem a viabilidade da utilização desses resíduos como fonte de 
carbono para a produção de carvão ativado e a adequabilidade destes para a remoção de 
corantes. 
Palavras-chave: efluente têxtil, remoção de corante, resíduo de fibra de algodão (RFA), 
adsorção, carvão ativado de tecido (CAT) 
 
 
 
Costa, João Gabriel Bezerra – Active carbon from textile waste: synthesis, characterization 
and application on the removal of reactive dye from a synthetic wastewater. Master dissertation, 
UFRN, Graduate Program in Chemical Engineering. Research area: Chemical Engineering. 
Research Focus: Chemical and Biotechnological Processes and Catalysis. Natal/RN. Brazil. 
Supervisor: André Luis Lopes Moriyama, PhD 
Co-Supervisor: Andrea Oliveira Nunes, Ph.D. 
ABSTRACT: 
The textile industry demands an enormous amount of water resources, thence generates large 
volumes of wastewater with a high polluting potential. Among these contaminants, textile dyes, 
since they give color to water bodies, appear to have a distinctive role in the environmental 
approach. Regarding this, the present work proposes a cyclical reuse of the solid textile waste, 
whose usual destinations point to low added value products, for the synthesis of activated 
carbon and removal of dyes from textile wastewater. Therefore, 100% cotton fibers (RFA), 
which are the main natural matrix of the textile industry, were used. The RFA was impregnated 
with H3PO4 and pyrolyzed in a vertical tubular oven at a rate of 5 °Cmin-1 and remained for 3 
h at 500 ° C under N2(g) flow, obtaining the activated carbon (CAT). A commercial activated 
carbon (CAC) was used as a direct comparison parameter. Novacron Red S-B was used as 
adsorbate for fitting in categories that are widely usedin that sector. The RFA showed low fixed 
carbon content (Cfixo = 2.98%), semi-crystalline structure (IC = 77.88%) of type Iα cellulose 
and flat twisted ribbon morphology with no pores on its surface. On the other hand, 
RFA+H3PO4 showed an increase in its stability and carbon availability for the synthesis of 
activated carbon by the appearance of phosphate bridges that promoted crosslinking of cellulose 
chains, resulting in a satisfactory pyrolysis yield (ηpir = 60.145 %). CAT and CAC coals showed 
irregular morphologies, amorphous structures and close isoelectric points (pHiso = 2.62 and 
2.29, respectively), with CAT showing better textural properties (SBET=1096 m2g-1; VTP = 0.81 
cm3g-1; dPm = 1.5 nm) when compared to CAC. The adsorption tests reached a maximum 
removal of 75.41% and 65.36% for CAT and CAC, respectively, at 12 h (pH = 2, [VSB]0 = 50 
ppm, INaCl = 0,05 molL-1). Both systems fitted better to pseudo-second order kinetic model 
(R2CAT = 0.995 and R2CAC = 0.997) with k2,CAT = 2194.163 gmg-1min-1 and k2,CAC = 2167.879 
gmg-1min-1. The equilibrium isotherm data denoted a physical and favorable adsorption process 
with maximum adsorption capacities of qmax,CAT = 131.238 mgg-1 and qmax,CAC = 58.915 mgg-1. 
A better fit was obtained for the Freundlich model for CAT (R2 = 0.991) and for Langmuir for 
CAC (R2 = 0.999), indicating heterogeneous and homogeneous adsorptions sites, respectively. 
Therefore, these results suggest the viability of those residues as carbon sources for activated 
carbon production and its suitability for dye removal. 
Keywords: textile wastewater, removal of dye, waste cotton fiber (RFA), adsorption, activated 
carbon (CAT) 
 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
À Deus, nosso Pai, pelo dom da vida. Obrigado pelas infinitas bênçãos derramadas sobre 
mim: esta é apenas mais uma delas. Obrigado por ser refúgio nos momentos de ansiedade e 
angústia. À Santa Maria, nossa Mãe. Obrigado pela intercessão constante em toda minha vida. 
 
À minha família, meu porto seguro: obrigado pelo suporte em minha vida. Aos meus 
pais, Erivanete Costa e João Maria Costa, obrigado por não medirem esforços para me 
oferecerem uma educação de qualidade e pelo amor que me dão. Às minhas irmãs, Joice Costa 
e Juliana Costa, obrigado por desejarem verdadeiramente o meu melhor e vibrarem com cada 
conquista minha. Esse título é nosso. 
 
Aos professores André Moriyama e Andréa Nunes, pelas orientações passadas e pela 
compreenderem minha situação. Obrigado por permitirem uma condução mais leve e com ritmo 
mais tranquilo deste trabalho. 
 
Aos professores Katherine de Oliveira, Magna Angélica Sousa e Francisco Wendell 
Lopes por aceitarem participar desta banca de defesa. Obrigado pelas correções feitas e 
contribuições para o melhoramento deste trabalho. 
 
Aos amigos conquistados na Engenharia Química, por todo apoio que me deram e por 
serem válvula de escape. Em especial, meu obrigado à Fábio Macêdo, Júlia Medeiros e Carolina 
Costa e Isadora Passos, que compartilharam comigo dessa experiência de pós-graduação e a 
fizeram mais fácil de ser levada. Obrigado pelos estudos, lanches, conversas e, principalmente, 
por todo apoio (não foi pouco) que me deram. 
 
A todos os amigos do Laboratório de Materiais Nanoestruturados e Reatores Catalíticos 
(LAMNRC), pelo convívio, por todas as dúvidas tiradas e por sempre estarem dispostos a ajudar 
na solução de problemas. Meu agradecimento em especial a Rayane Ricardo, Tiago Fernandes, 
Veruska Simões, Jéssica Brasil, Michael Sena e Raffael Melo, que, em meio ao ambiente 
tumultuado de uma pós-graduação, foram alegria e permitiram um dia-a-dia mais calmo com 
os cafés, pipocas e conversas. 
 
 
 
 
À UFRN, por me acolher e ser uma segunda casa nesses anos. Obrigado por oferecer a 
estrutura necessária para a realização deste trabalho. Em especial, meu agradecimento ao 
Laboratório de Bioprocessos (LABio), à Central Analítica do Instituto de Química (IQ), ao 
Núcleo de Ensino e Pesquisa em Petróleo e Gás (NUPEG) e ao Laboratório de Engenharia 
Bioquímica (LEB), que sempre estiveram de portas abertas para o saneamento de dúvidas e 
empréstimo de equipamentos. 
 
Ao Grupo de Química Verde e Ambiental (GQVA) do Instituto de Química da USP e 
ao Laboratório de Carvão Ativado (LCA) da UFPB, por receberem minhas amostras para 
realização das análises de volumetria de nitrogênio a 77 K e de termogravimetria. Obrigado por 
permitirem que este trabalho ficasse completo. 
 
Ao CNPq, pelo apoio financeiro. 
 
Essa dissertação é resultado não só meu, mas também de vocês e de outros tantos. Mais 
uma vez, obrigado! 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 2.1 – Estrutura da cadeia produtiva e de distribuição têxtil ____________________ 17 
Figura 2.2 – Estrutura química da α-celulose _____________________________________ 18 
Figura 2.3 – Corante Novacronâ Vermelho S-B: (A) – Aspecto do pó; (B) – Estrutura química
 ________________________________________________________________________ 23 
Figura 2.4 – Processo de adsorção e conceitos envolvidos __________________________ 25 
Figura 2.5 – Principais formatos de isotermas de equilíbrio _________________________ 26 
Figura 2.6 – Classificação expandida das isotermas de adsorção _____________________ 28 
Figura 2.7 – Tipos de histereses _______________________________________________ 29 
Figura 2.8 – Estrutura de um carvão ativado _____________________________________ 31 
Figura 2.9 – Diagrama esquemático de obtenção de um CA _________________________ 32 
Figura 2.10 – Mecanismo simplificado das reações envolvidas na carbonização de fibras 
celulósicas ________________________________________________________________ 33 
Figura 3.1 – Diagrama de blocos do procedimento experimental adotado durante este trabalho: 
FRX – Fluorescência de Raios-X; TG – Análise Termogravimétrica; FTIR – Espectroscopia no 
Infravermelho por Transformada de Fourrier; DRX – Difração de Raios-X; MEV – Microscopia 
Eletrônica de Varredura; AI – Análise Imediata; BET – Método Brunauer-Emmet-Teller; BJH 
– Método Barret-Joyner-Halenda; PZ – Potencial Zeta; pH – Potencial Hidrogeniônico; [VSB]0 
– Concentração inicial de adsorbato; I – Força Iônica _____________________________ 36 
Figura 3.2 – Aparato experimental da etapa de pirólise. 1 – Rotâmetro para controle do fluxo 
de N2; 2 – Sistema de vedação; 3 – Reator de aço inoxidável; 4 – Forno tubular vertical; 5 – 
Controlador PID de temperatura; 6 – Malha de 100 mesh para suporte; 7 – Precursor de carbono 
impregnado com H3PO4; 8 – Borbulhador; 9 – Saída dos produtos gasosos de pirólise ____ 38 
Figura 4.1 – Curvas termogravimétricas das amostras RFA e RFA+H3PO4 _____________ 47 
Figura 4.2 – Mecanismo de reação entre a celulose e o ácido fosfórico ________________ 48 
Figura 4.3 – Difratograma da amostra de RFA ___________________________________ 50 
Figura 4.4 – Espectro de FT-IR para a amostra de RFA ____________________________ 51 
Figura 4.5 –Aspecto do resíduo homogeneizado (A), moído (B), tratado com H3PO4 (C) e do 
carvão ativado produzido (D) _________________________________________________ 53 
Figura 4.6 – Micrografias das amostras RFA (A e B), CAT (C e D) e CAC (E e F) com 
ampliações de 500x (esquerda) e 1000x (direita) _________________________________ 54 
Figura 4.7 – Espectro de FT-IR para as amostras de CAT e CAC _____________________ 56 
Figura 4.8 – Difratogramas das amostras de CAT e CAC ___________________________ 58 
 
