Estudo cinético, de equilíbrio e termodinâmico da adsorção de Azul de Metileno em biochar de casca de laranja preparado por pirólise assistida por micro-ondas

Transformando resíduos de fruta em aliados da água

Cada peça de tecido ou folha de papel tinturada que usamos deixa um legado oculto em nossos rios: corantes persistentes que resistem à degradação e podem prejudicar a vida aquática e a saúde humana. Este estudo explora uma ideia surpreendentemente simples para enfrentar esse problema — usar cascas de laranja descartadas, convertidas em um material semelhante a carvão, para remover um corante azul comum da água. Ao aperfeiçoar como esse material é produzido e como é utilizado, os pesquisadores mostram que resíduos de frutas podem se tornar uma ferramenta eficaz para a limpeza de águas residuais industriais.

Por que os corantes azuis são difíceis de remover

As indústrias têxteis e correlatas liberam centenas de milhares de toneladas de corantes sintéticos na água a cada ano, muitas vezes com pouco ou nenhum tratamento. O Azul de Metileno, um corante azul vívido usado em tecidos, papel e até na medicina, é especialmente persistente. Mesmo quantidades pequenas podem colorir intensamente a água, bloquear a luz solar, reduzir o oxigênio e estressar ecossistemas aquáticos. Como a estrutura molecular do corante é estável e resiste à decomposição natural, tratamentos tradicionais como oxidação química ou processos biológicos podem ser caros, ineficientes ou gerar subprodutos indesejados. Isso impulsionou a busca por materiais mais baratos e limpos que possam absorver os corantes antes que cheguem a rios e lagos.

Das cascas de laranja ao carvão de limpeza

Usinas de suco de laranja ao redor do mundo geram milhões de toneladas de cascas por ano, grande parte simplesmente descartada. A equipe transformou esse resíduo em biochar — um sólido poroso e rico em carbono — usando pirólise assistida por micro-ondas, um processo que aquece rapidamente as cascas na quase ausência de oxigênio. Em apenas 15 minutos, com potência de micro-ondas controlada, as cascas foram transformadas em um material escuro e estável com alto teor de carbono e superfície alcalina. Testes detalhados mostraram que o biochar resultante manteve grupos químicos contendo oxigênio, possuía poros grandes em relação ao tamanho das moléculas do corante e continha cinzas ricas em minerais que tornavam sua superfície fortemente básica. Todas essas características são promissoras para atrair e reter contaminantes carregados positivamente da água.

Como a acidez da água altera o desempenho

Uma questão central neste trabalho foi como a acidez ou basicidade da água — seu pH — afeta a remoção do corante. Os pesquisadores compararam dois cenários: um em que o pH foi cuidadosamente mantido constante e outro em que foi permitido variar naturalmente. Eles descobriram que uma condição levemente ácida, em torno de pH 4, produziu os melhores resultados, removendo cerca de 83% do corante azul. Nestas condições controladas, a quantidade máxima de corante que o biochar pôde reter foi de cerca de 20,6 miligramas por grama de material, aproximadamente 83% maior do que no caso de pH não regulado. Essa melhoria ocorreu mesmo com a superfície do biochar tendendo a ser alcalina, situação que normalmente poderia desencorajar a atração entre o corante carregado positivamente e o material. Os resultados mostram que ajustar e manter o pH correto é tão importante quanto a escolha do sorvente em si.

O que acontece na superfície

Para entender como o corante se fixa ao biochar, a equipe combinou imagens microscópicas, espectroscopia infravermelha e modelos matemáticos da velocidade e da intensidade da absorção do corante. Os dados dependentes do tempo ajustaram-se melhor a um modelo que assume que a superfície possui muitos tipos diferentes de sítios, cada um com sua própria barreira energética, sugerindo uma paisagem heterogênea para a adsorção. Testes de equilíbrio — medindo quanto corante permanece em solução após o contato — se ajustaram bem a um modelo no qual um número fixo de sítios forma uma única camada de moléculas ligadas. Cálculos termodinâmicos mostraram que o processo é espontâneo e levemente endotérmico, e que as energias envolvidas são pequenas o suficiente para excluir ligações químicas fortes. Em vez disso, as forças dominantes parecem ser físicas e suaves, como ligações de hidrogênio e empilhamento das estruturas em anel do corante contra regiões semelhantes na matriz de carbono.

Um caminho simples rumo a águas mais limpas

Em termos práticos, este estudo mostra que biochar não ativado, produzido por micro-ondas a partir de cascas de laranja, pode atuar como um material filtrante robusto e de baixo custo para remover Azul de Metileno da água, desde que o pH seja adequadamente controlado. O material deriva de resíduos agrícolas abundantes, é produzido rapidamente com consumo de energia relativamente baixo e não exige etapas extras de ativação química. Embora outros carvões especialmente tratados possam reter ainda mais corante, este biochar de casca de laranja oferece uma opção mais limpa e sustentável. Ao esclarecer como o pH e interações físicas suaves controlam o desempenho, o trabalho aponta para estratégias escaláveis de economia circular em que resíduos alimentares comuns ajudam a capturar poluentes industriais antes que alcancem o meio ambiente.

Citação: Correa-Abril, J., Cabrera, E.V., Robles, N. et al. Kinetic, equilibrium, and thermodynamic study of Methylene Blue adsorption on orange peel biochar prepared by microwave-assisted pyrolysis. Sci Rep 16, 8310 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36741-6

Palavras-chave: tratamento de águas residuais, biochar, casca de laranja, azul de metileno, pirólise por micro-ondas