Biocarvão de casca de mandioca: estudos de adsorção com Ca2+, Mg2+ e Pb2+ para aplicações ambientais e agrícolas

Biocarvão de casca de mandioca: estudos de adsorção com Ca2+, Mg2+ e Pb2+ para aplicações ambientais e agrícolas

Autor(a)
Silva, Reverson da.
<reverson.silva@arapiraca.ufal.br>
Ano de publicação
2026
Data da defesa
05/03/2026
Curso/Outros
Mestrado Agricultura e Ambiente (PPGAA)
Número de folhas
67
Tipo
Dissertação
Local
UFAL, Campus Arapiraca, Unidade Educacional ARAPIRACA
Resumo

O crescimento das atividades agroindustriais no Brasil tem intensificado a geração de resíduos, cujo manejo inadequado pode causar impactos ambientais relevantes, especialmente relacionados à contaminação de solos e de recursos hídricos. Nesse contexto, a valorização de resíduos provenientes da cadeia produtiva da mandioca, cultura de grande importância socioeconômica no país, surge como uma alternativa promissora para reduzir esses impactos e promover práticas mais sustentáveis. Este trabalho teve como objetivo investigar o potencial adsorptivo do biocarvão produzido a partir da casca de mandioca, obtido por pirólise a 450 °C, na remoção dos cátions Ca²⁺, Mg²⁺ e Pb²⁺ em solução aquosa. Os ensaios de adsorção foram conduzidos em sistema batelada, com controle de pH, avaliando-se a influência do tempo de contato e da concentração inicial dos íons metálicos. Os estudos cinéticos mostraram que a adsorção ocorre de forma rápida nos estágios iniciais, seguida por uma estabilização gradual do sistema, alcançando o equilíbrio em aproximadamente 1440 min para todos os metais analisados. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais, com elevados coeficientes de determinação e valores de capacidade de adsorção calculados próximos aos experimentais, indicando que o processo é predominantemente controlado pelas interações entre os íons metálicos e os sítios ativos presentes na superfície do biocarvão. A análise das isotermas de adsorção indicou a ausência de um platô bem definido, sugerindo que o processo ocorre em superfícies heterogêneas. O modelo de Freundlich apresentou melhor desempenho para Ca²⁺, Mg²⁺ e Pb²⁺, evidenciando a existência de múltiplos sítios de adsorção com diferentes energias de interação. Observou-se ainda uma maior afinidade do biocarvão pelo Pb²⁺, possivelmente associada a mecanismos de complexação superficial e precipitação, enquanto Ca²⁺ e Mg²⁺ apresentaram comportamento de adsorção mais moderado, relacionado principalmente a interações eletrostáticas e processos de troca iônica. De forma geral, os resultados demonstram que o biocarvão de casca de mandioca possui elevado potencial para aplicação em processos de remediação ambiental associados a posterior aplicação agrícola, consolidando-se como uma alternativa sustentável, de baixo custo e ambientalmente adequada para o tratamento de sistemas aquáticos contaminados por metais.

Abstract

The growth of agro-industrial activities in Brazil has intensified the generation of waste, whose inadequate management can cause significant environmental impacts, especially related to soil and water contamination. In this context, the valorization of waste from the cassava production chain, a crop of great socio-economic importance in the country, emerges as a promising alternative to reduce these impacts and promote more sustainable practices. This work aimed to investigate the adsorptive potential of biochar produced from cassava peel, obtained by pyrolysis at 450 °C, in the removal of Ca²⁺, Mg²⁺, and Pb²⁺ cations in aqueous solution. Adsorption tests were conducted in a batch system, with pH control, evaluating the influence of contact time and initial concentration of metal ions. Kinetic studies showed that adsorption occurs rapidly in the initial stages, followed by a gradual stabilization of the system, reaching equilibrium in approximately 1440 min for all metals analyzed. The pseudo-second-order kinetic model showed the best fit to the experimental data, with high coefficients of determination and calculated adsorption capacity values ​​close to the experimental ones, indicating that the process is predominantly controlled by the interactions between metal ions and the active sites present on the biochar surface. The analysis of the adsorption isotherms indicated the absence of a well-defined plateau, suggesting that the process occurs on heterogeneous surfaces. The Freundlich model showed better performance for Ca²⁺, Mg²⁺, and Pb²⁺, evidencing the existence of multiple adsorption sites with different interaction energies. A greater affinity of biochar for Pb²⁺ was also observed, possibly associated with surface complexation and precipitation mechanisms, while Ca²⁺ and Mg²⁺ showed more moderate adsorption behavior, mainly related to electrostatic interactions and ion exchange processes. Overall, the results demonstrate that cassava peel biochar has high potential for application in environmental remediation processes associated with subsequent agricultural application, establishing itself as a sustainable, low-cost, and environmentally sound alternative for the treatment of aquatic systems contaminated by metals.

Orientador(a)
Dr. Botero, Wander Gustavo.
Coorientador(a)
Dr. Santos, Diógenes Meneses dos.
Banca Examinadora
Dr.ª Fernandes, Andréa Pires.
Dr. Santos, Cícero Gomes dos.
Dr. Santos, Diógenes Meneses dos.
Palavras-chave
Resíduos agroindustriais.
Cátions - Adsorção.
Água - Tratamento.
Metais - Solução aquosa.
Biochar.
Áreas do Conhecimento/Localização
Coleção Propriedade Intelectual (CPI) - BSCA.
Categorias CNPQ
5.00.00.00-4 Ciências agrárias.
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