 
 
Figura 4.9 – Potencial Zeta dos carvões ativados CAT e CAC como função do pH das 
suspensões _______________________________________________________________ 59 
Figura 4.10 – Curvas de adsorção e dessorção de N2 a 77 K para CAT (A) e CAC (B) e 
correspondente distribuição de tamanho de poros (C) e (D) _________________________ 60 
Figura 4.11 – Varredura no espectro visível para o corante VSB _____________________ 63 
Figura 4.12 – Curva de calibraçãoutilizada para os experimentos de adsorção __________ 63 
Figura 4.13 – Efeito do pH na adsorção ([VSB] = 50 ppm, INaCl = 0,1 molL-1, t = 6 h, T = 25 
°C, 150 rpm) ______________________________________________________________ 64 
Figura 4.14 – Efeito da concentração inicial na adsorção (pH = 2, INaCl = 0,1 molL-1, t = 6 h, T 
= 25 °C, 150 rpm) __________________________________________________________ 65 
Figura 4.15 – Efeito da força iônica na adsorção (pH = 2, t = 6 h, T = 25 °C, 150 rpm) ___ 66 
Figura 4.16 – Cinética de adsorção do corante VSB para o carvão CAT ([VSB] = 50 ppm, pH 
= 2, INaCl = 0,05 mol/L, T = 25 °C, 150 rpm): A – comparação dos dados experimentais com os 
modelos; B – modelo de pseudo 1a ordem linearizado; C – modelo de pseudo 2a ordem 
linearizado; D – modelo de difusão intraparticula _________________________________ 68 
Figura 4.17 – Cinética de adsorção do corante VSB para o carvão CAC ([VSB] = 50 ppm, pH 
= 2, INaCl = 0,05 mol/L, T = 25 °C, 150 rpm): A – comparação dos dados experimentais com os 
modelos; B – modelo de pseudo 1a ordem linearizado; C – modelo de pseudo 2a ordem 
linearizado; C – modelo de difusão intraparticula _________________________________ 69 
Figura 4.18 – Isotermas de adsorção do corante VSB para os carvões CAT e CAC: A e D – 
comparação dos dados experimentais com os modelos; B e E – modelo de Langmuir 
linearizado; C e F – modelo de Freundlich linearizado _____________________________ 71 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 2.1 – Composição química das fibras de algodão ____________________________ 18 
Tabela 2.2 – Resumo dos poluentes emitidos durante o processamento têxtil ____________ 19 
Tabela 2.3 – Classificação dos poros de acordo com o seu diâmetro __________________ 31 
Tabela 3.1 – Reagentes e materiais utilizados ____________________________________ 37 
Tabela 3.2 – Normas ASTM utilizadas na análise imediata __________________________ 40 
Tabela 3.3 – Parâmetros experimentais fixos _____________________________________ 43 
Tabela 4.1 – Resultados da Análise Imediata do RFA ______________________________ 46 
Tabela 4.2 – Análise semiquantitativa do RFA – FRX _____________________________ 49 
Tabela 4.3 – Bandas de absorção identificadas na amostra de RFA ___________________ 51 
Tabela 4.4 – Análise semiquantitativa dos carvões ativados – FRX ___________________ 55 
Tabela 4.5 – Bandas de absorção identificadas na amostra de CAT e CAC _____________ 56 
Tabela 4.6 – Propriedades texturais dos carvões ativados CAT, CAC e outros reportados na 
literatura _________________________________________________________________ 62 
Tabela 4.7 – Parâmetros cinéticos da adsorção para os carvões ativados _______________ 67 
Tabela 4.8 – Parâmetros de isoterma da adsorção para os carvões ativados _____________ 72 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
AI Análise Imediata 
BET Método Brunauer-Emmett-Teller 
BJH Método Barret-Joyner-Halenda 
CA Carvão ativado 
CAC Carvão ativado comercial 
CAT Carvão ativado de tecido 
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente 
COV Composto orgânio volátil 
DBO Demanda bioquímica de oxigênio 
DQO Demanda química de oxigênio 
DRX Difratometria de Raios-X 
FA Fibra de algodão 
FI Força Iônica 
FRX Fluorescência de Raios-X 
FT-IR Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourrier 
IC Índice de Cristalinidade 
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura 
pH Potencial hidrogeniônico 
PID Controlador proporcional integral derivativo 
PNRS Política Nacional de Resíduos Sólidos 
POA Processo Oxidativo Avançado 
PZ Potencial Zeta 
RFA Resíduo de fibra de algodão 
RFA+H3PO4 Resíduo de fibra de algodão impregnado com ácido fosfórico 
TG Análise Termogravimétrica 
UV/Vis Espectroscopia no Ultravioleta/Visível 
VSB Corante Novacron® Vermelho S-B 
 
 
 
 
LISTA DE SÍMBOLOS 
[VSB] Concentração inicial de corante (ppm) 
2θ Ângulo de difração 
C Constante relacionada com a resistência à difusão (mg de adsorbato.g 
de adsorvente-1) 
C` Teor de cinzas (%) 
C0 Concentração inicial de adsorbato (mg.L-1) 
Ce Concentração de adsorbato no equilíbrio (mg.L-1) 
Cfixo Teor de carbono fixo (%) 
di Diâmetro interno do reator (mm) 
dp Diâmetro do poro (nm) 
dpm Diâmetro de poro médio (nm) 
H Altura do reator (mm) 
I Força iônica (mol NaCl.L-1) 
I002 Intensidade máxima de difração no plano cristalográfico (002) 
IAM Intensidade de difração do background amorfo em 2θ = 18º 
k Número de onda (cm-1) 
k1 Constante de velocidade de adsorção de pseudo primeira ordem (min-1) 
k2 Constante de velocidade de adsorcao de pseudo segunda ordem (g de 
adsorvente.mg de adsorbato-1.min-1) 
Kdif Coeficiente de difusao intraparticula (mg de adsorbatog de adsorvente-
1.min0,5) 
KF e n Constantes empíricas do modelo de Freundlich 
KL Constante de Langmuir relacionada à energia livre (L.mg de adsorbato-
1) 
m Massa de adsorvente (g) 
mCaL Massa de carvão ativado antes da etapa de lavagem (g) 
MM Massa molecular (g.mol-1) 
mprecursor Massa de precursor de carbono alimentado no reator (g) 
-N=N- Sítio cromóforo azo 
OH• Radical hidroxila 
p/p0 Pressão relativa 
pHiso Ponto isoelétrico 
 
 
 
qe Quantidade adsorvida no equilíbrio (mg de adsorbato.g de adsorvente-
1) 
qmax Capacidade máxima de adsorção na monocamada (mg de adsorbato.g 
de adsorvente-1) 
qt Quantidade adsorvida no tempo t (mg de adsorbato.g de adsorvente-1) 
R2 Coeficiente de determinação (0 < R2 < 1) 
RL Fator de separação 
SBET Área superficial específica (m2.g-1) 
Sext Área supericial externa (m2.g-1) 
T Temperatura do processo (ºC) 
teq Tempo de equilíbrio (min) 
U Teor de umidade (%) 
U.A. Unidades arbitrárias 
V Volume de solução (L) 
V Teor de voláteis (%) 
VadsSTP Quantidade de gás adsorvida (cm3.g de adsorvente-1) 
Vmeso Volume mesoporos (cm3.g-1) 
Vmicro Volume de microporos (cm3.g-1) 
VTP Volume total de poros (cm3.g-1) 
ηpir Rendimento do processo de pirólise (%) 
λ Comprimento de onda (cm-1) 
λmax Pico de absorbância (nm) 
 
 
 
SUMÁRIO 
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 
LISTA DE TABELAS ................................................................................................................ 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ............................................................................... 
LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................................. 
1. Introdução .......................................................................................................................... 14 
2. Revisão Bibliográfica ......................................................................................................... 17 
2.1 A indústria têxtil e de confecção .................................................................................... 17 
2.1.1 Processo Produtivo ................................................................................................. 17 
2.1.2 Algodão .................................................................................................................. 18 
2.1.3 Resíduos e efluentes têxteis ................................................................................... 19 
2.2 Corantes e Pigmentos ..................................................................................................... 21 
2.2.1 Novacronâ Vermelho S-B (VSB) ......................................................................... 23 
2.3 Métodos de tratamento de efluentes para a remoção de cor .......................................... 23 
2.4 Adsorção ........................................................................................................................ 24 
2.4.1 Equilíbrio de adsorção ............................................................................................ 25 
2.4.2 Isotermas deadsorção ............................................................................................ 25 
2.4.3 Cinética de adsorção .............................................................................................. 29 
2.4.4 Materiais Adsorventes ............................................................................................ 30 
2.4.4.1 Carvão Ativado ............................................................................................... 30 
2.4.4.2 Produção de carvão ativado ............................................................................ 31 
3. Materiais e Métodos ........................................................................................................... 36 
3.1 Reagentes e Materiais .................................................................................................... 36 
3.2 Síntese do Carvão Ativado de Tecido (CAT) ................................................................ 37 
3.2.1 Preparação do precursor de carbono ...................................................................... 37 
3.2.2 Ativação e Carbonização (Pirólise) ........................................................................ 37 
3.3 Métodos Analíticos ........................................................................................................ 39 
 
