Produção de carvão ativado a partir de cortiça para aplicações ambientais em adsorção de poluentes e dessalinização de água

Abstract

A intensificação da crise hídrica global, aliada ao aumento da geração de resíduos sólidos, tem impulsionado a busca por tecnologias ambientais que conciliem eficiência técnica, sustentabilidade e baixo impacto energético. Nesse contexto, a conversão de resíduos lignocelulósicos em materiais funcionais de alto desempenho representa uma alternativa promissora para o tratamento e a recuperação de recursos hídricos. Este estudo, propõe desenvolver um material de carbono funcional obtido a partir de rolhas de cortiça recicladas, explorando sua aplicação em processos de adsorção de contaminantes orgânicos e dessalinização de águas salobras por deionização capacitiva (CDI). As rolhas de cortiça foram submetidas à carbonização controlada (500?900 °C) e ativação química com KOH (850 °C), originando carvões ativados (CAC) com estrutura hierárquica micro/mesoporosa, elevada área superficial (até 1773 m² g?¹) e abundância de grupos funcionais oxigenados. O desempenho eletroquímico e adsortivo dos materiais foi avaliado de forma integrada, correlacionando as propriedades texturais e químicas à eficiência dos processos. Nos sistemas CDI, os eletrodos de cortiça ativada apresentaram eficiências de carga superiores a 95% e capacidades de adsorção de sal (mSAC) de até 14,96 mg g?¹, desempenho comparável ou superior a materiais comerciais como YP-80F. A otimização do ponto de carga zero (EPZC), obtida via ajuste da temperatura de carbonização, permitiu eliminar o efeito de repulsão de coíons e maximizar o transporte iônico, reduzindo o consumo energético específico para aproximadamente 2 J mg?¹. Em ensaios de adsorção de poluentes, o carvão ativado de cortiça demonstrou remoções superiores a 98% para o corante metileno azul e 95% para o vermelho reativo, com cinética ajustada ao modelo de pseudo-segunda ordem e isotermas de Freundlich, confirmando a predominância de mecanismos de quimissorção e interação eletrostática. Em sistema de leito fixo, as curvas de ruptura ajustadas aos modelos de Thomas e Yoon? Nelson revelaram comportamento favorável para aplicações contínuas, validando a estabilidade do material após múltiplos ciclos de regeneração. Os resultados comprovam que o carvão ativado de cortiça é um material multifuncional e sustentável, capaz de atuar eficientemente tanto na remoção de contaminantes industriais quanto na dessalinização eletroquímica de águas. A pesquisa propõe, assim, uma rota tecnológica ecologicamente alinhada à economia circular, transformando resíduos pós-consumo em materiais de alto valor agregado para o tratamento e a recuperação de recursos hídricos.

Abstract: The intensification of the global water crisis, coupled with the growing generation of solid waste, has driven the search for environmentally friendly technologies that combine technical efficiency, sustainability, and low energy demand. In this context, the conversion of lignocellulosic residues into high-performance functional carbon materials represents a promising alternative for water treatment and resource recovery. This study proposes the development of a functional carbon material derived from recycled cork stoppers, exploring its application in the adsorption of organic contaminants and the desalination of brackish water through capacitive deionization (CDI). The cork stoppers were subjected to controlled carbonization (500?900 °C) followed by chemical activation with KOH (850 °C), resulting in activated carbons (CAC) with a hierarchical micro/mesoporous structure, high specific surface area (up to 1773 m² g?¹), and a rich abundance of oxygen-containing functional groups. The electrochemical and adsorptive performances of the materials were evaluated in an integrated manner, correlating their textural and surface chemical properties with process efficiency. In CDI systems, the activated cork electrodes exhibited charge efficiencies above 95% and salt adsorption capacities (mSAC) up to 14.96 mg g?¹, achieving performance comparable to or exceeding that of commercial materials such as YP-80F. Optimization of the zero charge potential (EPZC), obtained through carbonization temperature adjustment, effectively eliminated the co-ion repulsion effect and maximized ion transport, reducing the specific energy consumption to approximately 2 J mg?¹. In pollutant adsorption tests, the activated cork carbon achieved removal efficiencies above 98% for methylene blue and 95% for reactive red dyes, with kinetics following the pseudo-second-order model and Freundlich isotherms, confirming the predominance of chemisorption and electrostatic interaction mechanisms. In fixed-bed systems, breakthrough curves fitted to the Thomas and Yoon? Nelson models demonstrated favorable behavior for continuous operation, confirming the material?s stability after multiple regeneration cycles. The results demonstrate that activated cork carbon is a multifunctional and sustainable material capable of efficiently removing industrial contaminants and enabling electrochemical desalination of water. This research therefore proposes an environmentally aligned technological pathway within the framework of the circular economy, transforming post-consumer residues into high-value carbon materials for water treatment and resource recovery applications.