Corn Straw Fibers, an Agro-Industrial Residue, Used as Reinforcement in Polyurethane Foams in Dye Removal in Wastewater
Fibras de palha de milho, um resíduo agroindustrial, usadas como reforço em espumas de poliuretano para remoção de corantes em águas residuais
Autores:
- Andressa dos Santos
- Gabriel Vinicius Alvez Silva
- Gabriel Fornazaro
- Sílvia Luciana Fávaro*
- Fauze Jacó Anaissi
* Pesquisadora NAPI EZC
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Publicado 20 de março de 2025
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DOI: https://doi.org/10.3390/pr13040939
Abstract
Alternative adsorbent materials containing natural fibers are a research topic that has garnered increasing attention, with greater relevance when they come from agro-waste. The removal of contaminants, such as dyes, by adsorption methods has been a low-cost alternative to these materials that impedes the adverse effects of water pollution. This study proposes the preparation of an environmentally sustainable material with an excellent reduction in production costs, based on the manufacturing of polyurethane foam composites containing natural fibers from agro-industrial waste. The foam was synthesized by partially replacing the conventional polyol used in polyurethane foams with corn straw fibers, to form a composite material. The composites were prepared according to a statistical design, and the responses were evaluated using Version 13 of Design Expert® software. The composite samples were characterized by mechanical tests which were performed to determine the resilience, Young’s modulus, and permanent compression, and the morphological properties were analyzed using scanning electron microscopy techniques. To solve environmental problems in the textile and paper industries, such as water pollution, the composite material was evaluated physico-chemically for its application as an adsorbent for dyes, the main cause of ecological imbalance—specifically methylene blue cationic (MB), and Congo red anionic (CR). Owing to their high efficiency in dye removal, the corn straw fibers inserted in the composite proved to be a good sustainable adsorbent with improved mechanical characteristics, making this a project that directly contributes to the sustainable development goal (SDG) #6—drinking water and sanitation; it is a low-cost, high-quality synthesized material from post-harvest waste, and it can be reused after use in wastewater treatment in construction, scientifically contributing to SDGs 12, 14, and 15.
Resumo
Materiais adsorventes alternativos contendo fibras naturais são um tema de pesquisa que tem recebido atenção crescente, com ainda maior relevância quando provenientes de resíduos agroindustriais. A remoção de contaminantes, como corantes, por métodos de adsorção tem sido uma alternativa de baixo custo que reduz os efeitos adversos da poluição da água. Este estudo propõe a preparação de um material ambientalmente sustentável, com excelente redução nos custos de produção, baseado na fabricação de compósitos de espuma de poliuretano contendo fibras naturais de resíduos agroindustriais. A espuma foi sintetizada substituindo parcialmente o poliol convencional usado em espumas de poliuretano por fibras de palha de milho, formando um material compósito. Os compósitos foram preparados de acordo com um planejamento estatístico, e as respostas foram avaliadas usando o software Design Expert® versão 13. As amostras dos compósitos foram caracterizadas por testes mecânicos realizados para determinar a resiliência, o módulo de Young e a compressão permanente, e as propriedades morfológicas foram analisadas por técnicas de microscopia eletrônica de varredura. Para enfrentar problemas ambientais nas indústrias têxtil e de papel, como a poluição da água, o material compósito foi avaliado físico-quimicamente para aplicação como adsorvente de corantes, principais causadores de desequilíbrio ecológico — especificamente azul de metileno catiônico (MB) e vermelho do Congo aniônico (CR). Devido à alta eficiência na remoção de corantes, as fibras de palha de milho inseridas no compósito mostraram-se um bom adsorvente sustentável com características mecânicas aprimoradas, tornando este um projeto que contribui diretamente para o Objetivo de Desenvolvimento Sustentável (ODS) nº 6 — água potável e saneamento; trata-se de um material sintetizado de baixo custo e alta qualidade a partir de resíduos pós-colheita, que pode ser reutilizado após o tratamento de águas residuais na construção civil, contribuindo cientificamente também para os ODS 12, 14 e 15.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