 
 
3.3.1 Análise Imediata (AI) ............................................................................................. 39 
3.3.2 Análise Termogravimétrica (TG) ........................................................................... 40 
3.3.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ........................................................ 40 
3.3.4 Difração de Raios-X (DRX) ................................................................................... 40 
3.3.5 Fluorescência de Raios-X (FRX) ........................................................................... 41 
3.3.6 Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) ............. 41 
3.3.7 Volumetria de Nitrogênio a 77 K ........................................................................... 41 
3.3.8 Potencial Zeta (PZ) ................................................................................................ 42 
3.3.9 Espectroscopia UV/Vis .......................................................................................... 42 
3.4 Testes de adsorção em efluente sintético ....................................................................... 42 
3.4.1 Testes exploratórios ............................................................................................... 43 
3.4.1.1 Efeito do pH ................................................................................................... 43 
3.4.1.2 Efeito da concentração inicial de adsorbato ([VSB]) ..................................... 44 
3.4.1.3 Efeito da força iônica (I) ................................................................................ 44 
3.4.2 Cinéticas ................................................................................................................. 44 
3.4.3 Isotermas ................................................................................................................ 44 
4. Resultados e discussão ....................................................................................................... 46 
4.1 Caracterização do precursor ........................................................................................... 46 
4.1.1 Análise Imediata ..................................................................................................... 46 
4.1.2 Análise termogravimétrica ..................................................................................... 47 
4.1.3 Fluorescência de raios-x ......................................................................................... 49 
4.1.4 Difração de raios-x ................................................................................................. 49 
4.1.5 Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier ........................... 50 
4.2 Resultados da Síntese ..................................................................................................... 52 
4.3 Caracterização dos carvões ativados .............................................................................. 53 
4.3.1 Microscopia Eletrônica de Varredura .................................................................... 53 
4.3.2 Fluorescência de raios-x ......................................................................................... 55 
 
 
 
4.3.3 Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier ........................... 55 
4.3.4 Difração de raios-x ................................................................................................. 57 
4.3.5 Potencial Zeta ......................................................................................................... 59 
4.3.6 Volumetria de N2 .................................................................................................... 60 
4.4 Testes de Adsorção ........................................................................................................ 63 
4.4.1 Testes exploratórios ............................................................................................... 64 
4.4.1.1 Efeito do pH ................................................................................................... 64 
4.4.1.2 Efeito da concentração inicial de adsorbato ................................................... 65 
4.4.1.3 Efeito da força iônica ..................................................................................... 66 
4.4.2 Cinéticas ................................................................................................................. 67 
4.4.3 Isotermas de Equilíbrio .......................................................................................... 70 
5. Conclusão ............................................................................................................................ 74 
Referências .............................................................................................................................. 77 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução 
 
Introdução 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
14 
1. Introdução 
As atividades industriais são grandes geradoras de resíduos e efluentes e podem levar 
a poluição severa do meio ambiente e ao esgotamento de recursos, especialmente da água, uma 
vez que muitos parques industriais tendem a se instalar ao longo de rios que são utilizados, 
principalmente, para abastecimento (THANH et al., 2016). Com uma altíssima demanda de 
água, de até 270 toneladas para cada tonelada de tecido produzido (BELTRAME, 2000), e em 
virtude da natureza das operações envolvidas em seus processos, o setor têxtil destaca-se pela 
geração de grandes volumes de efluentes altamente poluídos. Nesse contexto, a utilização de 
corantes em várias de suas etapas de produção surge como problemática, uma vez que essas 
substâncias não se unem completamente ao substrato têxtil e acabam sendo carregados para os 
efluentes, conferindo-lhes cor (HOLKAR et al., 2016), podendo, para além do apelo estético, 
demonstrar efeitos tóxicos e genotóxicos nos organismos, diminuir a atividade fotossintética e 
a concentração de oxigênio dissolvido nos corpos hídricos (YESILADA; ASMA; CING, 2003). 
Outro problema observado na indústria têxtil é a geração de grande quantidade de 
resíduos sólidos, em especial, resíduos de fibra de algodão, que representam cerca de um quarto 
da totalidade do setor. Embora fosse desejável a reciclagem desses resíduos fibrosos em seus 
produtos originais, a demanda energética e a poluição envolvida no reprocesso não a tornamviável, fazendo com que os destinos normais desses materiais sejam a incineração ou a venda a 
baixo custo para cooperativas locais (SANDIN; PETERS, 2018; WANG, 2010). 
Desse modo, métodos específicos de tratamento para a remoção de agentes colorantes 
dos efluentes têxteis precisam ser empregados, de modo que a cor desses efluentes seja reduzida 
aos níveis aceitáveis pela legislação vigente (KATHERESAN; KANSEDO; LAU, 2018). A 
utilização do processo de adsorção como rota de tratamento é, nesse contexto, considerada uma 
boa opção para o tratamento de efluentes têxteis, tanto pelo apelo ambiental quanto pelo 
econômico e tem sido bastante explorada (BRIÃO et al., 2018). Entre os materiais adsorventes, 
destacam-se como os mais utilizados os carvões ativados (CAs), em virtude da alta eficiência 
na adsorção de moléculas orgânicas (DJELLOUL; HAMDAOUI, 2015). Sobre isso, a busca 
pelo aproveitamento de resíduos agroindustriais como fontes de carbono para a produção de 
CAs aparece como objeto de destaque na comunidade científica, tendo sido publicados mais de 
4300 artigos com essa temática de 2017 a junho/2020. 
 
Introdução 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
15 
Em vista disso, a transformação dos resíduos sólidos em produtos com maior valor 
agregado, com capacidade para a remoção da cor dos efluentes gerados nas próprias fábricas 
têxteis aparece como opção exequível no intuito de maximização de benefícios econômicos e 
ambientais para esse setor industrial. Dessa forma, apresenta-se em consonância com a Política 
Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), segundo a Lei no 12.305 (2010), que promove a 
organização e gerenciamento circulares no aproveitamento de resíduos gerados pela atividade 
industrial. No entanto, o uso de resíduos (fibras) têxteis como fonte de carbono para a produção 
de carvões ativados tem sido ainda pouco estudado. 
Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo produzir carvão ativado a partir 
de resíduos têxteis (100% algodão), determinar sua capacidade em adsorver um corante 
presente em efluente sintético e compará-lo com um carvão disponível comercialmente. Para 
atingir esse objetivo, foram traçados os seguintes objetivos específicos: 
§ Caracterizar o resíduo têxtil em termos de análise imediata (teores de umidade, 
compostos voláteis, cinzas e carbono fixo), FRX, TG, DRX, FTIR e MEV; 
§ Avaliar a influência do H3PO4 na estabilidade térmica do resíduo; 
§ Caracterizar o carvão obtido e um disponível comercialmente por meio de TG, 
FRX, DRX, FTIR, Volumetria de Nitrogênio (BET e BJH) e Potencial Zeta; 
§ Avaliar o mecanismo de adsorção segundo as cinéticas de pseudo-primeira 
ordem, pseudo-segunda ordem e difusão intrapartícula para ambos os carvões; 
§ Avaliar a capacidade de adsorção e caracterizar fenomenologicamente o 
processo a partir da obtenção das isotermas de equilíbrio de Langmuir e 
Freundlich para ambos os carvões; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Revisão bibliográfica 
 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
17 
2. Revisão Bibliográfica 
2.1 A indústria têxtil e de confecção 
De acordo a Confederação Nacional das Indústrias (2017), o setor têxtil e de confecção 
brasileira destaca-se mundialmente tanto pela tecnologia empregada, como pela grandiosidade 
do seu parque industrial. Com uma tendência verticalizadora ao longo dos anos, isto é, 
produzindo desde as fibras têxteis até a comercialização do produto acabado, o Brasil se tornou 
a maior cadeia têxtil e de confecção integrada do ocidente e a quarta maior do mundo, com 
faturamento estimado para o ano de 2018 de aproximadamente 152 bilhões de reais. 
2.1.1 Processo Produtivo 
O processo produtivo têxtil compreende três macroetapas: (i) fiação, onde ocorre a 
transformação das fibras, naturais ou químicas, em fios; (ii) tecelagem, na qual há o 
processamento desses fios em tecidos não acabados; e (iii) beneficiamento, em que os materiais 
têxteis crus são transformados em tecidos acabados. Estes, então, passam a ser matéria-prima 
da indústria de confecção para a geração de vestuário, artigos técnicos e para o lar, para 
posterior comercialização (HOLKAR et al., 2016). A Figura 2.1 ilustra a estrutura da cadeia 
produtiva e de distribuição têxtil. 
Figura 2.1 – Estrutura da cadeia produtiva e de distribuição têxtil 
 
