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Título: Avaliação ecotoxicológica do nanobiocarvão produzido a partir de resíduos alimentícios de restaurante e cantina
Título(s) alternativo(s): Ecotoxicological evaluation of nanobiochar produced from food waste from restaurants and canteens
Autor(es): Castilho, Valentina Garcia
Orientador(es): Rauen, Thalita Grando
Palavras-chave: Resíduos orgânicos
Pirólise
Testes de toxicidade
Organic wastes
Pyrolysis
Toxicity testing
Data do documento: 14-Fev-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Francisco Beltrao
Citação: CASTILHO, Valentina Garcia. Avaliação ecotoxicológica do nanobiocarvão produzido a partir de resíduos alimentícios de restaurante e cantina. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental: Análise e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2025.
Resumo: Nanobiocarvão é produzido através de processos de pirólise de biomassa controlada que resultam em estruturas carbonáceas com alta área superficial, porosidade ajustável e uma gama de grupos funcionais superficiais. Essas características tornam o nanobiocarvão interessante para diversas aplicações, incluindo adsorção de poluentes, armazenamento de energia, sensores e catálise. O objetivo do presente estudo foi avaliar a ecotoxicidade de nanobiocarvão produzido a partir de resíduos de alimentos do restaurante e cantina do Campus Francisco Beltrão da UTFPR. As amostras foram coletados em dias consecutivos e com a variação do cardápio, a biomassa se constituiu de diversos tipos alimentos. As amostras foram secas e trituradas e apresentaram baixo teor de umidade resultante da biomassa (0,01%). A conversão desse material em nanobiocarvão foi pelo processo de pirólise seguido de moagem em moinho de bolas, por 4 horas. No processo de pirólise os níveis de C, P, K, Ca, Mg, Fe e Mn aumentaram, respectivamente: 63,20%; 232,73%; 104,14%; 378,33%; 258%; 91,85% e 199,70%. Esse fenômeno pode estar relacionado à remoção de grupos funcionais e à eliminação de compostos voláteis. O espectro de DRX do Biocarvão moído por 4 horas apresentou um halo amorfo na região de 20 graus em 2θ que é característico para o carbono. Além disso, picos de difração de Bragg podem ser observados em aproximadamente 28, 31, 40, 45, 50, 58, 66, 73 e 75 que foram atribuídos a fase cúbica de KCl e tetragonal de SiCl4. A observação dessas fases cristalinas se deve à origem do composto orgânico e ao processo não oxidante de pirolise aplicado na queima. O tamanho médio das partículas está em torno de 315 ± 2 nm. A análise do espectro de espalhamento dinâmico da luz (EDL) pode estar indicando a presença de aglomeração de partículas e formas não esféricas. Na análise termogravimétrica foram detectados os intervalos: entre 50 e 100°C ocorreu uma leve perda de massa, com queda máxima de aproximadamente 7%, provavelmente atribuída à perda de umidade adsorvida pelo material; próximo a200°C observou-se uma redução abrupta de massa, indicando a liberação de substâncias voláteis. Este comportamento pode estar relacionado à decomposição de compostos orgânicos ou à liberação de água dissolvida, embora a presença de compostos orgânicos voláteis seja mais provável; entre 600 e 800°C duas quedas adicionais foram identificadas neste intervalo atribuídas a decomposição do cloreto de potássio e cloreto de sódio. Na análise da toxicidade aguda, o fator de toxicidade da Daphnia magna encontrado foi de 4, que corresponde a uma toxicidade moderada para esse bioindicador, em curto prazo. Para a toxicidade crônica com Desmodesmus subspicatus o fator de toxicidade foi de 128, significando que, mesmo em concentrações relativamente baixas, o biocarvão já pode afetar a saúde das algas, comprometendo o ecossistema aquático ao longo do tempo.
Abstract: Nanobiochar is produced through controlled biomass pyrolysis processes, resulting in carbonaceous structures with high surface area, adjustable porosity, and a range of surface functional groups. These characteristics make nanobiochar attractive for various applications, including pollutant adsorption, energy storage, sensors, and catalysis. The aim of this study was to evaluate the ecotoxicity of nanobiochar produced from food waste collected from the restaurant and cafeteria of the Francisco Beltrão Campus at UTFPR. Samples were collected on consecutive days, and due to menu variations, the biomass consisted of various types of food. The samples were dried, ground, and exhibited a low moisture content of 0.01%. The conversion of this material into nanobiochar was achieved through pyrolysis followed by ball milling for four hours. During the pyrolysis process, the levels of C, P, K, Ca, Mg, Fe, and Mn increased by 63.20%, 232.73%, 104.14%, 378.33%, 258%, 91.85%, and 199.70%, respectively. This phenomenon may be related to the removal of functional groups and the elimination of volatile compounds. The XRD spectrum of biochar ground for four hours presented an amorphous halo around 20 degrees in 2θ, characteristic of carbon. Additionally, Bragg diffraction peaks were observed at approximately 28, 31, 40, 45, 50, 58, 66, 73, and 75, which were attributed to the cubic phase of KCl and the tetragonal phase of SiCl₄. The presence of these crystalline phases is due to the organic compound's origin and the non-oxidative pyrolysis process applied during combustion. The average particle size was around 315 ± 2 nm. The dynamic light scattering (DLS) spectrum analysis suggests the presence of particle agglomeration and non-spherical shapes. In the thermogravimetric analysis, different weight loss ntervals were detected: between 50 and 100°C, a slight mass loss occurred, with a maximum drop of approximately 7%, probably due to the loss of moisture adsorbed by the material. Around 200°C, a sharp mass reduction was observed, indicating the release of volatile substances. This behavior may be related to the decomposition of organic compounds or the release of dissolved water, although the presence of volatile organic compounds is more likely. Between 600 and 800°C, two additional mass losses were identified, attributed to the decomposition of potassium chloride and sodium chloride. In the acute toxicity analysis, the toxicity factor for Daphnia magna was found to be 4, corresponding to moderate toxicity for this bioindicator in the short term. For chronic toxicity with Desmodesmus subspicatus, the toxicity factor was 128, meaning that even at relatively low concentrations, the biochar could already affect algal health, potentially compromising the aquatic ecosystem over time.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36050
Aparece nas coleções:FB - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental: Análise e Tecnologia Ambiental

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