Preparação de biocarvões a partir de resíduos agroindustriais: caracterização e aplicação eletroquímica
Data
2026-03-06
Autores
Boas, Eduardo Custódio Vilas
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Resumo
Biocarvões são (nano)materiais carbonáceos preparados a partir da carbonização de diferentes matérias-primas precursoras tais como, biomassas lignocelulósicas, resíduos de origem animal, lodo de esgoto, dentre outros. O objetivo desta Dissertação foi avaliar o efeito da estrutura, composição e tamanho das partículas de biocarvões na modificação de eletrodos de carbono vítreo, visando o desenvolvimento de um sensor eletroquímico para determinação do antibiótico ciprofloxacino (CIP) em amostras de medicamentos. Para tal, foram avaliados três métodos de carbonização: i) pirólise; ii) carbonização hidrotérmica e iii) tratamento térmico em atmosfera estática de ar. Para o controle do tamanho de partículas, foi utilizada a moagem em moinho de bolas de alta energia, como pós processamento. Os biocarvões obtidos foram caracterizados por análise elementar CHNS, análise termogravimétrica (TGA), espectroscopias no infravermelho (FTIR), Raman e de fotoelétrons de raios X (XPS), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio. Os biocarvões apresentaram baixo ordenamento estrutural, com halo-amorfo nos difratogramas de raios X em aproximadamente 23° (2θ). No entanto, para a pirólise e para o tratamento térmico em atmosfera estática de ar foi possível observar aumento relativo no ordenamento estrutural com o aumento da temperatura de tratamento. A composição dos biocarvões revelou diferenças significativas decorrentes dos tratamentos térmicos aplicados. Os espectros FTIR apresentaram perfis espectrais distintos entre as amostras, sendo possível detectar bandas características dos grupos O-H, C-H, C=O e C=C na maioria dos biocarvões. Entretanto, os espectros dos biocarvões pirolíticos submetidos a 700 °C, 1000 °C e 1300 °C não apresentaram nenhuma banda identificável. Os espectros Raman dos biocarvões apresentaram perfis característicos de materiais carbonáceos, com bandas D e G. Os biocarvões apresentaram baixa área superficial específica (SBET < 100 m2/g), exceto o biocarvão preparado por pirólise a 1300 °C, que apresentou SBET = 294 m2/g. A partir das imagens SEM observou-se a morfologia dos biocarvões, que se mostrou semelhantes à de fibras vegetais, apresentando superfícies heterogêneas e rugosas. A moagem promoveu a oxidação dos biocarvões, evidenciado pelo aumento relativo das ligações do C – O, conforme demostrando nos espectros XPS. Além disso, nos espectros FTIR, a banda atribuída ao estiramento C=O, apresentou mudança no perfil de linha, caracterizado por um alargamento. Nos espectros Raman foi observado aumento da razão ID/IG, aumento da amorfização, representado pelo aumento da área da banda S e maior largura a meia altura após a moagem. A morfologia e tamanho das partículas do biocarvão foram significativamente alteradas após a moagem, apresentando formas irregulares, pontiagudas e interfaces típicas de fratura. A faixa mais importante de tamanho após as moagens foi entre 80 e 500 nm. A caracterização da performance eletroquímica dos eletrodos produzidos para a determinação de CIP foi realizada por voltametria cíclica (VC). Para a construção do sensor eletroquímico os biocarvões produzidos foram utilizados na modificação do carbono vítreo (GCE) pelo método de drop casting. Todos os eletrodos modificados foram sensíveis ao analito, apresentando pico de oxidação em aproximadamente +1,05 V. A amostra preparada por tratamento térmico em atmosfera estática de ar a 500 °C por 1 h (TTBC 500 °C 1 h) teve melhor resposta, sendo selecionado para a moagem. Após a moagem foi observado aumento do sinal analítico, sendo a amostra moída por 2h a 300 rpm e proporção mássica de esferas:biocarvão 20:1 (2h 300rpm 20:1) aquela com maior pico de oxidação, escolhido para a otimização do método. A voltametria de onda quadrada foi utilizada para obter a curva analítica, que apresentou faixa linear de concentração de 21,5 a 62,5 μmol L-1. O método desenvolvido apresentou limite de detecção de 5,40 μmol L-1 e limite de quantificação de 18,03 μmol L-1 e foi aplicado para determinação de CIP em amostras de medicamentos, demostrando eficácia na determinação do analito nestas matrizes. Com base nos resultados, a preparação e uso de biocarvões para modificação de eletrodos de carbono vítreo mostrou-se uma alternativa energeticamente favorável e de baixo custo para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos.
Descrição
Palavras-chave
Biomassa, Bagaço de cana-de-açúcar, (Nano)materiais carbonáceos, Eletrodos modificados, Propriedades eletroquímicas, Moagem, Biocarvão, Materiais carbonáceos, Sensores eletroquímicos, Carbono vítreo, Voltametria, Pirólise, Eletroquímica