Fonte: (ABIT, 2017) 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
18 
2.1.2 Algodão 
Embora a maior parte das fibras utilizadas no setor têxtil tenha origem sintética (cerca 
de 63%), o restante do mercado é dominado pelo algodão, que corresponde a aproximadamente 
24% da necessidade total da indústria (SANDIN; PETERS, 2018). O consumo mundial de 
algodão tem apresentado tendência crescente ao longo dos anos. Na safra de 2017/2018, por 
exemplo, foram consumidos aproximadamente 27,886 milhões de toneladas. Como 
consequência, a quantidade de resíduos de algodão gerados, incluindo os resíduos pré e pós 
consumidor final, cresce concomitantemente (LIU et al., 2018a; SEVERINO et al., 2019) e 
necessita ser valorizada. 
A composição química das fibras de algodão (FAs) pode variar de acordo com a 
espécie do algodoeiro (Gossypium L.), características do ambiente de crescimento (solo, 
temperatura, disponibilidade de água, etc.) e maturidade (quanto mais imatura a fibra, menor a 
disponibilidade de celulose) (HSIEH, 2006). Abaixo, a Tabela 2.1 sumariza os principais 
componentes de uma FA e a Figura 2.2 ilustra a estrutura química da α-celulose. 
Tabela 2.1 – Composição química das fibras de algodão 
Componente Quantidade (%, em base seca) 
Iα-celulose 88,0 – 96,5 
Proteínas 1,0 – 1,9 
Ceras 0,4 – 1,2 
Pectinas 0,4 – 1,2 
Inorgânicos 0,7 – 1,6 
Outros 0,5 – 8,0 
Fonte: (HSIEH, 2006) 
Figura 2.2 – Estrutura química da α-celulose 
 
Fonte: (YUE; ECONOMY, 2016) 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
19 
Componente majoritário nas FAs, a Iα-celulose (fórmula molecular (C6H10O5)n) é, 
estruturalmente, abundante em grupos hidroxila (–OH). Essa característica permite extensiva 
interação intra e intermolecular, conferindo resistência à estrutura e adequabilidade das FAs aos 
tratamentos de beneficiamento que o setor têxtil faz uso, como tingimento e acabamento 
(HSIEH, 2006; YUE; ECONOMY, 2016). Não tóxica, a celulose é também considerada 
ecológica, uma vez que retorna ao ciclo do carbono por meio de biodegradação simples e tem 
seu descarte seguro após a utilização, tornando-a adequada para grande número de aplicações 
industriais nas suas formas in natura ou modificada (SUHAS et al., 2016). Durante a formação 
da celulose, interações de van de Waals e ligações de hidrogênio intermoleculares são formadas 
entre os grupos hidroxil de uma molécula com os oxigênios da molécula adjacente, promovendo 
a agregação das cadeias celulósicas em microfibrilas. As microfibrilas formadas possuem 
regiões amorfas e cristalinas, sendo o índice de cristalinidade (IC) um importante parâmetro 
para a caracterização dessas matrizes (RAMBO; FERREIRA, 2015). 
2.1.3 Resíduos e efluentes têxteis 
 A cadeia produtiva têxtil compreende, conforme apresentado, diversas 
operações capazes de gerar grande quantidade de resíduos, sejam eles sólidos, líquidos ou 
gasosos. A produção desses resíduos, de acordo com as respectivas etapas de geração, está 
resumida na Tabela 2.2. 
Tabela 2.2 – Resumo dos poluentes emitidos durante o processamento têxtil 
Processo Resíduos sólidos Águas Residuais Emissões atmosféricas 
Preparação da fibra 
Fibras, embalagens, 
resíduos duros 
- - 
Fiação 
Embalagem, fios, 
fibras, resíduo de 
algodão e de limpeza 
- - 
Engomagem 
Fibras, fios, 
embalagens, goma 
Demanda Bioquímica 
de Oxigênio (DBO), 
Demanda Química de 
Oxigênio (DQO), 
metais, água de lavagemCompostos Orgânicos 
Voláteis (COVs) 
(continua) 
Fonte: Adaptado de EPA, 1997 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
20 
Processo Resíduos sólidos Águas Residuais Emissões atmosféricas 
Tecelagem/malharia 
Embalagens, fios, 
resíduos de algodão, 
óleo 
- COVs 
Desengomagem 
Embalagens, fibras, 
fios, resíduos de 
limpeza 
DBO, lubrificantes, 
biocidas, compostos 
antiestáticos, água de 
lavagem 
COVs 
Alvejamento - 
Desinfetantes, 
inseticidas, NaOH, 
detergentes, graxas, 
óleos, pectina, cera, 
lubrificantes, solventes 
COVs 
Mercerizarão - pH elevado, NaOH - 
Tingimento - 
Metais, sal, cor, 
surfactantes, compostos 
tóxicos, compostos 
orgânicos, materiais 
catiônicos, DBO, DQO, 
solventes, 
acidez/alcalinidade 
COVs 
Estamparia - 
Sólidos suspensos, 
ureia, solventes, cor, 
metais, calor, DBO, 
espuma 
COVs, gases de 
combustão, material 
particulado 
Acabamento Tecidos, embalagens 
DBO, DQO, sólidos 
suspensos, compostos 
tóxicos, solventes 
COVs, gases de 
combustão, material 
particulado 
Confecção Tecidos - - 
(conclusão) 
Fonte: Adaptado de EPA, 1997 
 
Os resíduos sólidos são, em geral, não nocivos e constituem-se, majoritariamente, de 
retalhos de tecido e partes rejeitadas por conterem defeitos durante a produção nas indústrias 
têxtil e de vestuário. Essas sobras variam em tamanho, formato e volume, de acordo os formatos 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
21 
dos moldes, largura dos rolos e acondicionamento final dos tecidos (Pinheiro, 2016). A 
depender do estágio de produção no qual o resíduo foi gerado, sua composição pode variar 
desde polímeros individuais a sistemas multimatérias. Entretanto, mundialmente, a maior parte 
desse resíduo é destinada a incineração e aterros sanitários, em detrimento da utilização de 
processos de reuso e reciclagem (WANG, 2010). 
Percebe-se, na literatura, uma busca por formas de reaproveitamento de resíduos 
industriais em produtos com novas funcionalidades. Nesse contexto, estudos recentes têm 
reportado a aplicabilidade dos resíduos sólidos têxteis em diversos setores, com destaque para 
construção civil (AVELAR et al., 2016; ECHEVERRIA et al., 2018; LIMA et al., 2019), setor 
petroquímico (AVELAR et al., 2016), produção de energia limpa (HASANZADEH; 
MIRMOHAMADSADEGHI; KARIMI, 2018; NUNES et al., 2018) e remoção de 
contaminantes dos corpos hídricos (ZHOU et al., 2018). 
As operações unitárias que compreendem as etapas de fiação e tecelagem são 
puramente mecânicas e não geram efluentes líquidos. Em contrapartida, o beneficiamento têxtil, 
também chamado de wet processing, utiliza-se de grande quantidade de produtos químicos e 
volumes de água e compreende processos de engomagem/desengomagem, branqueamento, 
mercerização, estamparia, tinturaria e acabamento (HOLKAR et al., 2016). 
Estima-se que mais de 8000 produtos químicos são utilizados na indústria têxtil, entre 
os quais estão bactericidas, amaciantes, resinas, corantes etc. (NIMKAR, 2018). Como 
consequência dessa vasta necessidade de insumos, enormes volumes de efluente com 
composição diversa são gerados e lançados ao ambiente nesse tipo de indústria. Desse grupo, 
os corantes têxteis se destacam pelo alto potencial poluidor, uma vez que: (i) os processos de 
coloração de tecidos não são totalmente eficientes e acabam por lançar, nos efluentes, cerca de 
10 a 20% da quantidade de colorante utilizada; (ii) a presença de corantes em corpos d’água é 
perceptível mesmo em concentrações muito pequenas (>1 ppm) e diminui consideravelmente 
a absorção da luz e, consequentemente, a atividade fotossintética e quantidade de oxigênio 
dissolvido (KATHERESAN; KANSEDO; LAU, 2018). 
2.2 Corantes e Pigmentos 
Colorantes são substâncias químicas capazes de conferir ou modificar a cor de algum 
substrato. Desses, os corantes e pigmentos destacam-se como os principais aditivos utilizados 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
22 
para essa finalidade e diferem-se entre si pelo fato de que, enquanto os corantes são solúveis, 
ou, pelo menos, parcialmente solúveis no meio de aplicação, os pigmentos são formados por 
partículas insolúveis ao meio. Além disso, os primeiros tem natureza exclusivamente orgânica, 
ao passo que os últimos podem ser, também, de natureza inorgânica, sendo principalmente 
compostos de sais e óxidos, a exemplo do óxido de cromo (III) (Cr2O3) (GÜRSES et al., 2016). 
Os corantes podem ter origem natural ou sintética. Os sintéticos, que representam a 
maior parte utilizada na indústria, são estruturalmente estáveis e compostos por dois sítios: (i) 
cromóforo, responsáveis por dar a cor; e (ii) auxocromo, que modifica a capacidade do sítio 
cromóforo de absorver luz e, assim, intensifica ou atenua a cor produzida por ele 
(KATHERESAN; KANSEDO; LAU, 2018). Além disso, dada a sua finalidade, os corantes 
sintéticos são produzidos para que sejam altamente estáveis à presença de luz, temperatura, 
água, detergentes e outros, sendo, portanto, de difícil tratamento ou degradação (CHEQUER et 
al., 2013; GÜRSES et al., 2016). No mesmo sentido, pigmentos tendem a ser ainda mais 
duráveis e resistentes ao calor e a solventes. Por outro lado, costumam apresentar maior 
opacidade e terem um processamento mais difícil (GÜRSES et al., 2016). 
Segundo Gürses et al. (2016), no tocante à classificação quanto ao método de 
aplicação, destacam-se na indústria os seguintes tipos de corantes: (i) reativos, que contêm em 
suas estruturas grupos reativos capazes de formar ligações covalentes com os grupos presentes 
nas fibras do substrato; (ii) dispersos, que apesar de serem substancialmente insolúveis em água, 
têm suas moléculas transferidas ao substrato sob a forma de dispersões muito finas; (iii) ácidos, 
que são sais orgânicos (ácidos sulfônicos), vendidos comercialmente como sais de sódio e, por 
isso, são aplicáveis a certos tipos de fibras (poliamida, lã, seda, e polipropileno) e a misturas 
dessas com outras, como algodão e poliéster; (iv) básicos (ou catiônicos) por possuírem cargas 
positivas geralmente resultantes do cátion amônia (NH4+); (v) diretos, também chamados de 
aniônicos e que possuem afinidade seletiva com fibras celulósicas; e (vi) vats, os quais são 
pigmentos que são convertidos a corantes solúveis por meio de uma redução em solução 
alcalina e possuem afinidade seletiva por algodão. Com relação aos pigmentos, os autores os 
classificam unicamente quanto à sua natureza, isto é: (i) orgânicos, subdivididos, entre outros, 
em azo, antraquinonas, dioaxazinas, quinoftalonas; e (ii) inorgânicos, que podem ser brancos, 
pretos, coloridos ou diversos. 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
23 
2.2.1 Novacronâ Vermelho S-B (VSB) 
O corante Novacronâ Vermelho S-B (Número CAS 161599-85-02, Index Number 
611-128-00-7) é um corante reativo, azoico e aniônico de fórmula molecular 
C46H34Cl2N14Na4O19S6 (Massa Molecular = 1441 g/mol), aspecto sólido granular vermelho 
escuro à temperatura ambiente (Ponto de fusão = 400 °C), solubilidade superior a 100 g/L a 20 
°C em água e pH próximo de 6 para soluções aquosas de concentração superior a 1% (w/w) 
(HUNTSMAN, 2012). A Figura 2.3 apresenta o aspecto do pó e a estrutura química do corante 
VSB. Percebe-se a presença de quatro grupos ionizáveis (–SO3-) e de vários grupos polares que 
podem interagir com a superfície do substrato têxtil (–NH: 3; –OH: 3, –Cl: 2; e –SO:14). 
Figura 2.3 – Corante Novacronâ Vermelho S-B: (A) – Aspecto do pó; (B) – Estrutura química 
 
