Potencial de valorização de resíduo borra de café como agente formador de poro renovável para produzir suporte cerâmico poroso de baixo custo
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v12i2.40023Palavras-chave:
Resíduo borra de café; Material porogênico; Suporte à base de caulim; Porosidade; Valorização.Resumo
Todos os dias quantidades expressivas de borras de café geradas durante o preparo da bebida café são produzidas em todo o mundo. O objetivo deste trabalho foi investigar o potencial de valorização do resíduo borra de café como agente formador de poro alternativo para produzir suportes cerâmicos porosos à base de caulim. Para tanto, formulações de suportes cerâmicos à base de caulim contendo até 40 % em massa de resíduo borra de café foram prensadas e queimadas em temperaturas variando de 1000 a 1200 ºC. O comportamento de sinterização e as propriedades técnicas (retração linear, perda de massa, densidade aparente, resistência mecânica e porosidade aparente) foram investigados. A evolução microestrutural foi acompanhada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia confocal-3D. Os resultados obtidos demonstraram que o resíduo borra de café pode servir como um agente formador de poros muito eficaz para produzir suporte cerâmico à base de caulim com estruturas altamente porosas. Tais suportes cerâmicos incorporados com resíduo borra de café apresentaram valores de porosidade aparente na faixa de 41,87 % a 70,96 %. Este resultado sugere que o resíduo borra de café, na faixa de 10 – 40 % em massa, pode ser um material porogênico renovável altamente promissor a ser valorizado para produzir suporte cerâmico à base de caulim de baixo custo com boas propriedades de porosidade. Esta nova abordagem pode ser uma alternativa inovadora para o uso sustentável do resíduo borra de café.
Referências
Abdullayev, A., Bekheet, M. F., Hanaor, D. A. H., & Gurlo, A. (2019). Materials and applications for low-cost ceramic membranes. Membranes, 9, 1-31. https://doi.org/10.3390/membranes9090105
ABIC – Brazilian Association of the Coffee Industry (2022). Coffee industry indicators: evolution of internal coffee consumption in Brazil. https://estatisticas.abic.com.br/estatisticas/indicadores-da-industria/
Aissat, M., Hamouda, S., Bettahar, N., Tarboush, B. J. A., & Bahmani, A. (2019). Characterization and application of ceramic membranes prepared from Algerian kaolin. Cerâmica, 65(376), 554-561. http://dx.doi.org/10.1590/0366-69132019653762671
Ali, M. B., Hamdi, N., Rodriguez, M. A., Mahmoudi, K., & Srasra, E. (2018). Preparation and characterization of new ceramic membranes for ultrafiltration. Ceramics International, 44(2), 2328-2335. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.10.199
Arya, S. S., Venkatram, R., More, P. R., & Vijayan, P. (2021). The wastes of coffee bean processing for utilization in food: a review. Journal of Food Science and Technology, 59, 429-444. https://doi.org/10.1007/s13197-021-05032-5
American Society for Testing and Materials: ASTM. (2018a). ASTM C326-09: Standard Test Method for Drying and Firing Shrinkages of Ceramic Whiteware Clays. ASTM Int. West Conshohocken, PA.
American Society for Testing and Materials: ASTM. (2018b). ASTM C373-18: Standard Test Methods for Determination of Water Absorption and Associated Properties by Vacuum Method for Pressed Ceramic Tiles and Glass Tiles and Boil Method for Extruded Ceramic Tiles and Non-tile Fired Ceramic Whiteware Products. ASTM Int. West Conshohocken, PA.
