Potencial de valorización del residuo de poso de café como agente formador de poro renovable para producir soportes cerámicos porosos de bajo costo
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v12i2.40023Palabras clave:
Residuo de poso de café; Material porógeno; Soporte a base de caolín; Porosidad; Valorización.Resumen
Todos los días se producen en todo el mundo cantidades expresivas de residuo poso de café generados durante la preparación de la bebida de café. El objetivo de este trabajo fue investigar el potencial de valorización de residuo de poso de café como agente formador de poro alternativo para producir soportes cerámicos porosos a base de caolín. Por lo tanto, las formulaciones de soportes cerámicos a base de caolín que contenían hasta un 40 % en masa de residuo de poso de café fueran prensadas y cocidas a temperaturas que oscilaron entre 1000 y 1200 ºC. Se investigaron el comportamiento de sinterización y las propiedades técnicas (contracción lineal, pérdida de masa, densidad aparente, resistencia mecánica y porosidad aparente). La evolución microestructural se siguió mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía confocal-3D. Los resultados obtenidos demostraron que el residuo de poso de café puede servir como un agente formador de poros muy efectivo para producir soportes cerámicos a base de caolín con estructuras altamente porosas. Tales soportes cerámicos incorporados con residuo de poso de café presentaron valores de porosidad aparente en el rango de 41,87 % a 70,96 %. Este resultado sugiere que el residuo de poso de café, en el rango de 10 a 40 % en masa, puede ser un material porógeno renovable altamente prometedor que se valorará para producir soportes cerámicos a base de caolín de bajo costo con buenas propiedades de porosidad. Este nuevo enfoque puede ser una alternativa innovadora para el uso sostenible del residuo de poso de café.
Citas
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
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