Fonte: (ECHA, 2019) 
O corante VSB pertence a uma família de corantes altamente utilizada no tingimento 
de fibras de celulose, viscose e suas misturas (IRGROUP, 2012), de forma que os corantes 
reativos compreendem cerca de 50% das ações do setor têxtil e o grupo azo (-N=N-) constitui 
o sítio cromóforomais comum (aproximadamente 70% dos corantes utilizados) (RAJKUMAR; 
KIM, 2006). 
2.3 Métodos de tratamento de efluentes para a remoção de cor 
O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), em sua Resolução No 430 
(2011), que dispõe os padrões de lançamentos de efluentes, determina que este lançamento não 
poderá alterar a característica original do corpo hídrico receptor. Assim, a cor verdadeira deverá 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
24 
estar no nível da cor natural do corpo hídrico. Sob essa perspectiva, métodos específicos de 
tratamento devem ser empregados para esse fim. 
De acordo com, Fernández et al. (2010) as técnicas empregadas para a remoção de 
corantes orgânicos de efluentes industriais podem ser classificadas em destrutivas ou não 
destrutivas. Dentre as primeiras, ganham notoriedade os Processos Oxidativos Avançados 
(POAs), nos quais radicais oxidantes (por exemplo, o radical hidroxila – OH•) são formados a 
partir de componentes do meio reacional, por meio de um agente oxidante (como o reagente 
Fenton) ou pela incidência de radiação (ultravioleta ou ultrassônica), e são usados para completa 
degradação das moléculas de corante. Os POAs são métodos limpos, rápidos e eficientes, 
embora demandem grande quantidade energética e sejam onerosos. Por outro lado, entre os 
métodos não destrutivos, os processos envolvendo adsorção destacam-se pela eficiência, na 
maioria dos casos, com todos os tipos de corante, simplicidade e pelo baixo custo. 
2.4 Adsorção 
O processo de adsorção (Figura 2.4) pode ser compreendido como o acúmulo de uma 
substância (adsorbato) em um sólido (adsorvente) através de uma interface de fases líquido-
sólido ou gás-sólido. Tal processo, de acordo com sua natureza, pode ser de dois tipos: 
quimissorção e fisissorção. No primeiro, por meio de troca de elétrons, moléculas ou íons do 
adsorbato associam-se com a superfície do adsorvente, configurando-se, normalmente, como 
um processo irreversível. Já o segundo é caracterizado pela formação de interações 
intermoleculares, principalmente do tipo van der Waals fracas, adsorbato-adsorvente e é 
geralmente, reversível (YAGUB et al., 2014). Estudos na literatura (AL-DEGS et al., 2008; 
BRIÃO et al., 2018; LI et al., 2009; MALLAMPATI et al., 2015; MORENO-BARBOSA et 
al., 2013; NEUPANE et al., 2015; TAN; AHMAD; HAMEED, 2009) reportam que processo 
de adsorção tem sua eficiência afetada, entre outros, pelos seguintes fatores: (i) área superficial 
e tamanho de partícula de adsorvente; (ii) razão adsorbato-adsorvente; (iii) temperatura; (iv) 
pH; (v) força iônica e (vi) tempo de contato. 
 
 
 
 
Revisão bibliográfica 
 
 
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25 
Figura 2.4 – Processo de adsorção e conceitos envolvidos 
 
Fonte: Adaptado de WORCH (2012) 
2.4.1 Equilíbrio de adsorção 
O estado de equilíbrio no processo de adsorção é atingido quando a taxa das partículas 
adsorvidas à superfície do adsorvente é igual à taxa das partículas que sofrem dessorção. Esse 
acúmulo máximo de adsorbato na superfície de um adsorvente, também chamado de capacidade 
de adsorção pode ser calculado de acordo com a Equação 2.1 (SILVA et al., 2018). 
!! =		 "!#	""% $ 2.1 
Onde: 
qe: quantidade adsorvida no equilíbrio (mg de adsorbato.g de adsorvente-1); 
C0: concentração inicial de adsorbato (mg.L-1); 
Ce: concentração final de adsorbato no equilíbrio (mg.L-1); 
V: volume da solução (L); e 
m: massa do adsorvente (g). 
2.4.2 Isotermas de adsorção 
A isoterma de adsorção é uma importante ferramenta para explicação das suas 
interações com o adsorbato, isto é, para a compreensão do tipo de adsorção (YAGUB et al., 
2014). Além disso, oferece uma estimativa da capacidade máxima de adsorção de um 
adsorvente. Dessa forma, a obtenção das isotermas constitui uma ferramenta importante para 
caracterização fenomenológica do processo de adsorção. A Figura 2.5 mostra os possíveis 
Revisão bibliográfica 
 
 
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26 
formatos adquiridos pelos dados de capacidade de adsorção e concentração residual de 
adsorbato no equilíbrio, de acordo com Nascimento et al. (2014). Sobre esses formatos, a massa 
de adsorbato por unidade de massa de adsorvente (capacidade de adsorção) é: (i) no linear, 
proporcional a concentração de adsorbato no equilíbrio na fase líquida; (ii) no favorável e 
extremamente favorável, alta em baixas concentrações no equilíbrio; e (iii) no desfavorável, 
baixa mesmo em altas concentrações no equilíbrio. 
Figura 2.5 – Principais formatos de isotermas de equilíbrio 
 
Fonte: (NASCIMENTO et al., 2014) 
No tocante ao ajuste matemático os dados de equilíbrio, segundo Wong et al. (2004) 
tratando-se de adsorção líquido-sólido, merecem maior destaque os modelos de Langmuir 
(1918) e Freundlich (1906). O primeiro, apesar de assumir que a superfície é homogênea e que 
todos os sítios ativos têm a mesma afinidade pelo adsorbato, consegue representar bem, muitas 
vezes, sistemas que não atendem essa premissa. Matematicamente, pode ser representado pela 
Equação 2.2, ou ainda, pela forma linearizada (Equação 2.3). 
!! =		 &#$%'&""()	'&"" 2.2 
""
&"
=		 (&#$%'& +
(
&#$%
&! 2.3 
Onde: 
qmax: capacidade máxima de adsorção na monocamada (mg de adsorbato.g de adsorvente-1); 
Revisão bibliográfica 
 