Atabani, A. E., Al-Muhtasebb, A. H., Kumar, G., Saratale, G. D., Aslam, M.., Khan, H. A., Said, Z. & Eyas Mahmoud, E. (2019). Valorization of spent coffee grounds into biofuels and value-added products: pathway towards integrated bio-refinery. Fuel, 254, 115640. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.115640
Azaman, F., Nor, A. A. A. M., Abdullah, W. R. W., Razali, M. H., Zulkifli, R. C., Zaini, M. A. A. Z. & Ali, A. (2021). Review on natural clay ceramic membrane: fabrication and application in water and wastewater treatment. Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences, 17(1), 62-78. https://doi.org/10.11113/mjfas.v17.n1.2169
Banu, J. R., Kavitha, S., Kannah, R. Y., Kumar, M. D., Atabani, A. E., & Kumar, G. (2020). Biorefinery of spent coffee grounds waste: Viable pathway towards circular bioeconomy. Bioresource Technology, 302, 122821. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.122821
Brunerová, A., Roubík, H., Brožek, M., Haryanto, A., Hasanudin, U., Iryani, D. A., & Herák, D. (2020). Valorization of bio-briquette fuel by using spent coffee ground as an external additive. Energies, 13, 1-15. https://doi.org/10.3390/en13010054
Cerino-Córdova, F. J., Dávila-Guzmán, N. E., León, A. M. G., Salazar-Rabago, J. J., & Soto-Regalado, E. (2020). Revalorization of coffee waste. In: Castanheira, D.T. (ed.) Coffee - Production and Research, pp. 1-26. IntechOpen. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.92303
Cervera-Mata, A., Navarro-Alarcón, M., Delgado, G., Pastoriza, S., Montilla-Gómez, J., Llopis, J., Sánchez-González, C., & Rufián-Henares, J. A. (2019). Spent coffee grounds improve the nutritional value in elements of lettuce (Lactuca sativa L.) and are an ecological alternative to inorganic fertilizers. Food Chemistry, 282, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.12.101
Chen, F., Sun, Z., & Xu, J. (2001). Mode I fracture analysis of the double edge cracked Brazilian disk using a weight function method. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 38(3), 475-479. https://doi.org/10.1016/S1365-1609(01)00008-9
Coutinho, N. C., Paes Jr, H. R., & Holanda, J. N. F. (2022). Effect of firewood ash waste on the densification behavior of electrical siliceous porcelain formulations. Silicon, 14, 10591-10601. https://doi.org/10.1007/s12633-022-01799-0
Dávila-Guzmán, N. E., Cerino-Córdova, F. J., Soto-Regalado, E., Rangel-Mendez, J. R., Díaz-Flores, P. E., Garza-González, M. T., & Loredo-Medrano, J. A. (2013). Copper biosorption by spent coffee ground: equilibrium, kinetics, and mechanism. Clean Soil Air Water, 41(6), 557-564.
https://doi.org/10.1002/clen.201200109
Elgamouz, A., Tijani, N., Shetiadi, I., Hasan, K., & Kawam, M. A. (2019). Characterization of the firing behaviour of an illite-kaolinite clay mineral and its potential use as membrane support. Heliyon, 5(8), e02281. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02281
Eliche-Quesada, D., Pérez-Villarejo, L., Iglesias-Godino, F. J., Martínez-García, C., & Corpas-Iglesias, F. A. (2011). Incorporation of coffee grounds into clay brick production. Advances in Applied Ceramics, 110(4), 225-232. https://doi.org/10.1179/1743676111Y.0000000006
Fett, T. (1998). T-stress in rectangular plates and circular disks. Engineering Fracture Mechanics, 60(5-6), 631-652. https://doi.org/10.1016/S0013-7944(98)00038-1
Gomes, C. F. (1988). Argilas: O Que São e Para Que Servem. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa
Habert, A. C., Borges, C. P., & Nobrega, R. (2006). Processos de Separação por Membranas. E-Papers Serviços Editoriais Ltda., Rio de Janeiro
Hermann, K. A. C., Magnago, R. F., Bianchet, R. T., Moecke, E. H. S., & Cubas, A. L V. (2019). Evaluation of the use of coffee grounds for use in cosmetic products. Revista Virtual de Química, 11(6), 1810-1822. http://dx.doi.org/10.21577/1984-6835.20190126
Hossain, S. K. S., Mathur, L., & Roy, P. K. (2018). Rice husk/rice husk ash as an alternative source of silica in ceramics: a review. Journal of Asian Ceramic Societies, 6(4), 299-313. https://doi.org/10.1080/21870764.2018.1539210
Hubadillah, S. K., Othman, M. H. D., Ismail, A. F., Rahman, M. A., Jaafar, J., Iwamoto, Y., Honda, S., Dzahir, M. I. H. M., & Yusop, M. Z. M. (2018a). Fabrication of low cost, green silica based ceramic hollow fibre membrane prepared from waste rice husk for water filtration application. Ceramics International, 44(9), 10498-10509. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.067
Hubadillah, S. K., Othman, M. H. D., Matsura, T., Ismail, A. F., Rahman, M. A., Harun, Z., Jaafar, J., & Nomura, M. (2018b). Fabrications and applications of low cost ceramic membrane from kaolin: a comprehensive review. Ceramics International, 44(5), 4538-4560. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.12.215
Jeguirim, M.., Limousy, L., & Dutournie, P. (2014). Pyrolysis kinetics and physicochemical properties of agropellets produced from spent ground coffee blended with conventional biomass. Chemical Engineering Research and Design, 92(10), 1876-1882. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.04.018
