Produção de polieletrólitos de base celulósica a partir de resíduos florestais e aplicação no tratamento de águas de efluentes industriais

Abstract

A constante exploração e consumo de combustíveis fósseis e dos recursos hídricos e o aumento da produção de efluentes industriais e a necessidade do tratamento destes, tem impulsionado a substituição de polieletrólitos sintéticos por polieletrólitos de base natural, produzidos a partir de fontes renováveis e biodegradáveis, que possam ser considerados como agentes floculantes ecológicos para o tratamento de efluentes. O presente estudo incidiu na produção de polieletrólitos catiónicos à base de celulose, preferencialmente solúveis em água, com um teor de lenhina apreciável e provenientes de dois sistemas de tratamento da madeira, um empregando o líquido iónico [BMIM]MeSO4 a 120 ºC durante 24 h e o outro com o solvente eutéctico cloreto de colina + Imidazol a 160 ºC durante 24 h. Foi feita a avaliação da sua eficácia como agentes de floculação no tratamento de um efluente de uma indústria de lacticínios. A madeira tratada teve origem numa espécie infestante, a Acacia dealbata.Após o tratamento da madeira com os dois sistemas referidos, deu-se início ao processo de oxidação da madeira tratada a lenhocelulose dialdeído (CDA), de maneira a aumentar a reatividade da lenhocelulose. As reações de oxidação com periodato foram realizadas a 50, 60, e 70 ºC durante 3 h. Tendo em conta o grau de oxidação, mas também o rendimento de reação obtido, os resultados mais satisfatórios do índice de oxidação foram de 5.36 mmol/g para a madeira tratada com o sistema [BMIM]MeSO4 e de 7.85 mmol/g para a madeira tratada com o sistema cloreto de colina + Imidazol. Estas duas CDAs foram cationizadas com recurso ao reagente de Girard T (GT), utilizando uma razão molar GT/aldeído de 1 e 4, a 70 ºC durante 1 h, de forma a obter floculantes com características diferenciadas. Os produtos resultantes apresentaram um índice de cationização de 1.72-3.23 mmol/g.Os produtos obtidos foram caracterizados pelas técnicas de espetroscopia FTIR-ATR, dispersão de luz dinâmica e pela realização de testes de solubilidade a 0.5% (w/w) em água. Os diâmetros hidrodinâmicos mínimo e máximo foram de 170 e 303 nm, respetivamente. Os produtos provenientes da madeira tratada com o sistema cloreto de colina + Imidazol, obtidos com uma razão molar GT/aldeído de 1 não foram totalmente solúveis. A avaliação da sua eficácia no tratamento de efluente foi feita com recurso à medição de turbidez para diferentes condições operacionais: concentrações de floculante variáveis entre 10 e 50 mg/L e para o pH original do efluente, pH 7 e pH 10. As maiores reduções de turbidez (até cerca de 90%) ocorreram tipicamente a pH 7, embora a pH 10 também se tenham obtido excelentes resultados nalguns casos. Para as experiências que originaram melhores resultados na remoção de turbidez foi ainda medida a carência química de oxigénio (CQO), tendo sido obtidos valores de redução bastante satisfatórios. Globalmente, as lenhoceluloses catiónicas provenientes da madeira tratada quer com [BMIM]MeSO4 como com cloreto de colina + Imidazol, obtidas com uma razão molar GT/aldeído de 4, apresentaram um melhor desempenho. Deste modo, os floculantes produzidos podem ser considerados uma alternativa bastante eficiente no tratamento do efluente em causa.

The constant exploration and consumption of fossil fuels and water resources and the increase in the production of industrial effluents as well as the need to treat the latter, has driven the replacement of synthetic polyelectrolytes by natural-based polyelectrolytes, produced from renewable and biodegradable sources, that could be considered as ecological flocculating agents for the treatment of effluents.The present study focused on the production of cationic lignocellulose-based polyelectrolytes, preferably soluble in water, with an appreciable lignin content and obtained from wood treated using two distinct treatment systems, one using the ionic liquid [BMIM] MeSO4 at 120 ºC for 24 hours and another with the eutectic solvent choline chloride + Imidazole at 160 ºC for 24 h. An evaluation was made of their effectiveness as flocculation agents in the treatment of an effluent from a dairy industry. The wood of an infesting species, Acacia dealbata, was used as the starting material.After treating the wood with the two mentioned systems, the oxidation process of the lignocellulose to dialdehyde (CDA) was started, to increase the lignocellulose reactivity. The oxidation reactions with periodate were carried out at 50, 60, and 70 ºC for 3 h. Taking into account the degree of oxidation, but also the reaction yield obtained, the most satisfactory results of the oxidation index were 5.36 mmol / g for the wood treated with the [BMIM] MeSO4 system and 7.85 mmol / g for the wood treated with the choline chloride + Imidazole system. These two CDAs were cationized with Girard T (GT) reagent, using a GT / aldehyde molar ratio of 1 and 4, at 70 ºC for 1 h, to obtain flocculants with different characteristics. The resulting products showed a cationization index in the range of 1.72-3.23 mmol / g.The products obtained were characterized by the techniques of FTIR-ATR spectroscopy, dynamic light scattering and by carrying out solubility tests at 0.5% (w/w) in water. The minimum and maximum hydrodynamic diameters were 170 and 303 nm, respectively. The products from wood treated with the choline chloride + Imidazole system, obtained with a GT / aldehyde molar ratio of 1 were not fully soluble.The evaluation of their efficiency in the effluent treatment was carried out based on the measurement of turbidity under different operational conditions: flocculant concentrations varying between 10 and 50 mg / L and for the original pH of the effluent, pH 7 and pH 10. The greatest turbidity reductions (up to about 90%) typically occurred at pH 7, although some excellent results have also been obtained at pH 10. For the experiments that provided better results in the removal of turbidity, the chemical oxygen demand (COD) was also measured, with very satisfactory reduction values having been obtained. Overall, cationic lignocelluloses from wood treated with either [BMIM] MeSO4 or choline chloride + Imidazole, obtained with a GT / aldehyde molar ratio of 4, performed better. Therefore, the flocculants produced can be considered a promising alternative for the treatment of the effluent in question.