 
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27 
KL: constante de equilíbrio de adsorção relacionada à energia livre (constante de Langmuir, em 
L.mg de adsorbato-1). 
 Ainda com relação ao modelo de Langmuir, utiliza-se o fator de separação RL, calculado 
a partir de KL e C0 (Equação 2.4), para determinar o grau de desenvolvimento do processo de 
adsorção. Se 0 < RL < 1, tem-se que o soluto prefere a fase sólida à líquida; quando RL > 1, tem-
se o oposto; e, por fim, quando RL = 1, tem-se uma isoterma linear (NASCIMENTO et al., 
2014). 
'* =		 (()	'&"! 2.4 
Já o modelo de Freundlich, que foi obtido de forma empírica, é capaz de descrever muito 
bem o processo de adsorção em superfícies heterogêneas e propõe que a energia decresce 
logaritmicamente à medida em que há o recobrimento da superfície. Matematicamente, pode 
ser representado pela Equação 2.5, ou ainda, pela sua forma linearizada (Equação 2.6). 
!! =		(+&!(/- 2.5 
)*+	!! =		 )*+	(+ +	(-&! 2.6 
Onde: 
Kf e n são constantes obtidas empiricamente. Para valores fixos de Kf e Ce, pode-se afirmar que 
a ligação da adsorção será fraca (1/n alto) ou forte (1/n baixo) ou ainda, se o processo é linear 
(n=1), físico (n>1) ou químico (n<1). 
 Os estudos isotérmicos também são utilizados para caracterização textural de materiais 
adsorventes a partir da adsorção em fase gasosa de moléculas com área superficial e volume 
molecular conhecidos a temperaturas pré-estabelecidas. Exemplos de adsorbato utilizados para 
essas determinações são N2(g), Ar(g), Kr(g), CO2(g) (SING, 2013). Dessa forma, os dados obtidos 
assumem, graficamente, formatos específicos cujas interpretações fornecem informações 
importantes a respeito das propriedades texturais do material analisado. Rouquerol et al.(2014) 
propuseram uma classificação expandida dessas isotermas, conforme apresentado na Figura 
2.6. 
 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
28 
Figura 2.6 – Classificação expandida das isotermas de adsorção 
 
Fonte: Adaptado de Rouquerol et al. (2014) 
Como observado na Figura 2.6, as isotermas tipos IIb, IVa e V apresentam regiões de 
loops. Essas regiões são chamadas de histereses e estão relacionadas às regiões de adsorção 
multicamada e, consequentemente, com a presença de poros maiores nas estruturas do 
adsorventes (SING et al., 2013). Assim como as isotermas, as histereses também podem ser 
classificadas de acordo com o seu formato, resultando em poros com características distintas. 
A Figura 2.7 apresenta a classificação proposta por Sing et al. (2013).Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
29 
Figura 2.7 – Tipos de histereses 
 
Fonte: (SING et al., 2013) 
2.4.3 Cinética de adsorção 
O mecanismo de adsorção pode envolver quatro estágios, a saber: (i) difusão no filme, 
no qual os íons de adsorbato migram para a superfície externa do adsorvente; (ii) difusão 
intrapartícula, em que esses íons se difundem dentro dos poros do adsorvente; (iii) adsorção 
propriamente dita dessas partículas nas superfícies internas do adsorvente; e (iv) equilíbrio de 
adsorção, em que ocorre a saturação dos sítios (TAN; AHMAD; HAMEED, 2009). A 
velocidade com que cada etapa ocorre repercute diretamente no modelo que descreverá o 
processo como um todo. 
Existem muitos modelos cinéticos propostos com o intuito de descrever o referido 
mecanismo. De acordo com Li et al. (2009), os principais modelos para ajuste dos dados de 
adsorção em função do tempo são pseudo primeira ordem (LAGERGREN, 1898), pseudo 
segunda ordem (HO; MCKAY, 1999) e o de difusão intrapartícula (WEBER; MORRIS, 1963), 
cujas formas linearizadas encontram-se representadas, respectivamente, pelas equações 2.7 a 
2.9 a seguir. 
)*+	(!! − !.) = 	)*+	!! −	 /'0,232 / 2.7 
Revisão bibliográfica 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
30 
.
&(
=	 (/)&") +	
(
&"
/ 2.8 
!. =	045+	/( 0⁄ + & 2.9 
Onde: 
qt: quantidade adsorvida no tempo t (mg de adsorbato.g de adsorvente-1); 
k1: constante de velocidade de adsorção de pseudo primeira ordem (min-1); 
k2: constante de velocidade de adsorção de pseudo segunda ordem (g de adsorvente.mg de 
adsorbato-1.min-1); 
kdif: coeficiente de difusão intrapartícula (mg de adsorbato.g de adsorvente-1.min0,5); e 
C: constante relacionada com a resistência à difusão (mg de adsorbato.g de adsorvente-1). 
2.4.4 Materiais Adsorventes 
Os adsorventes utilizados podem ter origem natural, como argilas (ALSHAMERI et 
al., 2018; CHAARI et al., 2018), minerais (ZHANG et al., 2018), biopolímeros (LIU et al., 
2018b; MAHMOODI et al., 2011) e resíduos agroindustriais (MALLAMPATI et al., 2015; 
NEUPANE et al., 2015), ou serem sintetizados através de algum processo industrial e/ou 
ativação. Adsorventes sintetizados podem também ser classificados em oxídicos e zeólitos 
(BRIÃO et al., 2018; MOLLA et al., 2019), poliméricos (AZIZI et al., 2018; SATILMIS; 
BUDD, 2017), e/ou carbonáceos e, em geral, apresentam maiores capacidades de adsorção em 
relação aos naturais. Destes, a utilização de carvão ativado, produzido a partir de materiais 
carbonáceos é mais amplamente difundida para a remoção de substâncias orgânicas de corpos 
d’água (WORCH, 2012). 
2.4.4.1 Carvão Ativado 
Os CAs são materiais carbonáceos com grande porosidade interna, o que lhes confere 
elevada área superficial e os tornam adequados para utilização em processos de adsorção. A 
Figura 2.8 ilustra essa característica. Como pode ser observado, há a formação de verdadeiros 
canais interligados de macro, meso e/ou microporos, de acordo com a classificação apresentada 
na Tabela 2.3. 
Revisão bibliográfica 
 
 
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31 
Figura 2.8 – Estrutura de um carvão ativado 
 
Fonte: Adaptado de FARES et al. (2018) 
Tabela 2.3 – Classificação dos poros de acordo com o seu diâmetro 
 Diâmetro do poro (dp, em nm) 
Microporo < 2 
Mesoporo entre 2 e 50 
Macroporo > 50 
Fonte: (GREGG; SING, 1982) 
Os microporos têm a maior contribuição para a alta área superficial dos carvões 
ativados e proporcionam adequabilidade para a adsorção de moléculas de dimensões pequenas 
como, por exemplo, gases. Os mesoporos, no entanto, são indispensáveis para boas taxas de 
adsorção de moléculas grandes, tais como corantes orgânicos. Já os macroporos têm sua 
importância como meio de transporte para que o adsorbato chegue aos poros menores no 
interior do adsorvente (DANIEL, 2009). 
2.4.4.2 Produção de carvão ativado 
CAs são obtidos através de processos de pirólise e ativação de precursores carbonáceos 
e podem se apresentar nas formas de pó, granular ou fibrosa. Esses três tipos possuem rotas de 
fabricação similares as quais envolvem: estabilização/pré-tratamento, carbonização e ativação. 
A Figura 2.9 apresenta um diagrama de blocos com as etapas para obtenção de carvões ativados. 
Revisão bibliográfica 
 
 
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32 
Figura 2.9 – Diagrama esquemático de obtenção de um CA 
 
Fonte: Adaptado de YUE e ECONOMY (2016) 
Tratando-se de precursores têxteis, a estabilização/pré-tratamento é uma etapa crítica 
para o processo de pirólise, uma vez que os tecidos e fibras têxteis se fundiriam, ou até mesmo 
degradariam ao atingirem elevadas temperaturas. No tocante às fibras celulósicas, como o 
algodão, a impregnação com soluções aquosas de retardadores de chama (ácidos de Lewis, 
ácidos fortes, etc.), promove a desidratação mais rápida e a temperaturas mais baixas e reduz a 
chance de produção de levoglucosano, marcador atmosférico da queima de biomassa e 
subproduto indesejado, além de promover maior qualidade dos poros e das propriedades 
adsortivas do CA obtido (YUE; ECONOMY, 2016). Entre os retardadores de chama utilizados 
em fibras celulósicas, o ácido fosfórico (H3PO4) destaca-se na literatura para a produção de 
CAs mesoporosos (BELTRAME et al., 2018; DUAN et al., 2017; SILVA et al., 2018; ZHENG; 
ZHAO; YE, 2014). 
A etapa carbonização (pirólise) é promovida pelo aquecimento do precursor sob uma 
atmosfera inerte ou redutora em uma faixa de temperatura que varia de acordo com a sua 
natureza. As variáveis-chave do processo de pirólise são a taxa de aquecimento, temperatura 
final e tempo de residência, controlando o grau de carbonização, teor de carbono e o tamanho 
e grau de desordem da estrutura formada. O mecanismo predominante da carbonização de fibras 
celulósicas pode ser compreendido em quatro estágios principais (Figura 2.10), a saber: (i) entre 
25 e 150 °C, eliminação da água absorvida; (ii) entre 150 e 240 °C, desidratação intramolecular; 
(iii) entre 240 e 400 °C, degradação térmica com quebra das ligações C-O e C-C e formação de 
H2O, CO e CO2; e (iv) entre 400 e 700 °C, quebra das unidades de celulose e repolimerização 
para a produção de uma estrutura grafítica (TANG; BACON, 1964). 
Revisão bibliográfica 
 
 
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33 
Figura 2.10 – Mecanismo simplificado das reações envolvidas na carbonização de fibras 
celulósicas 
 