Jiang, F., Zhang, L., Jiang, Z., Li, C., Cang, D., Liu, X., Xuan, Y., & Ding, Y. (2019). Diatomite-based porous ceramics with high apparent porosity: pore structure modification using calcium carbonate. Ceramics International, 45(5), 6085-6092. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.12.082
Kouras, N., Harabi, A., Bouzerara, F., Foughali, L., Policicchio, A., Stelitano, S., Galiano, F., & Figoli, A. (2017). Macro-porous ceramic supports for membranes prepared from quartz sand and calcite mixtures. Journal of the European Ceramic Society, 37(9), 3159-3165. http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.03.059
Kovalcik, A., Obruca, S., & Marova, I. (2018). Valorization of spent coffee grounds: a review. Food and Bioproducts Processing, 110, 104–119. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2018.05.002
Kumar, R. V., Ghoshal, A. K., & Pugazhenthi, G. (2015). Elaboration of novel tubular ceramic membrane from inexpensive raw materials by extrusion method and its performance in microfiltration of synthetic oily wastewater treatment. Journal of Membrane Science, 490, 92-102. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.04.066
Laksaci, H., Khelifi, A., Trari, M., & Addoun, A. (2017). Synthesis and characterization of microporous activated carbon from coffee grounds using potassium hydroxides. Journal of Cleaner Production, 147, 254–262. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.102
Leow, Y., Yew, P. Y. M., Chee, P. L., Loh, X. J., & Kai D. (2021). Recycling of spent coffee grounds for useful extracts and green composites. RSC Advances, 11, 2682-2692. https://doi.org/10.1039/DORA09379C
Liang, D., Huang, J., Zhang, Y., Zhang, Z., Chen, H., & Zhang, H. (2021). Influence of dextrin content and sintering temperature on the properties of coal fly ash-based tubular ceramic membrane for flue gas moisture recovery. Journal of the European Ceramic Society, 41(11), 5696-5710. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.04.055
Lima, L. K. S., Dantas, H. K. B., Santana, L. N. L,. & Lira, H. L. (2018). Preparation of tubular ceramic membranes using kaolin and alumina as main raw materials. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 13(3), 163-169.
Liu, J., Dong, Y., Dong, X., Hampshire, S., Zhu, L., Zhu, Z., & Li, L. (2016). Feasible recycling of industrial waste coal fly ash for preparation of anorthite-cordierite based porous ceramic membrane supports with addition of dolomite. Journal of the European Ceramic Society, 36(4), 1059-1071. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2015.11.012
Manni, A., El Haddar, A., El Hassani, I. E. A., El Bouari, A., & Sadik, C. (2019). Valorization of coffee waste with Moroccan clay to produce a porous red ceramics (class BIII). Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 58(5), 211-220. https://doi.org/10.1016/j.bsecv.2019.03.001
Milheiro, F. A. M., Freire, M. N., Silva, A. G. P., & Holanda, J. N. F. (2005). Densification behaviour of a red firing Brazilian kaolinitic clay. Ceramics International, 31(5), 757-763. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.08.010
Murthy, P. S., & Naidu, M. M. (2012). Sustainable management of coffee industry by-products and value addition - a review. Resources, Conservation and Recycling, 66, 45-58. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2012.06.005
Mustafa, M. K., Gabelica, I., Mandić, V., Veseli, R., & Ćurković L. (2022). Reusing waste coffee grounds in the preparation of porous alumina ceramics. Sustainability, 14(21), 14244. https://doi.org/10.3390/su142114244
Pujol, D., Liu, C., Gominho, J., Olivella, M. A., Fiol, N., Villaescusa, I., & Pereira, H. (2013). The chemical composition of exhausted coffee waste. Industrial Crops and Products, 50, 423-429. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.07.056
Rambo, M. K. D., Schmidt, F. L., & Ferreira, M. M. C. (2015). Analysis of the lignocellulosic components of biomass residues for biorefinery opportunities. Talanta, 144, 696-703. http://dx.doi.org/10.1016/j.talanta.2015.06.045
Rawat, M., & Bulasara, V. K. (2018). Synthesis and characterization of low-cost ceramic membranes from fly ash and kaolin for humic acid separation. Korean Journal of Chemical Engineering, 35, 725-733. https://doi.org/10.1007/s11814-017-0316-6
Saberian, M., Li, J., Donnoli, A., Bonderenko, E., Oliva, P., Gill, B., Lockrey, S., & Siddique, R. (2021). Recycling of spent coffee grounds in construction materials: A review, Journal of Cleaner Production, 289, 125837. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.125837
Saini, P., Bulasara, V. K., & Reddy, A. S. (2019). Performance of a new ceramic microfiltration membrane based on kaolin in textile industry wastewater treatment. Chemical Engineering Communications, 206(2), 227-236. https://doi.org/10.1080/00986445.2018.1482281
Santos, P. S. (1989). Clays Science and Technology. v. 1, (2nd ed.), Edgard Blücher Ltda, São Paulo.
Soares, L. S., Moris, V. A. S., Yamaji, F. M., & Paiva, J. M. F. (2015). Use of waste coffee grounds and sawdust in briquettes molding and evaluation of properties. Revista Matéria, 20(2), 550–560. https://doi.org/10.1590/S1517-707620150002.0055
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2023 Felipe Sardinha Maciel; Isabela Oliveira Rangel Areias; José Nilson França de Holanda
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
