Produção, caracterização e aplicação de carvão ativado pulverizado obtido a partir de lignina kraft

Abstract

A extração da lignina kraft (LK) do licor preto (LP) gerado no processo de polpação é uma opção atraente devido aos diversos produtos de alto valor agregado que podem ser obtidos deste material. A possível conversão de fábricas de polpa celulósicas em biorrefinarias diversificaria sua linha de produtos e aumentaria a capacidade de produção de polpa, ao diminuir a carga orgânica (lignina) enviada para a queima nas caldeiras de recuperação. A produção de carvão ativado (CA) a partir de LK é uma opção viável devido às boas características físico-químicas, ao alto volume e disponibilidade da matéria prima. O uso do CA no processo de produção de polpa celulósica kraft é amplo, sobretudo para o tratamento de águas e de efluentes. Na presente pesquisa o CA foi utilizado visando o tratamento setorial dos filtrados do branqueamento (remoção de Mn) e no tratamento terciário de efluentes para a remoção de fósforo e matéria orgânica (DQO). O CA produzido foi quimicamente ativado com NaOH e apresentou características físico-químicas e morfológicas adequadas, as quais foram determinadas através de análise elementar e imediata, análise de metais, capacidade de troca catiônica, ponto de carga zero, número de iodo, análise de microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia na região infravermelho e difração de raio-X Adicionalmente foram feitos testes de cinética para conhecer o mecanismo de adsorção avaliando modelos de pseudo primeira e segunda ordem, difusão intrapartícula e Elovich. O equilíbrio de adsorção também foi avaliado, aplicando-se modelagem com as equações de isotermas de Langmuir e Freundlich. O adsorvente apresentou uma alta capacidade de remoção de fósforo e de matéria orgânica 88,1% e 52,8% respectivamente. Na remoção de Mn não foi evidenciada nenhuma remoção do elemento, pelo contrário foi liberado Mn na solução. Esta liberação do elemento está associada à alta concentração de metais (Mn) no CA e na LK. No entanto, o uso de CA para a remoção de Mn não deveria ser descartado. O CA a partir de LK foi eficiente no tratamento terciário para a remoção de fósforo e de matéria orgânica recalcitrante, permitindo uma melhora da qualidade do efluente final. Palavras-chave: Biorrefinaria. Tratamento de Efluentes. Lignina Kraft. Carvão Ativado. Poluição hídrica.

The possibility of extracting kraft lignin (KL) from the black liquor (BL) generated in the pulping process is an attractive option due to the various high-value-added products that can be obtained from this material. The possible conversion of pulp mills into biorefineries would diversify their product line and would increase the pulp production capacity by decreasing the organic load (lignin) sent for burning in the recovery boilers. The production of activated carbon (AC) from KL is a viable option due to good physicochemical characteristics, high volume, and raw material availability. The use of AC within a kraft pulp mill is broad, mainly for water and effluent treatment. The research aimed at the sectorial treatment of bleaching filtrates (Mn removal) and the tertiary treatment of effluents for phosphorus and organic matter (COD) removal. The produced AC was chemically activated with NaOH and presented adequate physicochemical and morphological characteristics. which were determined through elemental and immediate analysis, metal analysis, cation exchange capacity, point of zero charges, iodine number, scanning electron microscopy, spectral analysis with infrared spectroscopy, and X-ray diffraction. Additionally, kinetic tests were performed to understand the mechanism of adsorption, evaluating models of pseudo first and second order, intraparticle diffusion, and Elovich. The adsorption equilibrium was also evaluated, applying modeling with Langmuir and Freundlich isotherm equations. The adsorbent showed a high capacity of phosphorus and organic matter removal 88.1% and 52.8%, respectively. In the Mn adsorption tests, the removal of the element was not evidenced, on the contrary, Mn was released into the solution. This release of the element is associated with the high concentration of metals (Mn) in the AC and KL. However, the use of AC for Mn removal should not be discarded. The AC from KL was efficient as a tertiary treatment in removing phosphorus and recalcitrant organic matter, allowing the improvement of the final effluent quality. Keywords: Biorefinery. Effluent Treatment. Kraft Lignin. Activated Carbon. Water Pollution.