Fonte: Adaptado de YUE e ECONOMY (2016) 
Por fim, a etapa de ativação aparece como a mais importante na produção de CAs, uma 
vez que este é o responsável pelo desenvolvimento efetivo da porosidade necessária para 
adsorção. Essa etapa pode ser de dois tipos: (i) física, que envolve a utilização de gases quentes 
(CO2, O2, vapor d’água, entre outros), fluidos supercríticos ou plasma e, geralmente requer 
temperaturas mais altas; e (ii) química, na qual reagentes (H3PO4, ZnCl2, NaOH, KOH, KBr, 
H3BO3, entre outros) são incorporados no precursor. Esses métodos podem ser utilizados 
isoladamente ou combinados. Tratando-se de ativações químicas, na maioria dos casos, a 
Revisão bibliográfica 
 
 
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34 
carbonização e a ativação são realizadas simultaneamente. Esse tipo necessita de menores 
tempos de residência e tem maior rendimento (YUE; ECONOMY, 2016). Entretanto, os dois 
métodos possuem vantagens e desvantagens: o primeiro é normalmente utilizado quando 
deseja-se obter carvões microporosos, ao passo que o segundo geralmente acarreta em materiais 
com maiores volumes de poro, tornando-os mais adequados para adsorção em fase líquida 
(SUHAS et al., 2016). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Materiais e métodos 
 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
36 
3. Materiais e MétodosNeste capítulo, estarão descritos os materiais e procedimentos utilizados durante a 
realização do trabalho, incluídas as etapas de síntese, caracterização e avaliação da capacidade 
de adsorção do carvão ativado a partir de resíduos de fibras de algodão da indústria têxtil. A 
Figura 3.1 apresenta um diagrama de blocos simplificado com o desenvolvimento experimental. 
Figura 3.1 – Diagrama de blocos do procedimento experimental adotado durante este trabalho: 
FRX – Fluorescência de Raios-X; TG – Análise Termogravimétrica; FTIR – Espectroscopia no 
Infravermelho por Transformada de Fourrier; DRX – Difração de Raios-X; MEV – 
Microscopia Eletrônica de Varredura; AI – Análise Imediata; BET – Método Brunauer-Emmet-
Teller; BJH – Método Barret-Joyner-Halenda; PZ – Potencial Zeta; pH – Potencial 
Hidrogeniônico; [VSB]0 – Concentração inicial de adsorbato; I – Força Iônica 
 
Fonte: (Autor) 
3.1 Reagentes e Materiais 
A Tabela 3.1 apresenta os reagentes e materiais utilizados no desenvolvimento deste 
trabalho, juntamente com os respectivos graus de pureza, fabricantes e/ou fornecedores. 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
37 
Tabela 3.1 – Reagentes e materiais utilizados 
Reagente/Material Pureza (%) Fabricante/Fornecedor 
Tecido de Algodão 100 Coteminasâ S/A 
Corante Novacronâ Vermelho S-B NI Huntsman Química/Vicunha Têxtil SA 
Carvão Ativo em Pó P.A.* 91,85 Dinâmica Química 
NaOH Micropérola P.A. 98 Synth 
H3PO4 (ORTO) P.A. 85 Vetec 
HCl P.A. 36,5 Synth 
NaCl P.A. 99 Ciavicco 
N2 99,999 Linde 
NI – Não Informado 
* Carvão obtido pela pirólise da quenga do coco em mufla, utilizando KOH como ativante químico 
Fonte: (Autor) 
 
3.2 Síntese do Carvão Ativado de Tecido (CAT) 
3.2.1 Preparação do precursor de carbono 
O resíduo têxtil recebido corresponde às etapas finais de beneficiamento e apresentava 
diferentes tamanhos e colorações. Foi separada uma amostra homogênea do resíduo que foi 
cortada em pedaços de aproximadamente 1,5 cm x 1,5 cm. Em seguida, realizou-se a moagem 
do material em moinho de facas (Star FT 50, Fortinox, Laboratório de Bioprocessos/UFRN), 
com padronização em 30 mesh. O material resultante foi identificado como resíduo de fíbra de 
algodão (RFA). 
A etapa de impregnação se deu com base na metodologia proposta por Shamsuddin, 
Yussof e Sulaiman (2016). Para isso, amostras de RFA foram postas em contato com H3PO4 
(25% m/m) na razão 1:5 por 24 h; em seguida, o material foi seco em estufa a 105 °C por 24 h 
(Modelo 1.5, Odontobraz) e o precursor de carbono foi identificado como RFA+H3PO4. 
3.2.2 Ativação e Carbonização (Pirólise) 
O aparato experimental utilizado na etapa de pirólise para obtenção do CA a partir de 
RFA+H3PO4 (precursor de carbono) encontra-se ilustrado na Figura 3.2. 
 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
38 
Figura 3.2 – Aparato experimental da etapa de pirólise. 1 – Rotâmetro para controle do fluxo de 
N2; 2 – Sistema de vedação; 3 – Reator de aço inoxidável; 4 – Forno tubular vertical; 5 – 
Controlador PID de temperatura; 6 – Malha de 100 mesh para suporte; 7 – Precursor de 
carbono impregnado com H3PO4; 8 – Borbulhador; 9 – Saída dos produtos gasosos de pirólise 
 
Fonte: (Autor) 
 
O procedimento experimental adotado foi baseado no proposto por Silva et al. (2018), 
respeitando-se os limites operacionais do forno utilizado. Desse modo, durante essa etapa, o 
reator de aço inoxidável (di = 9,92 mm; H = 18,04 mm), era alimentado com cerca de 2,75 ± 
0,36 g de RFA impregnado com H3PO4. Foram utilizadas duas folhas de malha de aço inox 100 
mesh em formato circular na base do reator para suporte do precursor de carbono e permissão 
de passagem de nitrogênio. 
Alimentado o reator, este era inserido em um forno tubular vertical (F21100 Tube 
Furnace, Thermolyne Corporation) equipado com controlador de temperatura (2116 PID 
Temperature Controller, Eurotherm). Foi estabelecido um tempo de vinte minutos de purga para 
completa inertização da atmosfera no interior do reator, utilizando-se, para isso, de uma vazão 
de 100 mL.min-1 de nitrogênio (N2). Sob a mesma vazão, para a pirólise em si, foram adotados 
dois estágios: aquecimento a 5 °C.min-1 desde a temperatura ambiente até o patamar de 500 °C, 
com permanência de 3h nessa temperatura; e resfriamento partindo de 500 °C. Em seguida o 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
39 
reator era desacoplado e o resfriamento era continuado em dessecador. O rendimento da pirólise 
(ηpir) pôde ser calculado de acordo com a Equação 3.1. 
1789(%) = 	 :*+,:-./01.23. ∗ 455 3.1 
Onde: 
mCaL é a massa de carvão ativado antes da etapa de lavagem (g); 
mprecursor a massa de precursor de carbono alimentado no reator. 
Para que não houvesse resquícios de óleo na superfície dos CAs e fosse retirado o 
máximo possível H3PO4 não incorporado no material, os pós obtidos foram lavados com 10 mL 
de solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 mol/L e, em seguida, com água destilada 
repetidamente até que o pH da água atingisse a neutralidade (entre 6 e 7), utilizando-se para 
isso bomba a vácuo (Modelo TE-0580, Tecnal) e papel de filtro com abertura média de poros 
de 8 μm (JP42 – Faixa Azul, Quanty). Em seguida, os materiais foram secos em estufa a 105 
°C por 24h e, após isso, guardados em dessecador e identificados como CAT. 
3.3 Métodos Analíticos 
3.3.1 Análise Imediata (AI) 
A análise imediata de uma amostra tem por objetivo determinar o seu teor de carbono 
fixo (Cfixo), ou seja, aquele que não é eliminado por aquecimento na ausência de oxigênio. Para 
isso, os teores de umidade (U), voláteis (V) e cinzas (C`) foram determinados com métodos 
gravimétricos baseados nos padrões publicados pela ASTM International, conforme a Tabela 
3.2. Os aquecimentos foram realizados em mufla (Modelo 1800, Logen) ou estufa, de acordo 
com cada norma. 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
40 
Tabela 3.2 – Normas ASTM utilizadas na análise imediata 
 Norma 
Teor de Umidade ASTM E871-82 (2019a) 
Teor de Voláteis ASTM E872-82 (2019b) 
Teor de Cinzas ASTM E1755-01 (2015) 
Fonte: (Autor) 
 
Então, o teor de carbono fixo foi determinado de acordo com a Equação 3.2. 
6;8<= = 455 − 7 − 8 − 6` 3.2 
3.3.2 Análise Termogravimétrica (TG) 
A análise termogravimétrica tem como objetivo avaliar a influência da inserção dos 
grupos fosfatos provenientes do ácido fosfórico na estrutura do RFA na sua estabilidade 
térmica. Para tanto, certas quantidades das amostras de RFA e RSF+H3PO4 foram aquecidas da 
temperatura ambiente até 850 °C, com taxa de aquecimento de 5 °C/min e sob atmosfera inerte 
de nitrogênio com vazão de 100 mL.min-1 em analisador térmico (Modelo Q50, TA 
Instruments, Laboratório de Carvão Ativado/UFPB). Os resultados foram expressos em termos 
de percentual da massa inicial das amostras. 
3.3.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
A morfologia do RFA e dos carvões CAT e CAC foi observada a partir de um 
microscópio eletrônico de varredura (Tabletop Microscope TM-3000, Hitachi, Laboratório de 
Caracterização Estrutural de Materiais/UFRN). Para isso, quantidades desses materiais foram 
fixadas em fita adesiva de carbono em um porta-amostra de inox e inseridas no equipamento. 
Foram feitas imagens com aumentos de 500x e 1000x. 
3.3.4 Difração de Raios-X (DRX) 
As amostras de RFA, CAT e CAC foram submetidas a um difratômetro de raios-x 
(DRX-6000, Shimadzu, Laboratório de Caracterização Estrutural de Materiais/UFRN) para 
identificação das fases. Foi utilizada radiação de Cu-Kα (λ = 1,54 Å), com uma tensão de 40 
kV e uma corrente de 30 mA e uma taxa de varredura de 5°.min-1 com um passo de 0,02° para 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
41 
a faixa de varredura (2θ) de 10 a 80°. Em seguida, os difratogramas obtidos foram comparados 
com fichas-padrão nosoftware XPert HighScore Pluse. 
O Índice de Cristalinidade da celulose (IC) presente na amostra de RFA foi 
determinado de acordo com a metodologia empírica desenvolvida por Segal et al. (1959). O IC 
foi calculado utilizando-se a Equação 3.3. O mesmo método foi utilizado para determinar a 
cristalinidade dos carvões em estudo. 
:&(%) = 	 >!!)#	>45>!!) ∗ 455 3.3 
Onde: 
I002 é a intensidade máxima de difração no plano (002); e 
IAM é a intensidade de difração do background amorfo em 2q = 18°. 
3.3.5 Fluorescência de Raios-X (FRX) 
As amostras de RFA, CAT e CAC foram submetidas à técnica de fluorescência de 
raios-x (EDX-720, Shimadzu, Laboratório de Caracterização Estrutural de Materiais/UFRN) 
para identificação e quantificação dos elementos químicos presentes antes e depois da pirólise 
do resíduo têxtil e comparação com a composição química do carvão ativado disponível 
comercialmente. 
3.3.6 Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier 
(FTIR) 
As amostras de RFA, CAT e CAC tiveram suas características químicas analisadas 
através de espectros FT-IR. Para essa finalidade, foram preparadas pastilhas dessas amostras 
com KBr e foram obtidos espectros de transmitância no intervalo de número de onda (k) de 400 
a 4000 cm-1 (Modelo 16 PC, Perkin, Laboratório de Caracterização Estrutural de 
Materiais/UFRN). 
3.3.7 Volumetria de Nitrogênio a 77 K 
A análise textural dos carvões CAT e CAC foi realizada a partir da obtenção das 
respectivas isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio a 77 K (Nova 1200e, 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
42 
Quantachrome Instruments, Instituto de Química/USP). Os parâmetros texturais foram 
determinados a partir da aplicação de métodos matemáticos conhecidos na literatura, a saber: 
BET (BRUNAUER; EMMETT; TELLER, 1938) para área superficial específica (SBET) e BJH 
(BARRET; JOYNER; HALENDA, 1951) para o volume (VTP), diâmetro (dp) e a distribuição 
dos poros (Vmicro e Vmeso). 
3.3.8 Potencial Zeta (PZ) 
O potencial zeta é um importante parâmetro para estimativa das cargas elétricas 
presentes na superfície de um material. Para a determinação desse parâmetro, foi utilizada a 
metodologia descrita por Zhu et al. (2015), segundo a qual: 5 mg de carvão são colocados em 
100 mL de água e o pH dessas amostras é ajustado entre 2 e 11 utilizando-se para isso de 
soluções 0,1 mol.L-1 de HCl ou NaOH; por fim, as amostras são dispersas em banho 
ultrassônico (Eco-sonics Q1.8/40, Ultronique) a 40 kHz por 30 minutos antes de serem inseridas 
no Zeta Potential Analyzer (ZetaPlus, Brookheaven Instruments Corporation, Núcleo de Ensino 
e Pesquisa em Petróleo e Gás/UFRN). As determinações de PZ para cada um dos pHs foram 
feitas em dez medidas, cada uma com dez ciclos. Os resultados foram plotados e o valor de pH 
em que o PZ é nulo foi tipo como ponto isoelétrico (pHiso), ou seja, o ponto em que há mudança 
no predomínio de cargas na superfície. 
3.3.9 Espectroscopia UV/Vis 
Para esta análise, soluções do corante VSB de concentração definida, a saber 1, 5, 10, 
20 e 30 ppm, tiveram suas curvas de absorbância identificadas na faixa de comprimento de onda 
400 cm-1 ≤ λ ≥ 800 cm-1 em espectrofotômetro UV-Vis (Modelo UV-1800, Shimadzu, Instituto 
de Química/UFRN). Feito isso, foram preparadas soluções de 0, 1, 2, 5, 7, 10, 25, 50, 75 e 100 
ppm do corante VSB para obtenção de uma curva de calibração no comprimento de onda 
correspondente ao pico de absorbância no visível, possibilitando, assim, acompanhamento dos 
ensaios de adsorção em espectrofotômetro Vis (V-M5, Bel Photonics). 
3.4 Testes de adsorção em efluente sintético 
Não foram encontrados na literatura estudos utilizando o corante Novacron Vermelho 
S-B para a preparação do efluente sintético. No entanto, ele pode ser considerado um bom 
parâmetro de avaliação do potencial adsortivo de carvões por pertencer a categorias bastante 
representativas no do setor têxtil. Desse modo, o CAT foi avaliado segundo sua capacidade de 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
43 
adsorção do corante VSB em um efluente sintético e seu desempenho foi comparado com o 
CAC. 
 As etapas de adsorção foram baseadas nos experimentos realizados por Silva et al. 
(2018), e por Tan, Ahmad e Hameed (2009) e encontram-se descritas a seguir. Para a realização 
dessas etapas, fez-se uso de erlenmeyers de 50 mL em shaker termostático (TE-421, Tecnal, 
Laboratório de Engenharia Bioquímica/UFRN). Todos os experimentos foram realizados em 
duplicata. A Tabela 3.3 apresenta os parâmetros fixos para todos os experimentos realizados 
nessa etapa. Após o tempo estabelecido, os carvões eram filtrados com uso de filtro de seringa 
com abertura de 45 µm (Kasvi) e as soluções tinham sua absorbância lida no comprimento de 
onda de λ = 505 nm. 
Tabela 3.3 – Parâmetros experimentais fixos 
Parâmetro Valor 
Volume de solução 25 mL 
Massa de adsorvente 20 mg 
Temperatura 25 °C 
Rotação 150 rpm 
Fonte: (Autor) 
 
3.4.1 Testes exploratórios 
Para realização desses testes, as soluções de corante VSB foram postas em contato 
com o carvão CAT ou CAC por 6h. Realizados os testes, foi escolhida a configuração com a 
qual foram determinadas as cinéticas e isotermas de adsorção. 
3.4.1.1 Efeito do pH 
O efeito do pH no processo de adsorção foi investigado mediante o ajuste do pH do 
efluente sintético ([VSB] = 50 ppm; I = 0,1 mol NaCl.L-1) para os valores de 2, 6 e 10 em 
pHmetro calibrado (Modelo LUCA-210, MS Tecnopon), utilizando, para o ajuste, soluções de 
HCl ou NaOH de 0,1 mol.L-1. 
Materiais e métodos 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
44 
3.4.1.2 Efeito da concentração inicial de adsorbato ([VSB]) 
Foi investigado se haveria um aumento da capacidade de adsorção mediante a 
diminuição da concentração inicial do adsorbato. Foram estabelecidas as concentrações de 10, 
30 e 50 ppm para isso, mantendo-se o pH = 2 e I = 0,1 mol NaCl.L-1. 
3.4.1.3 Efeito da força iônica (I) 
A presença de eletrólitos para manutenção ou aumento da força iônica pode ter efeito 
considerável nas interações eletrostáticas adsorbato-adsorvente (HU et al., 2013). Em seus 
estudos, Al-Degs et al. (2008) investigaram a adsorção de corantes reativos em um carvão 
ativado comercial e encontraram que adição de NaCl só possuía efeito significativo até uma 
concentração de 0,1 mol/L. Desse modo, para avaliar a influência desse parâmetro na adsorção 
do corante VSB nos carvões CAT e CAC, foram preparadas soluções (pH = 2) com diferentes 
forças iônicas, a saber: 0, 0,05 e 0,1 mol de NaCl.L-1. 
3.4.2 Cinéticas 
Para a obtenção das cinéticas de adsorção, as amostras de efluente sintético ([VSB] = 
50 ppm, pH =2, I = 0,05 mol NaCl.L-1) foram postas em contato com os carvões ativados por 
tempos pré-definidos até que a concentração de corante VSB não apresentasse variação 
considerável, a saber: 10, 20, 30, 60, 120, 180, 240, 300, 360, 720 e 1080 min. Os dados obtidos 
foram analisados segundo os modelos cinéticos de pseudo primeira, pseudo segunda ordem e 
de difusão intrapartícula. O tempo em que a capacidade de adsorção permaneceu constante foi 
tido como tempo de equilíbrio (teq). 
3.4.3 Isotermas 
As isotermas de adsorção foram obtidas, utilizando-se soluções de diferentes 
concentrações de VSB, a saber: 25, 50, 75, 100, 150 e 200 ppm. As soluções foram postas em 
contato com os carvões por tempo igual ao teq obtido no estudo cinético. Os dados foram 
avaliados segundo os modelos de Langmuir (1906) e de Freundlich (1918). 
 
 
Resultados e discussão 
 
João Gabriel Bezerra Costa, março/2020 
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Resultados e discussão 
 
Resultados e discussão 
 
 
João Gabriel Bezerra Costa, agosto/2020 
 
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4. Resultados e discussão 
Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos